DE102021114904A1 - Gasket with good sliding properties, its use and a method for its manufacture - Google Patents

Abstract

Dichtring aus elastomerem Material für dynamische Belastungen, wobei der Dichtring im Bereich der Kontaktzone doppelt gekrümmt ist, wobei für die doppelte Krümmung gilt:Radius r1<<Radius r2undr1=k1/(111−SA)2wobei giltr1= minimaler Dichtkantenradiusr2= innerer Radius des Dichtringes40 mm≤k1≤640 mmSA = Shore-Härte A des elastomeren Materials (einheitenlos), wobei wenigstens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer abrasionsvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind.Sealing ring made of elastomeric material for dynamic loads, whereby the sealing ring is double-curved in the area of the contact zone, whereby the following applies to the double curvature: radius r1<<radius r2andr1=k1/(111−SA)2where r1= minimum sealing edge radiusr2= inner radius of the sealing ring40 mm≤k1≤640 mmSA = Shore hardness A of the elastomeric material (without units), with at least 50% of the contact width of the contact zone being provided with an abrasion-reducing plasma polymer coating or a lubricating varnish.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring aus elastomerem Material für dynamische Belastungen, wobei der Dichtring im Bereich der Kontaktzone doppelt gekrümmt ist und wobei für die Krümmung bestimmte Vorgaben gelten, wobei weiterhin wenigstens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer verschleißvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines entsprechenden Dichtringes sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung.The invention relates to a sealing ring made of elastomeric material for dynamic loads, the sealing ring being doubly curved in the area of the contact zone and certain specifications applying to the curvature, with at least 50% of the contact width of the contact zone being provided with a wear-reducing plasma polymer coating or a bonded coating . The invention also relates to the use of a corresponding sealing ring and a method for its manufacture.

Für Dichtungen, die bei einer Bewegung beansprucht werden, insbesondere solche, deren Gleitverhaltung mit einem Schmiermittel verbessert wird, besteht ein beständiger Bedarf an Verbesserungen hinsichtlich des Reibverhaltens, des Gleitverhaltens und der Verschleißbeständigkeit. Im Stand der Technik sind hierzu verschiedene Ansätze bekannt. So sind Beschichtungen zur Reibungs- und Verschleißreduktion bekannt, z.B. werden in WO 2009/153306 A1 Dichtungsartikel, insbesondere für dynamische Belastungen, mit einer plasmapolymeren Beschichtung versehen. In diesem Dokument gibt es keine Hinweise auf die Gestaltung von Dichtkanten, sowie auf mögliche Oberflächenstrukturierungen, die dazu geeignet sind, die Reibung noch weiter zu reduzieren ohne die Dichtfunktion zu beeinflussen.For seals subjected to movement, particularly those whose sliding performance is enhanced with a lubricant, there is a constant need for improvements in frictional performance, sliding performance and wear resistance. Various approaches to this are known in the prior art. Coatings for reducing friction and wear are known, for example in WO 2009/153306 A1 Sealing items, especially for dynamic loads, provided with a plasma polymer coating. In this document there are no indications of the design of sealing edges or possible surface structures that are suitable for further reducing friction without influencing the sealing function.

Dass die Einbringung von Strukturen in Laufflächen die Reibung von dynamischen Dichtungen reduzieren können, insbesondere wenn es sich um gas- oder flüssigkeitsgeschmierte Dichtungssysteme handelt, ist bekannt. So beschreiben beispielsweise die US 6341782 B, GB 1312722 A und AU 199227443 A gasgeschmierte hydrodynamische Dichtungen oder Gleitringdichtungen, bei denen Mikrostrukturen die Gleiteigenschaften verbessern. Hierzu werden diese Mikrostrukturen in die metallischen Flächen eingebracht.It is known that the introduction of structures into running surfaces can reduce the friction of dynamic seals, especially when it comes to gas or liquid lubricated sealing systems. For example, describe the U.S.6341782 B, GB 1312722A and AU 199227443A gas-lubricated hydrodynamic seals or mechanical seals in which microstructures improve the sliding properties. For this purpose, these microstructures are introduced into the metallic surfaces.

Die US 2013187342 A / WO 2011/110360 A1 beschreibt eine Radialwellendichtung aus Elastomer mit Mikrostrukturen im Bereich der Kontaktfläche zwischen Dichtung und Lauffläche. Insbesondere beschreibt sie die Größe, Dichte und Tiefe der Strukturen, insbesondere Näpfchen als Vertiefungen, z.B. zylindrisch, konisch oder kegelstumpfförmig. Weiterhin wird ein hoher Traganteil von 70 % bis 90% beansprucht, um die Dichtigkeit im Kontakt, ggf. auch Verschleißbeständigkeit zu gewährleisten. Die Kontaktfläche kann mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen werden, um die Verschleißbeständigkeit weiter zu verbessern. Dieses Dokument offenbart eine Kontaktbreite von bis zu 1 mm.the US2013187342A / WO 2011/110360 A1 describes a radial shaft seal made of elastomer with microstructures in the area of the contact surface between the seal and the running surface. In particular, it describes the size, density and depth of the structures, in particular cups as indentations, eg cylindrical, conical or truncated. Furthermore, a high contact area of 70% to 90% is required in order to ensure tightness in contact and possibly also wear resistance. Wear-resistant coating can be applied to the contact surface to further improve wear resistance. This document discloses a contact width of up to 1 mm.

Die US 2013187342 A / WO 2011/110360 A1 beschreibt allerdings nicht, wie eine mikrostrukturierte Dichtlippe geformt sein muss, um einerseits über die Gebrauchsdauer Dichtigkeit sowie Verschleißbeständigkeit insbesondere in der Kontaktzone langzeitstabil gewährleisten zu können. Hierzu müsste die Verschleißbeständigkeit der Beschichtung auf dem jeweiligen Substratmaterial sichergestellt werden.the US2013187342A / WO 2011/110360 A1 However, it does not describe how a microstructured sealing lip must be formed in order to be able to guarantee long-term stability over the service life and wear resistance, especially in the contact zone. For this purpose, the wear resistance of the coating on the respective substrate material would have to be ensured.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dichtring anzugeben, der ein besonderes Eigenschaftsfenster aus Reibwerten und Verschleißwerten besitzt und gleichzeitig in der Lage ist, seine Dichtfunktion über einen langen Zeitraum sicherzustellen. So sollte die Aufgabe der Erfindung als bevorzugte Variante sein, Dichtungen anzugeben, die eine ausreichende Laufzeit haben, sodass sie beispielweise für einen PKW eine Laufleistung von 200.000 km gewährleisten können, ohne ihre Funktion einzubüßen.Against this background, it was the object of the present invention to specify a sealing ring that has a special range of properties from friction values and wear values and at the same time is able to ensure its sealing function over a long period of time. The object of the invention, as a preferred variant, should be to specify seals that have a sufficient service life so that they can guarantee a service life of 200,000 km for a car, for example, without losing their function.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Dichtring aus elastomerem Material für dynamische Belastungen, wobei der Dichtring im Bereich der Kontaktzone doppelt gekrümmt ist, wobei für die doppelte Krümmung gilt: $${\text{Radius r}}_1<<{\text{Radius r}}_2$$

und $${\text{r}}_1=\text{k}1/{\left(111-\text{SA}\right)}^2$$

wobei gilt

• r₁ = minimaler Dichtkantenradius
• r₂ = innerer Radius des Dichtringes $$40\text{ mm}\le \text{k1}\le \text{640 mm}$$
  
• SA = Shore-Härte A des elastomeren Materials (einheitenlos),

wobei wenigstens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer verschleißvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind.This problem is solved by a sealing ring made of elastomeric material for dynamic loads, the sealing ring being doubly curved in the area of the contact zone, with the following applying to the double curvature: $${\text{<figure-callout id="1" label="radius r" filenames="DE102021114904A1\_0019.png,DE102021114904A1\_0020.png" state="{{state}}">radius r</figure-callout>}}_1<<{\text{<figure-callout id="2" label="radius r" filenames="DE102021114904A1\_0019.png" state="{{state}}">radius r</figure-callout>}}_2$$

and $${\text{right}}_1=\text{<figure-callout id="1" label="k" filenames="DE102021114904A1\_0019.png,DE102021114904A1\_0020.png" state="{{state}}">k</figure-callout>}1/{\left(111-\text{SA}\right)}^2$$

where applies

• r ₁ = minimum sealing edge radius
• r ₂ = inner radius of the sealing ring $$40\text{mm}\le \text{k1}\le \text{640mm}$$
  
• SA = Shore hardness A of the elastomeric material (unitless),

at least 50% of the contact width of the contact zone being provided with a wear-reducing plasma polymer coating or a bonded coating.

Unter einem Dichtring im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein zur Abdichtung bestimmtes ringförmiges Material zu verstehen, das nicht zwingend Kreisform besitzen muss, wobei eine Kreisform aber bevorzugt ist. Andere Formen können beispielsweise oval oder sogar annähernd mehreckig sein. Dabei ist in der Mitte des Dichtringes bevorzugt eine Aussparung vorgesehen, die dafür bestimmt ist, einen der beiden zueinander abzudichtenden Körper aufzunehmen. Ein Dichtring im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls nicht geschlossen sein, d.h. es sind in diesem speziellen Fall auch Segmente eines Dichtrings unter Dichtring zu verstehen oder-wenn auch nur unter bestimmten Umständen bevorzugt - Wischerblätter z.B. für Scheibenwischer.A sealing ring in the sense of the present invention is to be understood as meaning an annular material intended for sealing purposes, which does not necessarily have to have a circular shape, although a circular shape is preferred. Other shapes can be oval or even approximately polygonal, for example. In this case, a recess is preferably provided in the middle of the sealing ring, which is intended to accommodate one of the two bodies to be sealed off from one another. A sealing ring within the meaning of the present invention cannot be closed either, i.e. in this special case segments of a sealing ring are also to be understood as a sealing ring or--even if only preferred under certain circumstances--wiper blades, e.g. for windshield wipers.

Ein Dichtring für dynamische Belastung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei ein Dichtring, der Dichtstellen mit Relativbewegung von zwei Körpern (Dichtung und Gegenkörper) abdichten soll. Dabei können z.B. die stationären Teile eines Motors der eine Körper sein und der Gegenkörper eine rotierende Welle. Möglich sind aber auch viele andere Ausgestaltungsformen für den Gegenkörper, wie z.B. translatorische Stangen für Stangendichtungen oder Glasscheiben für Wischerblätter. Dabei ist es im Sinne der vorliegenden Definition nicht notwendig, dass eine der beiden Körper unbewegt ist. Denkbar ist auch, dass beide Körper, die zueinander abgedichtet werden sollen, bewegt sind.A sealing ring for dynamic loading within the meaning of the present invention is a sealing ring that is intended to seal sealing points with relative movement of two bodies (seal and counter-body). For example, the stationary parts of a motor can be one body and the counter-body a rotating shaft. However, many other configurations for the counter-body are also possible, such as translatory rods for rod seals or glass panes for wiper blades. In the sense of the present definition, it is not necessary for one of the two bodies to be stationary. It is also conceivable that both bodies that are to be sealed off from one another are moved.

Der Dichtring besitzt dabei die „Kontaktzone“, die an dem gegenüber der Dichtung bewegten einen der beiden Körper anliegt, wobei dieser Körper bevorzugt der Gegenkörper ist, der vom Dichtring kontaktiert, meist umgeben ist.The sealing ring has the “contact zone” which bears against one of the two bodies that is moved relative to the seal, with this body preferably being the counter-body that is in contact with the sealing ring and is usually surrounded.

Der Bereich des Dichtringes, der die Kontaktzone trägt, wird dabei auch als „Dichtlippe“ bezeichnet. Eine Dichtlippe im Sinne der vorliegenden Erfindung hat mindestens eine, kann aber auch mehrere Kontaktstellen bzw. sogar Dichtkanten aufweisen.The area of the sealing ring that carries the contact zone is also referred to as the "sealing lip". A sealing lip within the meaning of the present invention has at least one, but can also have several contact points or even sealing edges.

Der minimale Dichtkantenradius r₁ ist der minimale Krümmungsradius in der Kontaktzone. Hierzu sei auf die EP 0 321 656 A1 verwiesen, die beschreibt, dass in der Kontaktzone mehrere Krümmungsradien vorliegen können. Ausschlaggebend für die Bestimmung des Dichtkantenradius r₁ ist der minimale Krümmungsradius in der Kontaktzone. Dabei ist es bevorzugt, dass durch die Kombination mehrerer Krümmungsradien und ggf. Geraden die Position des minimalen Radius r₁ des Dichtringes im Vergleich zur Mitte der Kontaktbreite zur Ölseite hin verschoben ist.The minimum sealing edge radius r ₁ is the minimum radius of curvature in the contact zone. For this, go to the EP 0 321 656 A1 referenced, which describes that there can be multiple radii of curvature in the contact zone. The decisive factor for determining the sealing edge radius r ₁ is the minimum radius of curvature in the contact zone. It is preferred that the position of the minimum radius r ₁ of the sealing ring is shifted towards the oil side by the combination of several radii of curvature and possibly straight lines compared to the center of the contact width.

Radius r₂ ist dabei der innere Radius des Dichtringes. Sofern es sich bei dem Dichtring im Sinne der obigen Definition nicht um ein kreisförmiges Konstrukt handelt, ist r₂ der Radius des größtmöglichen Kreises im Bereich der Aussparung des Dichtringes, der gelegt werden kann, ohne den Dichtring zu schneiden. Sofern der Dichtring nicht geschlossen ist, ist Radius r₂ der minimale Krümmungsradius des Dichtringsegmentes.Radius r ₂ is the inner radius of the sealing ring. Unless the sealing ring is of circular construction as defined above, r ₂ is the radius of the largest possible circle in the area of the sealing ring recess that can be placed without cutting the sealing ring. If the sealing ring is not closed, radius r ₂ is the minimum radius of curvature of the sealing ring segment.

Die Kontaktbreite im Sinne der vorliegenden Erfindung wird im Zweifelsfall wie im Messbeispiel 1 bestimmt. Dabei bestimmt das Messbeispiel die „mittlere Kontaktbreite“. Dementsprechend bedeutet die Formulierung, dass wenigstens „50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind“, dass 50% der durch die mittlere Kontaktbreite definierten (Ober-)Fläche (der Kontaktzone) entsprechend beschichtet sind. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Beschichtung entlang des Innenumfanges des Dichtringes durchlaufend und/oder regelmäßig ist, es ist aber im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, eine umlaufende und hinsichtlich ihrer Breite entlang des Umfanges konstante Beschichtung vorzusehen.In case of doubt, the contact width within the meaning of the present invention is determined as in measurement example 1. The measurement example determines the "mean contact width". Accordingly, the wording that at least “50% of the contact width of the contact zone is provided with a plasma polymer coating or a bonded coating” means that 50% of the (surface) area (of the contact zone) defined by the average contact width is coated accordingly. It is not necessary for the coating to be continuous and/or regular along the inner circumference of the sealing ring, but it is preferred for the purposes of the present invention to provide a circumferential coating that is constant in terms of its width along the circumference.

Bevorzugte Elastomere sind ACM, HT-ACM, AEM, BR, CR, ECO, EPDM, FKM, FFKM, FKM-P, IIR, IR, NBR, HNBR, NR, SBR, Therban sowie Silikon, VMQ und TPE.Preferred elastomers are ACM, HT-ACM, AEM, BR, CR, ECO, EPDM, FKM, FFKM, FKM-P, IIR, IR, NBR, HNBR, NR, SBR, Therban, as well as silicone, VMQ and TPE.

Um Spannungsüberhöhungen im Bereich der zu beschichtenden Kontaktfläche zu vermeiden, denn diese würden einen verstärkten Verschleiß der schützenden Beschichtung bewirken, und um die Dichtigkeit und Rückförderwirkung zu befördern, muss die Oberfläche des Kontaktbereiches der Dichtlippe doppelt gekrümmt mit den Radien r₁ und r₂ vorliegen, wobei gilt: $${\text{r}}_1<<{\text{r}}_2$$

In order to avoid excessive stresses in the area of the contact surface to be coated, because this would cause increased wear of the protective coating, and in order to promote the tightness and return effect, the surface of the contact area of the sealing lip must be double-curved with the radii r ₁ and r ₂ , where: $${\text{right}}_1<<{\text{right}}_2$$

Der Radius r₂ bestimmt sich aus der späteren Anwendung und ist insbesondere im Fall von Radialwellendichtringen typischerweise etwas kleiner als der Radius der abzudichtenden Welle rw (Gegenkörper). Hier gilt typischerweise $$\mathrm{0,8}\le {\text{r}}_2{\text{/r}}_{\text{W}}\le \mathrm{1,0}$$

The radius r ₂ is determined by the subsequent application and is typically somewhat smaller than the radius of the shaft to be sealed rw (counterbody), particularly in the case of radial shaft seals. Typically applies here $$0.8\le {\text{right}}_2{\text{/r}}_{\text{W}}\le 1.0$$

Dabei wird bevorzugt der Koeffizient r₂/rw klein gewählt bei Elastomeren mit geringer Shore A-Härte und groß gewählt bei Elastomeren mit großer Shore A-Härte.The coefficient r ₂ /rw is preferably selected to be small for elastomers with a low Shore A hardness and large for elastomers with a high Shore A hardness.

Das Dichtlippenprofil im Bereich der späteren Kontaktzone muss dabei nicht kreisrund sein, sondern kann zur sanfteren Kraftverteilung im Dichtbereich zum Beispiel auch hyperbolisch, elliptisch oder oval ausgeformt sein. Mit Hinblick auf eine asymmetrische Anpressung kann das Dichtlippenprofil auch unterschiedliche Radien auf Luft- oder Ölseite aufweisen. Der Radius r₁ beschreibt hier die größte Krümmung / kleinsten Krümmungsradius im Dichtbereich.The sealing lip profile in the area of the subsequent contact zone does not have to be circular, but can also be hyperbolic, elliptical or oval in shape for gentler force distribution in the sealing area. With regard to asymmetrical contact pressure, the sealing lip profile can also have different radii on the air or oil side. The radius r ₁ describes the largest curvature / smallest radius of curvature in the sealing area.

Der Radius r₁ muss an die mechanischen Eigenschaften der verschleißschützenden Beschichtung, den elastischen Eigenschaften des Elastomers und der benötigten Ringspannung (die beim Aufstecken des Radialwellendichtrings auf die Welle sowie der Verformung der Dichtlippe hervorgerufen wird) angepasst sein.The radius r ₁ must be adapted to the mechanical properties of the anti-wear coating, the elastic properties of the elastomer and the required ring tension (which is caused when the radial shaft seal is pushed onto the shaft and the sealing lip is deformed).

Andererseits darf der Radius r₁ nicht zu groß sein, um insbesondere bei Vorliegen eines Kontaktbereichs mit einer Mikrostrukturierung (siehe unten) noch ausreichende Dichtigkeit zu gewährleisten.On the other hand, the radius r ₁ must not be too large in order to still ensure adequate tightness, particularly when there is a contact area with a microstructure (see below).

Im Zweifelsfall wird der minimale Dichtkantenradius r₁ nach dem Messbeispiel 5 bestimmt.In case of doubt, the minimum sealing edge radius r ₁ is determined according to measurement example 5.

Über diese Wahl des richtigen Krümmungsradius r₁ im Bereich des späteren Zwei-Körper-Kontakts ist es möglich, Strukturierungen dauerhaft zu nutzen, die sogar einen Flächenanteil < 70 % aufweisen.This selection of the correct radius of curvature r ₁ in the area of subsequent two-body contact makes it possible to permanently use structuring that even has a surface area of <70%.

Eine plasmapolymere Beschichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine Beschichtung, die durch eine plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) erzeugt wurde oder erzeugbar ist.A plasma polymeric coating within the meaning of the present application is a coating that was produced or can be produced by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

Ein Gleitlack im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine ein- oder mehrkomponentige Beschichtung, deren Wirkung es ist, Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Häufig wird unter dieser Bezeichnung eine Matrix aus Bindemittel und Trockenschmierstoff verwendet. Beispielsweise kommen dabei Bindemittel wir PUR, Acryl oder Harz in Kombination mit Schmiermitteln wie PTFE, Talk, PA, Silikonöl oder Graphit, zum Einsatz. Auch Silikonharz, Keramik, Xanthan oder Bentonit finden Verwendung. Im Zweifelsfall wird unter einem Gleitlack eine Beschichtung mit einer Schichtdicke < 100µm und einem Reibkoeffizienten < 0,35 ermittelt nach Messbeispiel 9 verstanden.A bonded coating within the meaning of the present invention is a one-component or multi-component coating whose effect is to reduce friction and wear. A matrix of binder and dry lubricant is often used under this name. For example, binders such as PUR, acrylic or resin are used in combination with lubricants such as PTFE, talc, PA, silicone oil or graphite. Silicone resin, ceramics, xanthan or bentonite are also used. In case of doubt, a bonded coating is understood to mean a coating with a layer thickness < 100 µm and a coefficient of friction < 0.35 determined according to measurement example 9.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dichtringes, insbesondere unter Berücksichtigung des Radius r₁ nach der oben aufgeführten Formel, zu einer deutlichen Verbesserung der Eigenschaften eines Dichtringes führt. Insbesondere erweisen sich entsprechende Dichtringe als besonders haltbar, besonders im Sinne einer Verschleißbeständigkeit, während sie weiterhin über gute Gleiteigenschaften verfügt. Hier ist insbesondere auch der Unterschied zu Dichtringen mit einer gestochenen Kante als Verbesserung festzustellen.Surprisingly, it has been found that the configuration of the sealing ring according to the invention, in particular taking into account the radius r ₁ according to the formula given above, leads to a significant improvement in the properties of a sealing ring. In particular, corresponding sealing rings prove to be particularly durable, especially in terms of wear resistance, while still having good sliding properties. In particular, the difference to sealing rings with a serrated edge can be seen as an improvement.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring mit folgenden Eigenschaften:

• Die Anstellwinkel der Flanken zum Dichtkontakt betragen stirnseitig 15 - 70° und/oder bodenseitig 10 - 60 °, bevorzugt stirnseitig 40-50° und/oder bodenseitig 20-30° (, alternativ bevorzugt stirn- und bodenseitig 30 -45°). Stirnseitig bedeutet ölseitig, bodenseitig bedeutet luftseitig (trocken).

A sealing ring according to the invention with the following properties is preferred:

• The angle of attack of the flanks for the sealing contact is 15-70° at the front and/or 10-60° at the bottom, preferably 40-50° at the front and/or 20-30° at the bottom (alternatively preferably 30-45° at the front and bottom). Front means oil side, bottom means air side (dry).

Durch die unsymmetrischen Anstellwinkel der Flanken wird eine unsymmetrische Kraftverteilung im Kontaktbereich (der Kontaktzone) bewirkt, die vorteilhaft für die Dichtigkeit der Dichtung und für die Rückführung des Schmiermediums ist.The asymmetrical angle of attack of the flanks results in an asymmetrical force distribution in the contact area (the contact zone), which is advantageous for the tightness of the seal and for the return of the lubricating medium.

Der Dichtkantenradius r₁ richtet sich bevorzugt nach der Shore-Härte des Elastomers und nach der Anpressung. Die Anpressung und der Systemdruck sind entscheidend für die Dichtigkeit. Bei einer ausreichenden, kritischen Pressung von 2 MPa ergeben sich je nach Shore-Härte und Linienpressung der Dichtung unterschiedliche bevorzugte Radien der Dichtlippe (vgl. 1 Dichtkantenradius vs. Shore-Härte). Als Beispiele bei 0,15 N/mm Linienpressung: 30 Shore-A: 24 ± 5 µm, 50 Shore-A: 52 ± 5 µm, 75 Shore-A: 149 ± 5 µm, 90 Shore-A: 435 ± 5 µm. Bevorzugt werden Materialien mit Härten ≥70 Shore-A.The sealing edge radius r ₁ is preferably based on the Shore hardness of the elastomer and the contact pressure. The contact pressure and the system pressure are decisive for the tightness. With a sufficient, critical pressure of 2 MPa, there are different preferred radii of the sealing lip depending on the shore hardness and line pressure of the seal (cf. 1 sealing edge radius vs. shore hardness). As examples at 0.15 N/mm line pressure: 30 Shore-A: 24 ± 5 µm, 50 Shore-A: 52 ± 5 µm, 75 Shore-A: 149 ± 5 µm, 90 Shore-A: 435 ± 5 µm . Materials with a hardness of ≥70 Shore-A are preferred.

1 stellt für bevorzugte Werte die Abhängigkeit des minimalen Radius r₁ in Abhängigkeit von der Shore-A-Härte dar, um bei einer gegebenen aufgeprägten Kraft/Dichtlänge von 0,15 N/mm eine Pressung von 2 MPa zu erhalten (eine solche Pressung stellt die Dichtigkeit sicher). 1 represents the dependence of the minimum radius r ₁ as a function of the Shore A hardness for preferred values in order to obtain a compression of 2 MPa for a given applied force/sealing length of 0.15 N/mm (such a compression represents the tightness assured).

Die 2 stellt dabei das Diagramm bevorzugter Dichtkantenradius in µm zur gegebenen Kontaktbreite 2a in µm dar.the 2 represents the diagram of the preferred sealing edge radius in µm for the given contact width 2a in µm.

Die Linienpressung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei die Radialkraft bezogen auf den Umfang in N/mm. Sie dient insbesondere dazu, die Vergleichbarkeit verschieden großer Systeme zu erleichtern.The line pressure within the meaning of the present invention is the radial force related to the circumference in N/mm. In particular, it serves to facilitate the comparability of systems of different sizes.

Die Shore-A-Härte wird im Zweifelsfall nach Messbeispiel 4 bestimmt.In case of doubt, the Shore A hardness is determined according to measurement example 4.

Die Auswahl des minimalen Dichtradius r₁ - wie oben beschreiben - wird anhand der folgenden Formel getroffen: $${\text{r}}_1=\text{k1/}{\left(111-\text{SA}\right)}^2$$

mit
SA: Shore-Härte A (einheitenlos) $$\begin{array}{l}40\text{ mm}<\text{k1}<640\text{ mm}\text{, bevorzugt 80 mm}<\text{k}1<320\text{ mm}\text{, bevorzugt 140 mm}<\text{k1}<200\\ \text{mm}\end{array}$$

The selection of the minimum sealing radius r ₁ - as described above - is made using the following formula: $${\text{right}}_1=\text{k1/}{\left(111-\text{SA}\right)}^2$$

With
SA: Shore hardness A (unitless) $$\begin{array}{l}40\text{mm}<\text{k1}<640\text{mm}\text{, preferably 80 mm}<\text{<figure-callout id="1" label="k" filenames="DE102021114904A1\_0019.png,DE102021114904A1\_0020.png" state="{{state}}">k</figure-callout>}1<320\text{mm}\text{, preferably 140 mm}<\text{k1}<200\\ \text{mm}\end{array}$$

Dabei ist die oben beschriebene eine rein empirisch gefundene Formel, die von den Erfindern in umfangreichen Eigenforschungen ermittelt wurde.The formula described above is a purely empirical formula that was determined by the inventors in extensive in-house research.

Erfindungsgemäß bevorzugt kann es sein, dass im Bereich des späteren Kontakts variierende Krümmungsradien vorliegen. Dabei liegt besonders bevorzugt der minimale Krümmungsradius r₁ ausgehend vom minimalen Dichtringradius r₂ auf Seiten der Stirnseite.It can be preferred according to the invention that there are varying radii of curvature in the area of subsequent contact. The minimum radius of curvature r ₁ , starting from the minimum sealing ring radius r ₂ , is particularly preferably on the end face side.

Die Kontaktzone wird erfindungsgemäß mit einer verschleißschützenden Beschichtung versehen:

1. 1. Gleitlacke: Wenigstens Teil der Strukturbreite und -tiefe werden überdeckt durch bevorzugt 5-15 µm dicke Gleitlacke. Darüber hinaus werden die Gleitlacke in ihrer Funktionsweise verschmiert, was die Strukturen zusetzt. (für Fall ohne Mikrostrukturen)
2. 2. Plasmabeschichtungen: Dicke 0,2-5 µm, bevorzugt 1-4 µm. Diese Beschichtungen können Risse aufweisen (da steifer als Elastomer) spätestens nach Zug- oder Druckbelastung des Elastomers (wenn die Dichtung genutzt wird).

According to the invention, the contact zone is provided with a wear-resistant coating:

1. 1. Anti-friction coatings: At least part of the structural width and depth are covered by anti-friction coatings, preferably 5-15 µm thick. In addition, the anti-friction coatings are smeared in their functioning, which clogs the structures. (for case without microstructures)
2. 2. Plasma coatings: thickness 0.2-5 µm, preferably 1-4 µm. These coatings can crack (because they are stiffer than elastomers) at the latest after the elastomer has been subjected to tensile or compressive loads (when the seal is used).

Es wird mindestens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone des Dichtringes mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen, um gute Verschleißbeständigkeit und Reibeigenschaften zu gewährleisten. Bevorzugt werden zusätzlich zur Kontaktzone auch die Flanken der Dichtlippe (wenigstens teilweise) beschichtet.At least 50% of the contact width of the sealing ring contact zone is coated with a friction-reducing coating to ensure good wear resistance and friction properties. In addition to the contact zone, the flanks of the sealing lip are preferably also (at least partially) coated.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei der Dichtring insbesondere im Bereich Kontaktzone und/oder die Flanken der Dichtlippe mikrostrukturiert ist/sind.A sealing ring according to the invention is preferred, wherein the sealing ring is/are microstructured in particular in the area of the contact zone and/or the flanks of the sealing lip.

Unter Mikrostrukturen werden Vertiefungen (Täler) oder Erhöhungen (Berge) verstanden, deren maximale Tiefe bzw. maximale Höhe mindestens um den Faktor 5, bevorzugt Faktor 10 größer ist als die Rauheit R_z der Probe gemessen in einem Bereich ohne Mikrostruktur.Microstructures are depressions (valleys) or elevations (peaks) whose maximum depth or maximum height is at least 5 times greater, preferably 10 times greater than the roughness R _z of the sample measured in an area without a microstructure.

Im Zweifelsfall wird zur Separation von Rauheit und Mikrostruktur das Histogramm der Rauspitzenhöhen bezogen auf die Basislinie ausgewertet.In case of doubt, the histogram of the roughness peak heights related to the baseline is evaluated to separate roughness and microstructure.

Der Flächenanteil der Mikrostrukturen ergibt sich aus der Fläche der Mikrostrukturen, die aus Richtung der Flächennormalen aufgenommen werden bezogen auf die Analysenfläche. Die Analysenfläche muss dabei mindestens das 20-fache der Fläche der einer Mikrostruktur betragen.The proportion of the area of the microstructures results from the area of the microstructures, which are recorded from the direction of the surface normal in relation to the analysis area. The analysis area must be at least 20 times the area of a microstructure.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche einen Flächenanteil von ≤ 60% besitzt.A sealing ring according to the invention is preferred, wherein the microstructured surface has a surface area of ≦60%.

Der Oberflächenanteil der Mikrostrukturen mit Vertiefungen (Täler) ist bevorzugt 2 - 60 %, bevorzugt 5 - 40%, weiter bevorzugt 10 - 35%, weiter bevorzugt 20 - 30%.The surface area of the microstructures with indentations (valleys) is preferably 2-60%, preferably 5-40%, more preferably 10-35%, more preferably 20-30%.

Alternativ bevorzugt ist der Oberflächenanteil der Mikrostrukturen mit Erhöhungen (Berge) bevorzugt 5 - 50 %, bevorzugt 10 - 50%, weiter bevorzugt 20 - 50%, weiter bevorzugt 30-50%.Alternatively, the proportion of the surface of the microstructures with elevations (mountains) is preferably 5-50%, preferably 10-50%, more preferably 20-50%, more preferably 30-50%.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, bei dem der Bedeckungsgrad > 20 %, bevorzugt > 50 % der Kontaktzone mikrostrukturiert ist.A sealing ring according to the invention is preferred in which the degree of coverage >20%, preferably >50% of the contact zone is microstructured.

Mit anderen Worten, es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass wenigstens 20%, bevorzugt, wenigstens 50% der Kontaktzone mikrostrukturiert sind, dies setzt selbstverständlich voraus, dass auch eine entsprechende Oberfläche vorhanden ist, die die entsprechenden Mikrostrukturen tragen kann. Bevorzugt ist es, dass der gesamte Kontaktbereich (die Kontaktzone) mit einer verschleißvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen ist und ebenfalls vollständig mikrostrukturiert ist im Sinne der obenstehenden Definition.In other words, it is preferred according to the invention that at least 20%, preferably at least 50%, of the contact zone is microstructured; this of course presupposes that there is also a corresponding surface that can carry the corresponding microstructures. It is preferred that the entire contact area (the contact zone) is provided with a wear-reducing plasma polymer coating or a lubricating varnish and is also completely microstructured in the sense of the above definition.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Dichtring, wobei die Beschichtung bevorzugt plasmapolymer ist und eine Schichtdicke von 0,2-5µm besitzt.A sealing ring is preferred according to the invention, the coating preferably being plasma polymer and having a layer thickness of 0.2-5 μm.

Diese Schichtdicken haben sich als besonders geeignet für eine lange Verschleißwiderstandsfähigkeit erwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass stets ein Zusammenspiel zwischen der plasmapolymeren Schicht und dem Elastomer ein wesentlicher Faktor für die Verschleißbeständigkeit darstellt.These layer thicknesses have proven to be particularly suitable for long wear resistance. It should be noted that the interaction between the plasma polymer layer and the elastomer is always a key factor in wear resistance.

Erfindungsgemäß bevorzugt kann es sein, dass die plasmapolymere Schicht eine Gradientenschicht ist:

• Um ein Abplatzen der harten Schicht vom elastomeren Substrat (Eierschaleneffekt) zu verhindern, ist es bevorzugt, dass die elastischen Eigenschaften der Schicht einen Gradienten aufweisen, und zwar beginnend von dem Elastomer mit geringen E-Moduln hin zu höheren E-Moduln bei größeren Schichtdicken. Dabei nimmt das E-Modul mit steigender Netzwerkdichte zu und mit steigendem Wasserstoffgehalt ab.

It can be preferred according to the invention that the plasma polymeric layer is a gradient layer:

• In order to prevent the hard layer from flaking off the elastomeric substrate (eggshell effect), it is preferred that the elastic properties of the layer have a gradient, starting from the elastomer with low moduli of elasticity towards higher moduli of elasticity with greater layer thicknesses. The modulus of elasticity increases with increasing network density and decreases with increasing hydrogen content.

Die elastischen Eigenschaften bzw. die Härte der Schicht kann im Fall siliziumbasierter Schichten durch Einstellung des Kohlenstoffgehalts und der Netzwerkdichte eingestellt werden. Im Fall von DLC-Schichten können die Abscheidungsparameter entsprechend eingestellt werden: Mit steigendem Anteil von sp3 Hybridisierung des Kohlenstoffs steigt der E-Modul, mit steigendem Wasserstoffgehalt sinkt das E-Modul.In the case of silicon-based layers, the elastic properties or the hardness of the layer can be adjusted by adjusting the carbon content and the network density. In the case of DLC layers, the deposition parameters can be adjusted accordingly: the modulus of elasticity increases with an increasing proportion of sp3 hybridization of the carbon, and the modulus of elasticity decreases with increasing hydrogen content.

Über die kontinuierliche Änderung der Abscheidungsparameter (Gaszusammensetzung, Druck, Leistung, BIAS-Spannung, Anregungsart) während des Beschichtungsvorgangs kann so das E-Modul bzw. die Härte kontinuierlich gesteigert werden.By continuously changing the deposition parameters (gas composition, pressure, power, BIAS voltage, type of excitation) during the coating process, the modulus of elasticity and hardness can be continuously increased.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Dichtung, wobei die Beschichtung einen Rauwert R_a von 0,2-1,5 µm und/oder einen Rauwert R_z von 1,0-4,0 µm besitzt.A seal according to the invention is preferred in which the coating has a roughness value R _a of 0.2-1.5 μm and/or a roughness value R _z of 1.0-4.0 μm.

Im Zweifelsfall wird der Rauwert nach dem Messbeispiel 2 bestimmt.In case of doubt, the roughness value is determined according to measurement example 2.

Bevorzugt ist die Rauheit das quadratische Mittel der Steigung S_dq 0,04-0,50, bevorzugt 0,10-0,45, weiter bevorzugt 0,2-0,42, wobei das quadratische Mittel ebenfalls gemäß Messbeispiel 2 im Zweifelsfall bestimmt wird.The roughness is preferably the root mean square of the gradient S _dq 0.04-0.50, preferably 0.10-0.45, more preferably 0.2-0.42, the root mean square likewise being determined according to measurement example 2 in cases of doubt .

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei die Beschichtung über ein Elastizitätsmodul von 0,2 - 140 GPa und/oder eine Oberflächenenergie von 20-45 mN/m und/oder einen statischen Kotaktwinkel gegen N-Dekan von ≤ 10° besitzt.According to the invention, a sealing ring according to the invention is preferred, wherein the coating has a modulus of elasticity of 0.2-140 GPa and/or a surface energy of 20-45 mN/m and/or a static contact angle against n-decane of ≦10°.

Das Elastizitätsmodul beträgt bevorzugt 20-90 GPa, weiter bevorzugt 35-90 GPa (letzterer Wert insbesondere für DLC-Schichten) und alternativ bevorzugt 0,2-70 GPa (letzterer Wert für SiO_x-plasmapolymere Schichten), weiter alternativ bevorzugt 30-65 GPa.The modulus of elasticity is preferably 20-90 GPa, more preferably 35-90 GPa (the latter value in particular for DLC layers) and alternatively preferably 0.2-70 GPa (the latter value for SiO _x plasma polymer layers), further alternatively preferably 30-65 GPa.

Der E-Modul wird bestimmt nach Messbeispiel 6.The modulus of elasticity is determined according to measurement example 6.

Die Oberflächenenergie der erfindungsgemäß einzusetzenden verschleißvermindernden Beschichtung beträgt bevorzugt 24-45 N/mm, weiter bevorzugt 28-42 N/mm und wird im Zweifelsfall nach Messbeispiel 7 bestimmt.The surface energy of the wear-reducing coating to be used according to the invention is preferably 24-45 N/mm, more preferably 28-42 N/mm and is determined according to measurement example 7 in case of doubt.

Der Kontaktwinkel gegenüber N-Dekan wird im Zweifelsfall nach Messbeispiel 8 bestimmt.In case of doubt, the contact angle with respect to n-decane is determined according to measurement example 8.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei auch die Flanken des Dichtringes wenigstens teilweise mit der plasmapolymeren Beschichtung versehen sind.A sealing ring according to the invention is preferred, the flanks of the sealing ring also being at least partially provided with the plasma polymer coating.

Hierzu wurde bereits weiter oben ausgeführt.This has already been explained above.

Bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäß einzusetzende verschleißvermindernde Beschichtung eine plasmapolymere Beschichtung ist, die auf HMDSO-Basis (SiO_xC_yH_z, bevorzugt in chemischen Zusammensetzungen, wie sie in der EP 2 291 439 A1 , Dichtungsartikel offenbart ist) oder eine DLC-Schicht ist.It is preferred that the wear-reducing coating to be used according to the invention is a plasma polymeric coating which is based on HMDSO (SiO _x C _y H _z , preferably in chemical compositions such as those in EP 2 291 439 A1 , Sealing Article) or a DLC layer.

Bevorzugt ist dementsprechend eine erfindungsgemäße Dichtung, wobei die plasmapolymere Beschichtung auf dem Elastomer eine Zusammensetzung hat von

• C: 52-65 at%
• Si: 13-22 at%
• O: 20-26 at%

jeweils bezogen auf die Menge aller mit XPS gemessenen Atome außer
im Falle von H, wo mittels Mikroelementanalyse bestimmt wird und wobei H bei den Anteilen der mit XPS erfassbaren Elemente nicht mitgerechnet wird,
oder
wobei die plasmapolymere Beschichtung ein C/H-Verhältnis aufweist zwischen $$\mathrm{1,9}\le \text{C/H}\le \mathrm{2,8}\text{ <figure-callout id="2" label="bervorzugt" filenames="DE102021114904A1\_0019.png" state="{{state}}"><figure-callout id="1" label="bervorzugt" filenames="DE102021114904A1\_0019.png,DE102021114904A1\_0020.png" state="{{state}}">bervorzugt</figure-callout></figure-callout> 2}\text{,1}\le \text{C/H}\le \text{2}\text{,6}$$

bestimmt mittels Mikroelementanalyse
und einen Si-Anteil von ≤ 10at%, bevorzugt ≤ 5 at%, bezogen auf die Menge aller mit XPS gemessen Atome, und wobei H bei den Anteilen der mit XPS erfassbaren Elemente nicht mitgerechnet wird.Accordingly, a seal according to the invention is preferred, the plasma polymeric coating on the elastomer having a composition of

• C: 52-65 at%
• Si: 13-22 at%
• O: 20-26 at%

each related to the amount of all atoms measured with XPS except
in the case of H, where it is determined using microelement analysis and H is not included in the proportions of elements detectable with XPS,
or
wherein the plasma polymer coating has a C/H ratio between $$1.9\le \text{C/H}\le 2.8\text{preferred 2}\text{,1}\le \text{C/H}\le \text{2}\text{,6}$$

determined by microelement analysis
and a Si content of ≦10 at%, preferably ≦5 at%, based on the amount of all atoms measured with XPS, and H not being included in the proportions of the elements detectable with XPS.

Neben dem Verschleißschutz, insbesondere für mikrostrukturierte Dichtlippen, wirkt die Beschichtung bevorzugt auch als reibmindernde Schicht. Bevorzugt wird eine Schicht, die die reale Kontaktfläche verkleinert im Vergleich zum unbeschichteten Fall. Dies wird z.B. durch die oben angegebenen Werte für das im Vergleich zum unbeschichteten Fall erhöhte quadratische Mittel der Steigung in der Topographie sowie einem erhöhten Elastizitätsmodul erreicht.In addition to protection against wear, especially for microstructured sealing lips, the coating preferably also acts as a friction-reducing layer. A layer that reduces the real contact area compared to the uncoated case is preferred. This is achieved, for example, by the values given above for the increased root mean square of the slope in the topography compared to the uncoated case and an increased modulus of elasticity.

Um eine langzeitstabile Wirkung der Beschichtung zu erzielen, trifft der Fachmann geeignete Vorkehrungen zur Sicherstellung der Schichthaftung. Dazu zählen eine geeignete Elastomerauswahl und eine geeignete Reinigung des Elastomers vor der Beschichtung, z.B. nasschemische Reinigung (wässrig oder lösungsmittelbasiert) und/oder trockenphysikalische Reinigungen wie Laserreinigung, Plasmareinigung, Reinigung mittels energiereichen UV-Strahlung, insbesondere VUV-Strahlung, Reinigung mittels CO₂ (CO₂-Schneestrahlreinigung, Trockeneisstrahlen), Schleifen, Partikelstrahlen.In order to achieve a long-term stable effect of the coating, the person skilled in the art takes suitable precautions to ensure the adhesion of the layer. This includes a suitable choice of elastomer and a suitable cleaning of the elastomer before coating, e.g. wet-chemical cleaning (aqueous or solvent-based) and/or dry-physical cleaning such as laser cleaning, plasma cleaning, cleaning using high-energy UV radiation, in particular VUV radiation, cleaning using CO ₂ ( CO ₂ snow jet cleaning, dry ice blasting), grinding, particle blasting.

Ebenfalls kann eine Aktivierung der Elastomeroberfläche hilfreich sein, um die Schichthaftung sicherzustellen. Hierfür sind chemische Aktivatoren, Haftvermittler, plasma-basierte Aktivierung (ND-Plasma, AD-Plasma, Laser), VUV-Strahlung, Beflammung möglich.Activation of the elastomer surface can also be helpful to ensure layer adhesion. Chemical activators, adhesion promoters, plasma-based activation (LP plasma, AD plasma, laser), VUV radiation, flame treatment are possible for this.

Zudem ist es für plasmapolymere Beschichtungen angeraten, für den Übergang zur eigentlichen Funktionsschicht einen Haftvermittler zu verwenden. Dabei wird der Fachmann darauf achten, dass der Haftvermittler, insbesondere bei siliziumorganischen Schichten, als Gradient ausgeführt ist und dass der Gradient möglichst nicht mehr als 25%, bevorzug 15%, weiter bevorzugt 10% der Gesamtschichtdicke ausmacht.In addition, it is advisable for plasma polymer coatings to use an adhesion promoter for the transition to the actual functional layer. The person skilled in the art will ensure that the adhesion promoter, particularly in the case of organosilicon layers, is in the form of a gradient and that the gradient makes up no more than 25%, preferably 15%, more preferably 10% of the total layer thickness.

Bevorzugt wird mindestens die Kontaktzone beschichtet. Diese bestimmt sich bevorzugt aus der gewünschten Linienspannung: geringe Linienspannung, daraus folgt geringe Kontaktbreite bzw. große Linienspannung daraus folgt große Kontaktbreite.At least the contact zone is preferably coated. This is preferably determined by the desired line voltage: low line voltage, resulting in a small contact width or high line voltage, resulting in a large contact width.

Bevorzugte (mittlere) Kontaktbreiten liegen zwischen 25 und 200 µm, weiter bevorzugt zwischen 60 und 150 µm.Preferred (average) contact widths are between 25 and 200 μm, more preferably between 60 and 150 μm.

Weiter bzw. alternativ bevorzugt ist, dass in der Kontaktzone gute Benetzungseigenschaften eingestellt werden und außerhalb der Kontaktzone schlechte Benetzungseigenschaften. Dies kann erreicht werden, indem entweder nur der Bereich der Kontaktbreite hydrophil beschichtet wird (über Einsatz von Masken) (wenn das Elastomer bereits hydrophobe, besser oleophobe Eigenschaften aufweist) oder zusätzlich der Bereich der Flanken hydrophob / oleophob ausgestattet wird. Weiter bevorzugt wird nur der Bereich der luftseitigen Flanken hydrophob / oleophob ausgestattet. Damit wird bewirkt, dass eine bessere Ölschmierung ermöglicht wird und eine Ölrückförderung (keine Ölbenetzung der luftseitigen Flanke) erreicht wird.It is further or alternatively preferred that good wetting properties are set in the contact zone and poor wetting properties are set outside of the contact zone. This can be achieved by either only giving the area of the contact width a hydrophilic coating (using masks) (if the elastomer already has hydrophobic, better oleophobic properties) or by additionally providing the area of the flanks with a hydrophobic/oleophobic coating. More preferably, only the area of the flanks on the air side is made hydrophobic/oleophobic. The effect of this is that better oil lubrication is made possible and oil return (no oil wetting of the air-side flank) is achieved.

Besonders bevorzugt ist die Einstellung der Rundung r₁ der Dichtlippe und Mikrostruktur in einem Schritt. Hierfür werden die Dichtringe, deren Flankengeometrie durch die Formgebung während der Vulkanisation definiert werden, im Bereich der Dichtlippe mit geeigneter Rundung und Mikrostruktur geformt.The adjustment of the roundness r ₁ of the sealing lip and microstructure in one step is particularly preferred. For this purpose, the sealing rings, whose flank geometry is defined by the shaping during vulcanization, are formed with a suitable rounding and microstructure in the area of the sealing lip.

Alternativ bevorzugt ist die Einstellung der Rundung r₁ der Dichtlippe, indem der erfindungsgemäße Dichtring mit nach dem Stand der Technik gestochenen über eine Welle mit abrasiven Strukturen, z.B. Schleifpapier, gestreift und gedreht wird. Dabei besitzt die Welle bereits die Abmaße der Welle im späteren Einsatzfall. Hierdurch werden die Press- bzw. Alternatively, preference is given to setting the rounding r ₁ of the sealing lip by sliding the sealing ring according to the invention over a shaft with abrasive structures, eg sandpaper, using a pierced tool according to the prior art, and turning it. The shaft already has the dimensions of the shaft in later use. As a result, the press or

Spritzgrate des Elastomeren im Bereich der Dichtlippe abgetragen und es stellt sich eine Geometrie ein, die keine Spitzen im Kraftverlauf über die Kontaktbreite aufweist.Injection burrs of the elastomer in the area of the sealing lip are removed and a geometry is established that shows no peaks in the force curve over the contact width.

Weiterhin alternativ bevorzugt ist die Einstellung der Rundung r₁ der Dichtlippe, indem der erfindungsgemäße Dichtring mit nach dem Stand der Technik gestochenen über eine Welle ohne abrasive Strukturen gestreift und gedreht wird. Dabei besitzt die Welle bereits die Abmaße der Welle im späteren Einsatzfall. Durch das Einlaufen des Dichtringes wird die gestochene Kante des Elastomers im Bereich der Dichtlippe abgerundet.Also preferred as an alternative is the setting of the roundness r ₁ of the sealing lip by sliding the sealing ring according to the invention over a shaft without abrasive structures using the prior art pierced and rotating it. The shaft already has the dimensions of the shaft in later use. The pierced edge of the elastomer in the area of the sealing lip is rounded off by the running-in of the sealing ring.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei das elastomere Material eine Shore-Härte-A von 30-90 besitzt. Weiter bevorzugte Shore-Härten werden weiter unten beschrieben.A sealing ring according to the invention is preferred, the elastomeric material having a Shore A hardness of 30-90. More preferred shore hardnesses are described further below.

Der erfindungsgemäße Dichtring ist insbesondere im Bereich der Kontaktzone bevorzugt mit folgenden Mikrostrukturen versehen:

1. A) Strukturgröße abhängig von der nominellen Auflagefläche/Bedeckung, Aspektverhältnis (Tiefe resp. Höhe zu Breite) sowie der Shore-Härte
2. B) Auflagefläche RWDR-Kante, Dichtkante darf nicht gestochen werden (nca. 20 µm) und sollte r₁=200 µm nicht überschreiten; Strukturbreite darf 50 µm nicht überschreiten; je schärfer die Dichtkante, desto kleiner die Strukturbreite
3. C) Aspektverhältnis: Die Breite der Strukturen richtet sich nach deren Tiefe. Bei 1-10 µm Tiefe oder Höhe sollte die Breite 1:10 (Beispiel Dreiecke) oder 1:5 („Ovale“/Rechtecke mit aufgesetzten Halbkreisen an den kurzen Seiten) oder 1:3,75 (Beispiel Noppen/Näpfchen) nicht überschreiten. Die Breite bei 5-50 µm Tiefe oder Höhe sollte 1:3 (Doppellippen) nicht überschreiten.
4. D) Shore-Härte: 60-90 Shore-A: Strukturtiefe oder Strukturhöhe 1 bis 50 µm, besonders bevorzugt 1 bis 35 µm Shore-Härte: 20-60 Shore-A: Strukturtiefe oder Strukturhöhe 1 bis 50 µm, besonders 5 bis 50 µm

The sealing ring according to the invention is preferably provided with the following microstructures, particularly in the area of the contact zone:

1. A) Structure size depending on the nominal contact area/coverage, aspect ratio (depth or height to width) and Shore hardness
2. B) Contact surface RWDR edge, sealing edge must not be pierced (napprox. 20 µm) and should not exceed r ₁ =200 µm; Structural width must not exceed 50 µm; the sharper the sealing edge, the smaller the structure width
3. C) Aspect ratio: The width of the structures depends on their depth. With a depth or height of 1-10 µm, the width should not exceed 1:10 (e.g. triangles) or 1:5 (“ovals”/rectangles with attached semicircles on the short sides) or 1:3.75 (e.g. knobs/cells). . The width at 5-50 µm depth or height should not exceed 1:3 (double lips).
4. D) Shore hardness: 60-90 Shore A: structure depth or structure height 1 to 50 μm, particularly preferably 1 to 35 μm Shore hardness: 20-60 Shore A: structure depth or structure height 1 to 50 μm, particularly 5 to 50 µm

Bevorzugte Ausgestaltungen der Mikrostrukturen:Preferred configurations of the microstructures:

• • Bedeckungsgrad > 20 %, bevorzugt > 50 % der Kontaktzone• Degree of coverage > 20%, preferably > 50% of the contact zone
• • Vertiefungen (Täler) bevorzugt 2 - 60 %, bevorzugt 5 - 40%, weiter bevorzugt 10 - 35%, weiter bevorzugt 20 - 30%• Depressions (valleys) preferably 2-60%, preferably 5-40%, more preferably 10-35%, more preferably 20-30%
• • Strukturen (Tiefe:Breite):
  • ◯ Dreiecke, bevorzugt gleichschenklige Dreiecke, mit einer Tiefe von 0,5 bis 50 µm, bevorzugt 10 bis 0,5 µm Tiefe, bevorzugt 2 bis 1 µm Tiefe, bevorzugt 1,7 bis 1,3 µm Tiefe an der tiefsten Stelle; sowie einer Breite von 175 bis 5 µm, bevorzugt 50 bis 5 µm, bevorzugt 20 bis 5 µm, bevorzugt 18 bis 13 µm, bevorzugt 16 bis 14 µm und einer Länge von 40 bis 10 µm, bevorzugt 35 bis 25 µm, bevorzugt 32 bis 28 µm; wobei die Tiefe von der langen Seite sowie den breiten Enden her zunimmt, die lange Seite flacher ausläuft, die lange Seite in Umfangsrichtung der Welle ausgerichtet ist;
  • ◯ „Ovale“ (Rechtecke mit aufgesetzten Halbkreisen an den kurzen Seiten) mit einer Tiefe von 15 bis 2 µm, bevorzugt 13 bis 5 µm, bevorzugt 10 bis 6 µm; bei einer Breite von 50 bis 20 µm, bevorzugt 45 bis 35 µm, bevorzugt 42 bis 38 µm und einer Länge von 100 bis 50 µm, bevorzugt 90 bis 70, bevorzugt 82 bis 78 µm wobei die lange Seite um 30° gegen die Umfangsrichtung der Welle gedreht ausgerichtet ist;
  • ◯ Näpfchen mit einer Tiefe von 20 bis 1 µm, bevorzugt 15 bis 2 µm, bevorzugt 10 bis 6 µm bei einer Breite von 50 bis 2 µm, bevorzugt 35 bis 5 µm, bevorzugt 35 bis 15 µm, bevorzugt 32 bis 18 µm;
  • ◯ Doppellippen (periodisch jeweils paarweise parallele Rillen in Umfangsrichtung) mit einer Tiefe von 20 bis 5 µm, bevorzugt 15 bis 5 µm, bevorzugt 12 bis 8 µm bei einer Breite von 50 bis 10 µm, bevorzugt 40 bis 20 µm, bevorzugt 32 bis 28 µm, derart, dass auf Öl- sowie Luftseite ein Doppelring im Kontakt anliegt;
  • ◯ Periodische „Sinusförmige“ Lippen (vereinfachte Doppellippen) resp. Rillen in Umfangsrichtung wobei die Wellenform der Vertiefungen sich auf die im Querschnitt Gaußförmige Spur verursacht durch den Laser bezieht; mit einer Tiefe von 20 bis 1 µm, bevorzugt 15 bis 5 µm, bevorzugt 12 bis 8 µm, mit einer Breite von 50 bis 10 µm, bevorzugt 50 bis 20 µm, bevorzugt 45 bis 30 µm, bevorzugt 42 bis 38 µm.
  • Structures (depth:width):
  • ◯ Triangles, preferably isosceles triangles, with a depth of 0.5 to 50 microns, preferably 10 to 0.5 microns deep, preferably 2 to 1 microns deep, preferably 1.7 to 1.3 microns deep at the deepest point; and a width of 175 to 5 microns, preferably 50 to 5 microns, preferably 20 to 5 microns, preferably 18 to 13 microns, preferably 16 to 14 microns and a length of 40 to 10 microns, preferably 35 to 25 microns, preferably 32 to 28 µm; wherein the depth increases from the long side as well as the wide ends, the long side tapers out shallower, the long side is aligned in the circumferential direction of the shaft;
  • ◯ "Ovals" (rectangles with attached semicircles on the short sides) with a depth of 15 to 2 µm, preferably 13 to 5 µm, preferably 10 to 6 µm; with a width of 50 to 20 μm, preferably 45 to 35 μm, preferably 42 to 38 μm and a length of 100 to 50 μm, preferably 90 to 70, preferably 82 to 78 μm, the long side being at 30° to the circumferential direction of the shaft is rotated;
  • ◯ wells with a depth of 20 to 1 μm, preferably 15 to 2 μm, preferably 10 to 6 μm with a width of 50 to 2 μm, preferably 35 to 5 μm, preferably 35 to 15 μm, preferably 32 to 18 μm;
  • ◯ Double lips (periodic pairs of parallel grooves in the circumferential direction) with a depth of 20 to 5 µm, preferably 15 to 5 µm, preferably 12 to 8 µm with a width of 50 to 10 µm, preferably 40 to 20 µm, preferably 32 to 28 µm µm, such that a double ring is in contact on the oil and air side;
  • ◯ Periodic "sinusoidal" lips (simplified double lips) resp. Circumferential grooves wherein the waveform of the pits relates to the Gaussian cross-sectional track caused by the laser; with a depth of 20 to 1 μm, preferably 15 to 5 μm, preferably 12 to 8 μm, with a width of 50 to 10 μm, preferably 50 to 20 μm, preferably 45 to 30 μm, preferably 42 to 38 μm.

Weiterhin alternativ bevorzugt sind die Näpfchenstrukturen wie in WO 2011/110360 A1 beschrieben. Hier ist besonders bevorzugt unter Verwendung der beschriebenen Strukturen einen Traganteil der Oberfläche < 70 % zu verwenden. Besonders bevorzugt einen Traganteil von 50 bis 70 %. Durch die oben beschriebenen Beschichtungen sind derart kleine Traganteile auch für Langzeitanwendungen möglich.Also preferred as an alternative are the cell structures as in WO 2011/110360 A1 described. Here it is particularly preferred to use a contact area of the surface of <70% when using the structures described. A contact percentage of 50 to 70% is particularly preferred. Due to the coatings described above, such small contact areas are also possible for long-term applications.

Grundsätzlich können sowohl Erhebungen als auch Vertiefungen im Elastomer entweder über Oberflächenbehandlung des Elastomers nach Formgebung (z.B. durch Laser, Schleifen, Bohren, Strahlen) oder während der Formgebung durch ein geeignetes Formwerkzeug hergestellt werden. Für Erhebungen im Elastomer sind Vertiefungen in der Form zu fertigen. Die Vertiefungen im Elastomer sind entsprechend nur über Erhebungen in der Form realisierbar. Bevorzugt wird dazu ein Laser verwendet. Für Vertiefungen (im Elastomer) mit größeren Durchmessern oder Tiefen bedeutet dies eine erhebliche Dauer an Strukturierung (der Form). Alternativ lassen sich die für die Vertiefungen im Elastomer notwendigen Erhebungen auch über additive Fertigungsverfahren wie dem Lasersintern oder auch dem Auftragsschweißen herstellen.In principle, both elevations and depressions in the elastomer can be produced either by surface treatment of the elastomer after shaping (e.g. by laser, grinding, drilling, blasting) or during shaping using a suitable mold. Indentations must be made in the mold for elevations in the elastomer. Accordingly, the depressions in the elastomer can only be realized via elevations in the mold. A laser is preferably used for this purpose. For indentations (in the elastomer) with larger diameters or depths, this means a considerable amount of time for structuring (the shape). Alternatively, the elevations required for the depressions in the elastomer can also be produced using additive manufacturing processes such as laser sintering or build-up welding.

Bei der Entformung ins Elastomer konnten erfolgreich Strukturen ≥0,1 µm Tiefe bei 2 µm Breite und ≥0,6 µm Tiefe bei 3 µm Breite erzeugt werden. Das heißt, es sind ≥0,1 µm Tiefe und bevorzugt ≥0,5 µm Tiefe für den Übertrag ins Elastomer möglich.Structures ≥0.1 µm deep with a width of 2 µm and ≥0.6 µm deep with a width of 3 µm were successfully created during demoulding into the elastomer. This means that a depth of ≥0.1 µm and preferably ≥0.5 µm is possible for the transfer into the elastomer.

Bevorzugt wird eine trockene Entformung. Diese wird durch eine plasmapolymere Trennschicht nach DE 102006018491 A1 , WO2015044247 A1 oder DE 102017131085 A1 ermöglicht. Zum Schutz vor Zusetzen der Strukturen wird eine Reinigung mittels Wasserhochdruck durchgeführt.Dry demoulding is preferred. This is replaced by a plasma polymer separating layer DE 102006018491 A1 , WO2015044247 A1 or DE 102017131085 A1 allows. To protect the structures from clogging, cleaning is carried out using high-pressure water.

Teil der Erfindung ist auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtringes zur Abdichtung eines bewegten Bauteils. Durch diese Verwendung lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Dichtringes besonders ausnutzen.Part of the invention is also the use of a sealing ring according to the invention for sealing a moving component. The advantages of the sealing ring according to the invention can be particularly exploited by this use.

Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Dichtringes, umfassend die Schritte

1. a) Bereitstellen eines unbeschichteten Dichtringes aus elastomerem Material, bevorzugt wie weiter oben definiert
2. b) Ausformen einer doppelten Krümmung im Bereich der Kontaktzone wie oben definiert.
3. c) Beschichten mit einer plasmapolymeren Beschichtung wie oben definiert.

Part of the invention is also a method for producing a sealing ring according to the invention, comprising the steps

1. a) Providing an uncoated sealing ring made of elastomeric material, preferably as defined above
2. b) forming a double curve in the area of the contact zone as defined above.
3. c) Coating with a plasma polymeric coating as defined above.

In diesem Verfahren lassen sich die erfindungsgemäßen Dichtringe herstellen, wobei zu der Ausgestaltung Verfahren der Fachmann oben im Text bereits eine Vielzahl von Hinweisen erhalten hat.The sealing rings according to the invention can be produced in this method, with the person skilled in the art already receiving a large number of references to the design method in the text above.

Dabei ist bevorzugt, dass Schritt b.) bereits beim Herstellen des eigentlichen Dichtringes (Urformen) erfolgt.It is preferred that step b.) already takes place during the production of the actual sealing ring (primary forming).

Messbeispielemeasurement examples

Messbeispiel 1: Bestimmung der mittleren Kontaktbreite <b>Measurement example 1: Determination of the average contact width <b>

Die (dynamische) Dichtung wird auf die dafür vorgesehene Welle geschoben. Die Welle wird anschießend mit ≥ 20 µm eines Lacks, bevorzugt einem lösungsmittelhaltigen Sprühlack beschichtet, so dass die Dichtung beidseitig mit Lack besprüht ist. Nach Aushärtung werden 10 Schliffe parallel zur Drehachse der Welle und senkrecht zur Tangente angefertigt.The (dynamic) seal is pushed onto the shaft provided for this purpose. The shaft is then coated with ≧20 μm of a paint, preferably a spray paint containing solvent, so that the seal is sprayed with paint on both sides. After hardening, 10 sections are made parallel to the axis of rotation of the shaft and perpendicular to the tangent.

Diese werden lichtmikroskopisch charakterisiert. Die Kontaktbreite b_x eines Schliffs wird ermittelt, indem die am weitesten links und rechts vom Kontakt liegende Stelle ermittelt wird, an dem die Lackschicht = 5 µm beträgt. Die Distanz zwischen linker und rechter Stelle bildet die Kontaktbreite. Die mittlere Kontaktbreite <b> ist das arithmetische Mittel der 10 gemessenen Kontaktbreiten b₁ bis b₁₀.These are characterized by light microscopy. The contact width b _x of a section is determined by determining the point furthest to the left and right of the contact where the layer of paint is = 5 µm. The distance between the left and right digits forms the contact width. The mean contact width <b> is the arithmetic mean of the 10 measured contact widths b ₁ to b ₁₀ .

Messbeispiel 2: Bestimmung der Rauheitswerte R_a, R_z und S_dq:Measurement example 2: Determination of the roughness values R _a , R _z and S _dq :

Aus einer Dichtung wird eine Probe wie folgt herauspräpariert:

• Ein Schnitt wird parallel zur Rotationssymmetrieachse der Dichtung und senkrecht angefertigt, so dass das geschnittene Elastomer eine minimale Dicke von ~ 500 µm aufweist. Symmetrisch zur Stelle minimaler Dicke wird eine Probe mit einer Länge von 5 mm herausgeschnitten.

A sample is prepared from a seal as follows:

• A cut is made parallel to the axis of rotational symmetry of the seal and perpendicular so that the cut elastomer has a minimum thickness of ~500 µm. A sample with a length of 5 mm is cut out symmetrically at the point of minimum thickness.

Die Topographie wird mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM: EasyScan2, Fa. NanoSurf) in einem Scanfeld von 90×90 µm ermittelt. Die Probe wurde mit der luftseitigen Flanke nach oben unter der Messnadel positioniert. Der Scan erfolgt auf dieser horizontal anzuordnenden Flanke zeilenweise. Zur einfacheren Nachführung während der Messung wird jeweils eine Linie entlang der Umfangsrichtung der Dichtung (hier der längeren Dimension 5 mm) gemessen.The topography is determined using an atomic force microscope (AFM: EasyScan2, from NanoSurf) in a scanning field of 90×90 μm. The sample was positioned under the gauge needle with the airside flank up. The scan takes place line by line on this horizontally arranged edge. For easier tracking during the measurement, a line is measured along the circumferential direction of the seal (here the longer dimension 5 mm).

Nach Welligkeitskorrektur (Cut off 8 µm) wurden die Rauheitskennwerte R_a und R_z in Anlehnung an DIN 4287 ermittelt, indem jeweils 5 Linien in Abszissenrichtung und Ordinatenrichtung des Messfeldes gelegt und ausgewertet werden. Zum Einsatz kam dabei die Auswertesoftware Digital Surf/Mountain Software Version 6.2.7487.After waviness correction (cut off 8 µm), the roughness parameters R _a and R _z were determined based on DIN 4287 by placing and evaluating 5 lines in the abscissa direction and ordinate direction of the measuring field. The evaluation software Digital Surf/Mountain Software Version 6.2.7487 was used.

Der mittlere quadratische Gradient der Oberfläche S_dq des oben benannten Messfeldes des AFM wird in Anlehnung an ISO 25178 ermittelt. Zum Einsatz kam dabei die Auswertesoftware Digital Surf/Mountain Software Version 6.2.6409.The mean square gradient of the surface S _dq of the AFM measuring field mentioned above is determined based on ISO 25178. The evaluation software Digital Surf/Mountain Software Version 6.2.6409 was used.

Messbeispiel 3: Prüfstand RWDR Einlauf sowie BauteiltestsMeasurement example 3: Test bench RWDR inlet and component tests

Für Einlauf sowie spätere Reibmomentmessungen wird ein Universal Material Tester (UMT3, Fa. Bruker, vormals Fa. CETR) verwendet. Als Komponenten werden ein rotierender Antrieb (S33HE), ein Kraftsensor (DFH-20) sowie ein Drehmomentsensor (TH-25) montiert. Für die Bauteiltests (Einlauf sowie spätere Reibmomentenmessungen) wird ein selbst konstruierter Aufbau in dem UMT3 mit den benannten Komponenten eingesetzt. Hierbei wird ein Wellenstummel (Ø35 mm) mit Konus an der Unterseite zur Zentrierung in einen rotierenden Antrieb (S33HE) eingebaut. Das obere Ende des Wellenstummels ist abgerundet (Radius 2 mm). Über diesen Wellenstummel werden für stets unbenutzte Oberflächen Reparaturhülsen (SpeediSleeves 99139, Fa. SKF) aufgesteckt. Zur Zentrierung des Prüfstandes werden jeweils zentrisch auf den Wellenstummel sowie dem Drehmomentsensor eine spitze Nadel montiert. Bei Rotation mit 100 U/min kann der Aufbau ausreichend zentriert werden. Dabei ist der Versatz der aufeinander zugerichteten Nadeln zu minimieren.A Universal Material Tester (UMT3, Bruker, formerly CETR) is used for running-in and later friction torque measurements. A rotating drive (S33HE), a force sensor (DFH-20) and a torque sensor (TH-25) are assembled as components. For the component tests (run-in and later friction torque measurements), a self-constructed structure is used in the UMT3 with the named components. A stub shaft (Ø35 mm) with a cone on the underside for centering is installed in a rotating drive (S33HE). The upper end of the stub shaft is rounded (radius 2 mm). Repair sleeves (SpeediSleeves 99139, SKF) are placed over this stub shaft for surfaces that are always unused. To center the test stand, a pointed needle is mounted centrally on the stub shaft and the torque sensor. When rotating at 100 rpm, the assembly can be centered sufficiently. The misalignment of the aligned needles should be minimized.

Der Prüfling in Form eines Radialwellendichtrings (RWDR) in passender Größe zur Welle sitzt in einer Vertiefung einer rotationssymmetrischen Halterung. Ein Gehäusedeckel mit Aussparung für die Welle fixiert den Prüfling im Bauraum. In der Mitte der Halterung befindet sich ein Kugellager mit zentrischem Stift. Dieser Stift wird als Lager zentrisch von oben in den Wellenstummel eingeführt. Um die Montage und Demontage des Halters samt Prüfling mit möglichst geringen Steckkräften durchzuführen, wird der Wellenstummel mit 60 U/min gedreht. Die Steckkräfte werden mithilfe des Dehnungsmessstreifensensors DFH-20 beobachtet.The test item in the form of a radial shaft seal ring (RWDR) of a suitable size for the shaft sits in a recess in a rotationally symmetrical holder. A housing cover with a recess for the shaft fixes the test item in the installation space. A ball bearing with a central pin is located in the middle of the bracket. This pin is inserted centrally from above into the stub shaft as a bearing. To assembly and disassembly of the holder together with the test piece with the lowest possible insertion forces, the stub shaft is rotated at 60 rpm. Mating forces are observed using the DFH-20 strain gauge sensor.

Für den Einlauf erfolgt das Aufstecken des RWDR trocken bei normalen Umgebungsbedingungen. In der Regel treten dabei Steckkräfte kleiner 10 N auf. Zum Einlaufen der Dichtkante rotiert die Welle mit 200 U/min trocken. Die Dauer richtet sich nach dem gewünschten Dichtkantenradius.For the run-in, the RWDR is plugged on dry under normal ambient conditions. As a rule, insertion forces of less than 10 N occur. To run in the sealing edge, the shaft rotates dry at 200 rpm. The duration depends on the desired sealing edge radius.

Für den Bauteiltest zur Verschleißbeständigkeit erfolgt das Aufstecken analog zum Einlaufvorgang. Der Bauteiltest erfolgt für 100 s bei 1000 U/min.For the component test for wear resistance, the fitting is carried out in the same way as the running-in process. The component test is carried out for 100 s at 1000 rpm.

Messbeispiel 4: Beschreibung Shore-A-Prüfung mit HandgerätMeasurement example 4: Description of Shore A test with hand-held device

Die Messung der Shore-A-Härte erfolgt mit einem Handgerät (HP-Shore A) der Fa. Bareiss in Anlehnung an DIN ISO 7619. Die Messnadel wird auf einem herausgeschnittenen Stück der Dichtlippe angesetzt und bis zur Grundplatte eingedrückt. Eine Messung auf einem gummierten Teilbereich des Versteifungsrings kann aufgrund zu geringer Elastomerdicke zu einer Fehleinschätzung führen.The Shore A hardness is measured using a hand-held device (HP-Shore A) from Bareiss based on DIN ISO 7619. The measuring needle is placed on a section of the sealing lip that has been cut out and pressed in up to the base plate. A measurement on a rubberized section of the stiffening ring can lead to an incorrect assessment due to the insufficient thickness of the elastomer.

Messbeispiel 5: Minimaler Dichtkantenradius r₁:Measurement example 5: Minimum sealing edge radius r ₁ :

Aus einer Dichtung wird eine Probe wie folgt herauspräpariert:

• Ein Schnitt wird parallel zur Rotationssymmetrieachse der Dichtung und senkrecht dazu angefertigt, so dass das geschnittene Elastomer eine minimale Dicke von 3 mm aufweist. Symmetrisch zur Stelle minimaler Dicke wird eine Probe mit einer Länge von 5 mm herausgeschnitten.

A sample is prepared from a seal as follows:

• A cut is made parallel to the axis of rotational symmetry of the seal and perpendicular to it so that the cut elastomer has a minimum thickness of 3 mm. A sample with a length of 5 mm is cut out symmetrically at the point of minimum thickness.

Diese Probe wird in der Mitte geteilt, so dass der Schnitt parallel zur Flächennormalen des ersten Schnitts und parallel zur Rotationssymmetrieachse der Dichtung verläuft, so dass die Schnittfläche des zweiten Schnitts das Profil der Dichtlippe ergibt.This sample is divided in the middle so that the cut is parallel to the surface normal of the first cut and parallel to the axis of rotational symmetry of the seal, so that the cut surface of the second cut gives the profile of the sealing lip.

Das Dichtlippenprofil wird mittels Lichtmikroskopie ermittelt. Es werden auf dem Dichtlippenprofil zwei Punkte (X) 500 µm und 1,0 mm links vom engsten Querschnitt des Dichtringes markiert und diese mit einer Geraden verbunden. Es werden auf dem Dichtlippenprofil zwei Punkte (X) 500 µm und 1,0 mm rechts vom engsten Querschnitt des Dichtringes markiert und diese mit einer Geraden verbunden.The sealing lip profile is determined using light microscopy. Two points (X) 500 µm and 1.0 mm to the left of the narrowest cross section of the sealing ring are marked on the sealing lip profile and connected with a straight line. Two points (X) 500 µm and 1.0 mm to the right of the narrowest cross section of the sealing ring are marked on the sealing lip profile and connected with a straight line.

Veranschaulicht wird das in der 3. Dabei bedeuten die Bezugszeichen

1

Punkt auf Dichtlippenprofil

2

Dichtlippenprofil

3

Fläche A

This is illustrated in the 3 . The reference symbols mean

1

Point on sealing lip profile

2

sealing lip profile

3

Area A

Es wird der Winkel γ (in Grad), den diese beiden Gerade aufspannt, ermittelt.The angle γ (in degrees) spanned by these two straight lines is determined.

Weiterhin wird der Flächeninhalt A der Fläche, die von dem beiden Geraden und dem Dichtlippenprofil begrenzt wird, ermittelt.Furthermore, the area A of the area delimited by the two straight lines and the sealing lip profile is determined.

Der Radius r₁ ergibt sich wie folgt: $$r1=\sqrt{\frac{A}{\frac{1}{tan\frac{\gamma }{2}}-\frac{\pi \left(180°-\gamma \right)}{360°}}}$$

The radius r ₁ is obtained as follows: $$\mathrm{right}1=\sqrt{\frac{A}{\frac{1}{ta\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="n\; g"\; filenames="DE102021114904A1\_0019.png"\; state="\{\{state\}\}">n</figure-callout>}\frac{g}{}\frac{}{2}}-\frac{\pi \left(180°-g\right)}{360°}}}$$

Auf diese Weise kann auch bei Vorhandensein verschiedener Krümmungen im Bereich der Kontaktzone/des Dichtlippenprofils der Radius r₁ laut Definition ermittelt werden.In this way, the radius r ₁ according to the definition can be determined even if there are different curvatures in the area of the contact zone/of the sealing lip profile.

Messbeispiel 6: Härte und Elastizitätsmodul der BeschichtungMeasurement example 6: hardness and modulus of elasticity of the coating

Die Nanoindentierung ist eine Prüftechnik, mit der über eine feine Diamantspitze (dreiseitige Pyramide [Berkovich], Radius wenige 100 nm) die Härte von Oberflächenbeschichtungen ermittelt werden kann. Es wird hierbei entgegen der makroskopischen Härtebestimmung (wie z.B. Vickershärte) nicht die durch eine Normalkraft eingeprägte verbliebene Indentierungsmulde vermessen, sondern eine Eindringtiefen abhängige Querschnittsfläche des Nanoindentors angenommen. Diese tiefenabhängige Querschnittsfläche wird über eine Referenzprobe mit bekannter Härte ermittelt (i.d.R. hochreines Quarzglas).Nanoindentation is a testing technique that can be used to determine the hardness of surface coatings using a fine diamond tip (three-sided pyramid [Berkovich], radius a few 100 nm). In contrast to the macroscopic determination of hardness (such as Vickers hardness), the remaining indentation trough imprinted by a normal force is not measured, but a penetration depth-dependent cross-sectional area of the nanoindentor is assumed. This depth-dependent cross-sectional area is determined using a reference sample with a known hardness (usually high-purity quartz glass).

Für die Messung der Härte und Elastizitätsmodul der Beschichtung wird ein Universal Material Tester (UMT1) der Fa. Bruker mit einem NanoHead (NH-2) verwendet.A Universal Material Tester (UMT1) from Bruker with a NanoHead (NH-2) is used to measure the hardness and modulus of elasticity of the coating.

Die Nanoindentierung verwendet während der Aufbringung der Normalkraft eine empfindliche Auslenkungssensorik (kapazitive Platten), mit der die Eindringtiefe bei steigender und wieder sinkender Normalkraft präzise gemessen werden kann - ganz anders als bei der klassischen Vorgehensweise -. Die Normalkraft-Eindringtiefe-Kurve gibt während der Anfangsphase der Entlastung insitu die Steifigkeit der Probe an. Mithilfe der von der Referenzprobe bekannten Querschnittsfläche des Nanoindentors kann so das Elastizitätsmodul und die Härte der Probe bestimmt werden. Die maximale Prüfkraft für die Nanoindentierung liegt in der Regel unterhalb von 15 mN.During the application of the normal force, nanoindentation uses a sensitive deflection sensor (capacitive plates) with which the penetration depth can be precisely measured as the normal force increases and decreases again - quite differently from the classic procedure -. The normal force versus indentation depth curve indicates the in situ stiffness of the specimen during the initial phase of unloading. The modulus of elasticity and the hardness of the sample can be determined using the cross-sectional area of the nanoindentor known from the reference sample. The maximum test force for nanoindentation is usually below 15 mN.

Zur Messung der reinen Eigenschaften der Beschichtung ohne Beeinflussung durch das Substrat wird eine Faustregel von 10 % der Schichtdicke verwendet. Tiefer gehendere Eindringkurven beinhalten einen Einfluss durch das verwendete Substrat. Bei steigenden Eindringtiefen von über 10 % der Schichtdicke nähern sich die gemessenen Werte für Elastizitätsmodul und Härte sukzessive an die des Substrats an. Die beschriebene Auswertung nach diesem Messverfahren wird nach Oliver & Pharr (Oliver, W. C. et al.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. In: Journal of Materials Research, 7 (6), 1992, S. 1564-1583) benannt. Um sicher die Wirkung des sehr nachgiebigen Elastomersubstrates zu vermeiden, wurden beschichtete Si-Wafer nanoindentiert.A rule of thumb of 10% of the coating thickness is used to measure the pure properties of the coating without being influenced by the substrate. Deeper penetration curves include an influence of the substrate used. With increasing penetration depths of more than 10% of the layer thickness, the measured values for modulus of elasticity and hardness gradually approach those of the substrate. The evaluation described using this measurement method is carried out according to Oliver & Pharr (Oliver, W. C. et al.: An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. In: Journal of Materials Research, 7 (6), 1992, pp. 1564-1583). Coated Si wafers were nanoindented to avoid the effect of the very flexible elastomer substrate.

Zur einfacheren Variation der Eindringtiefen bei verschiedenen Lasten wird das sogenannte multiple Be- und Entlastungsverfahren, kurz Multiindentierungsverfahren, verwendet. Hierbei werden auf einer festen Stelle segmentweise Be- und Entlastungen vorgenommen. Die lokalen Belastungsmaxima werden dabei kontinuierlich gesteigert. Auf der festen Stelle können so tiefenabhängige Werte des Elastizitätsmoduls und der Härte ermittelt werden. Zusätzlich werden aus statistischen Zwecken auf einem Messfeld verschiedene unbeeinflusste Stellen der Probe ebenfalls angefahren und getestet. Durch Vergleich zwischen Einzelindentierung und Multiindentierungsverfahren haben Schiffmann & Küster (K. I. Schiffmann, R. L.A. Küster; Comparison of Hardness and Young's Modulus by Single Indentation and Multiple Unloading Indentation. In: Zeitschrift für Metallkunde 95 (2004) 5, 311-316) nachgewiesen, dass es nur sehr kleine Abweichungen zwischen den ermittelten Werten der beiden Verfahren gibt. Zur Kompensation werden längere Haltezeiten zur Verhinderung von Kriecheffekten der Piezoscanner vorgeschlagen2.The so-called multiple loading and unloading method, or multi-indentation method for short, is used to make it easier to vary the penetration depths for different loads. In this case, debits and credits are made segment by segment at a fixed point. The local maximum loads are continuously increased. In this way, depth-dependent values of the modulus of elasticity and hardness can be determined at the fixed point. In addition, for statistical purposes, various unaffected points on the sample are also approached and tested on a measuring field. By comparing single indentation and multiple indentation methods, Schiffmann & Küster (K. I. Schiffmann, R. L.A. Küster; Comparison of Hardness and Young's Modulus by Single Indentation and Multiple Unloading Indentation. In: Journal for Metallurgy 95 (2004) 5, 311-316) have proven that it there are only very small deviations between the values determined by the two methods. To compensate, longer holding times are proposed to prevent creep effects of the piezo scanner2.

Bei der plasmapolymeren Beschichtung in Anwendungsbeispiel 2 und 3 wurde mit 10 Multilndents pro Stelle mit maximal 0,055 mN gemessen. Die Multiindents haben lokale Kraftmaxima, die dann auf 20 % der Kraft reduziert wurden. Diese Entlastungskurven wurden in der Form einer Tangente von 98 bis 40 % ausgewertet.In the case of the plasma polymer coating in Application Examples 2 and 3, a maximum of 0.055 mN was measured with 10 multi-indents per point. The multi-indents have local force maxima, which were then reduced to 20% of the force. These unloading curves were evaluated in the form of a 98 to 40% tangent.

Es wurden 10 Messpunkte für die Statistik und Homogenität getestet. Die Entfernung der Messpunkte betrug 50µm, um Einflüsse wie beispielsweise plastische Deformationen der zu prüfenden Schicht durch vorherigen Messungen zu vermeiden.10 measurement points were tested for statistics and homogeneity. The distance between the measuring points was 50 µm in order to avoid influences such as plastic deformation of the layer to be tested from previous measurements.

Die Schichtdicke betrug ca. 1,5 µm. Für die Einhalterung der Faustformel für die Eindringtiefe von max. 10 % der Schichtdicke sind die Entlastungskurven bei den Multiindents des gezeigten Beispiels bis zur maximalen Kraft von 0,055 mN zulässig für die Auswertung. Bei geringeren Schichtdicken ist auf die zugehörige max. lokale Kraft zu achten, um die 10 % - Regel nicht zu überschreiten.The layer thickness was approx. 1.5 µm. To comply with the rule of thumb for the penetration depth of max. 10% of the layer thickness, the relief curves for the multi-indents in the example shown are permissible for the evaluation up to a maximum force of 0.055 mN. In the case of lower layer thicknesses, the associated max. local force must be observed in order not to exceed the 10% rule.

Die maximale Kraft für die Eindringtiefe und die korrespondierende Entlastungskurve ist also bevorzugt <1 mN, weiter bevorzugt <0,055 mN; abhängig von einer Schichtdicke von <1 µm ist sie <0,020 mN weiter bevorzugt.The maximum force for the penetration depth and the corresponding relief curve is therefore preferably <1 mN, more preferably <0.055 mN; depending on a layer thickness of <1 μm, it is more preferably <0.020 mN.

Messbeispiel 7: OberflächenenergieMeasurement example 7: surface energy

Die freie Oberflächenenergie für Festkörper wird indirekt über Kontaktwinkel gemessen. Für die Berechnung der freien Oberflächenenergie aus dem Kontaktwinkel existieren verschiedene Methoden. Es wird nach der Methode von Owens-Wendt-Kaelble-Rabel ausgewertet (D. K. Owens, R. C. Wendt: Estimation of the Surface Free Energy of Polymers. In: Journal of Applied Polymer Science. Band 13, 1969, S. 1743. D. H. Kaelble, Dispersion-Polar Surface Tension Properties of Organic Solids. In: J. Adhesion 2 (1970), P. 66-81. W. Rabel, Einige Aspekte der Benetzungstheorie und ihre Anwendung auf die Untersuchung und Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Polymeren. In: Farbe und Lack 77,10 (1971), P. 997-1005)The surface free energy for solids is measured indirectly via contact angles. Various methods exist for calculating the surface free energy from the contact angle. It is evaluated according to the Owens-Wendt-Kaelble-Rabel method (DK Owens, RC Wendt: Estimation of the Surface Free Energy of Polymers. In: Journal of Applied Polymer Science. Volume 13, 1969, p. 1743. DH Kaelble, Dispersion -Polar Surface Tension Properties of Organic Solids In: J. Adhesion 2 (1970), pp. 66-81 W. Rabel, Some aspects of the wetting theory and its application to the investigation and modification of the surface properties of polymers In: Color and Lack 77.10 (1971), pp. 997-1005)

Die fortschreitenden Kontaktwinkel wurden mit einem Krüss G2 (Krüss GmbH, Hamburg, Deutschland) gemessen. Es dienten dazu 3 Flüssigkeiten (Wasser, Diiodmethan, Ethylenglykol,), um den polaren und dispersiven Teil der zu freie Oberflächenenergie zu bestimmen.The advancing contact angles were measured with a Krüss G2 (Krüss GmbH, Hamburg, Germany). 3 liquids (water, diiodomethane, ethylene glycol) were used to determine the polar and disperse part of the free surface energy.

Zur Messung ist eine ebene Probenoberfläche notwendig. Hier wurde der gummierte Bereich des Versteifungsrings am RWDR genutzt, um die Tropfen abzusetzen und die gebildeten Kontaktwinkel in seitlicher Ansicht zu messen. Die Beschichtung wurde hier auf dem gummierten Bereich des Versteifungsringes aufgebracht, um die Kontaktwinkel messen zu können. Für die tribologische Anwendung im Sinne der Erfindung ist die Beschichtung dort nicht erforderlich. Ansonsten muss Plattenmaterial des Elastomers beschichtet und geprüft werden.A flat sample surface is required for the measurement. Here the rubberized area of the stiffening ring on the RWDR was used to deposit the drops and to measure the contact angles formed in a side view. The coating was applied here to the rubberized area of the stiffening ring in order to be able to measure the contact angles. The coating is not necessary there for the tribological application within the meaning of the invention. Otherwise, the elastomer sheet material must be coated and tested.

Messbeispiel 8: Kontaktwinkel zu N-DekanMeasurement example 8: Contact angle to N-decane

Um eine gute Benetzbarkeit gegenüber Öl festzustellen, dient hier n-Dekan als Modellöl. Die Spreitung eines solchen Öltropfens ≤10° soll dies bereits anzeigen. Die Applikation erfolgt wie in Messbeispiel 7 beschrieben, indem als Prüfflüssigkeit n-Dekan verwendet wird.In order to determine good wettability to oil, n-decane is used here as a model oil. The spread of such an oil drop ≤10° should already indicate this. The application is carried out as described in measurement example 7, using n-decane as the test liquid.

Messbeispiel 9: Reibungsmessung im Kugel-Ebene-KontaktMeasurement example 9: Friction measurement in ball-plane contact

Für die Bestimmung der Reibung einer Beschichtung resp. Gleitlacks auf Elastomermaterial wird zur tribologische Untersuchung eine beschichtete resp. belackte Elastomerplatte aufgeklebt und auf einem Führungsschlitten montiert. Eine 100Cr6-Kugel (Ø10 mm) wird als Gegenkörper verwendet. Diese Kugel wird in einem Halter so fixiert, dass sie im Kontakt über die Probe geführt werden kann ohne zu rollen. Der Führungsschlitten bewegt sich oszillierend mit 200 mm/s und einem Hub von 11 mm. Zur Versuchsdurchführung wurde ein Universal Material Tester (UMT3, Fa. Bruker) verwendet. Über einen Kraftsensor (DFH-20) kann die Normalkraft eingestellt und die laterale Kraft als Reibkraft gemessen werden. Die aufgebrachte Normalkraft beträgt 15 N. Der Reibwert wird kalkuliert als Quotient von Reibkraft durch Normalkraft. Es erfolgt keine externe Schmiermittelzugabe; sprich trocken. Es liegen normale Umgebungsbedingungen vor.For the determination of the friction of a coating resp. bonded coatings on elastomer material, a coated resp. Painted elastomer plate glued on and mounted on a guide carriage. A 100Cr6 ball (Ø10 mm) is used as a counter body. This ball is fixed in a holder in such a way that it can be guided over the sample without rolling. The guide carriage moves in an oscillating manner at 200 mm/s and a stroke of 11 mm. A Universal Material Tester (UMT3, Bruker) was used to carry out the test. The normal force can be set using a force sensor (DFH-20) and the lateral force can be measured as friction force. The normal force applied is 15 N. The coefficient of friction is calculated as the quotient of the friction force divided by the normal force. There is no external addition of lubricant; speak dry. The ambient conditions are normal.

Die gewählte Normalkraft 15 N entspricht bei sich kontaktierenden Materialien und Geometrien (Stahlkugel mit 195 GPa Elastizitätsmodul gegen Elastomerplatte mit 75 Shore-A Härte, umgerechnet (J. Kunz, M. Studer, Druck-Elastizitätsmodul über Shore-A-Härte ermitteln, Kunststoffe (2006), 6, 92-94) 9,4 MPa Elastizitätsmodul) einer initialen Hertz'sche Flächenpressung von ca. 2,6 MPa. Dies ist für eine Anwendung wie bei einem Radialwellendichtring eine übliche Größe. Die oszillierende Bewegung stellt eine außerordentlich hohe Belastung für die Probe dar. Mit der Walkarbeit im Festkörper und einer ständigen Belastung an den Umkehrpunkten verschleißen Proben bei dieser Prüfanordnung sehr schnell.The selected normal force of 15 N corresponds to materials and geometries that are in contact (steel ball with 195 GPa modulus of elasticity against elastomer plate with 75 Shore A hardness, converted (J. Kunz, M. Studer, determine compressive modulus of elasticity via Shore A hardness, plastics ( 2006), 6, 92-94) 9.4 MPa modulus of elasticity) an initial Hertzian surface pressure of approx. 2.6 MPa. This is a common size for an application such as a radial shaft seal. The oscillating movement represents an extraordinarily high load for the sample. With the flexing work in the solid and a constant load at the reversal points, samples wear out very quickly in this test arrangement.

Die 4 stellt skizzenartig den Messaufbau dar, dabei bedeuten die Bezugszeichen

1

Gegenhalter

3

100Cr6 Kugel, 010mm

5

Elastormerplatte

7

Stahl

the 4 shows a sketch of the measurement setup, with the reference symbols signifying

1

counter holder

3

100Cr6 ball, 010mm

5

elastomer plate

7

steel

Beispieleexamples

Ausführungsbeispiel 1: (nicht erfindungsgemäß)Example 1: (not according to the invention)

Ein Radialwellendichtring (RWDR) für eine Welle von 35 mm Durchmesser mit gestochener Dichtlippe (Shore-A Härte 72, Material Elastomer NBR, Standardbauform A nach DIN 3760, (BAU3X2 35,0X 5, NBR902 Fa. Freudenberg Sealing Technologies)) wurde analog zu Beispiel 3 aus WO09153306 A1 beschichtet:A radial shaft seal (RWDR) for a shaft with a diameter of 35 mm with a pierced sealing lip (Shore-A hardness 72, material elastomer NBR, standard design A according to DIN 3760, (BAU3X2 35.0X 5, NBR902 from Freudenberg Sealing Technologies)) was analogous to Example 3 off WO09153306 A1 coated:

1 Vorreinigung1 pre-cleaning

Die RWDR wurden mittels wässriger Reinigung im Ultraschallbad bei 60 °C vorgereinigt.The RWDR were pre-cleaned using aqueous cleaning in an ultrasonic bath at 60 °C.

2. Aktivierung2. Activation

Die Aktivierung der RWDR-Oberfläche wurde mittels Wasserstoff / Sauerstoff-Plasma durchgeführt.The activation of the RWDR surface was performed using hydrogen/oxygen plasma.

3. Beschichtung3. Coating

Es ergab sich eine haftfeste plasmapolymere Beschichtung mit eine Schichtdicke von ca. 1,5 µm an der Dichtkante. Das Elastizitätsmodul betrug 50,10±4,13 GPa. Dieses wurde auf einem Si-Wafer gemessen, der bei der Beschichtung in einem Stapel mit separaten RWDRs (nach beiden Seiten hin offen) auf dessen Dichtkanten ruhte. Die Oberflächenenergie war 43,95±0,5 mN/m auf einem Glasobjektträger außerhalb des Stapels 20cm entfernt von den RWDRs. Der Radius wurde nach Messbespiel 5 ermittelt und betrug 10 µm. Die Rauigkeitswerte auf der Dichtkante ergaben sich zu R_a 0,55±0,16 µm, R_z 2,74±0,87 µm sowie S_dq 2,77±0,20.An adherent plasma polymeric coating with a layer thickness of approx. 1.5 μm resulted on the sealing edge. The modulus of elasticity was 50.10±4.13 GPa. This was measured on a Si wafer which, during coating, rested on its sealing edges in a stack with separate RWDRs (open on both sides). The surface energy was 43.95±0.5 mN/m on a glass slide outside the stack 20 cm from the RWDRs. The radius was determined according to measurement example 5 and was 10 µm. The roughness values on the sealing edge were R _a 0.55±0.16 µm, R _z 2.74±0.87 µm and S _dq 2.77±0.20.

Dieser RWDR wurde auf dem Prüfstand (wie in Messbeispiel 3) auf Langzeitbeständigkeit getestet. Dazu wurde wie beschrieben der RWDR auf die bezeichnete Reparaturhülse auf einer Welle mit Durchmesser 35 mm gesteckt und ohne Verwendung eines Öls 100 s bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1000 U/min getestet. Nach 100 s betrug das gemessene Drehmoment 0,63±0,01 Nm.This RWDR was tested on the test stand (as in measurement example 3) for long-term stability. For this purpose, the RWDR was placed on the designated repair sleeve on a shaft with a diameter of 35 mm and tested for 100 s at a rotational speed of 1000 rpm without using any oil. After 100 s, the measured torque was 0.63±0.01 Nm.

Nach Entnahme und Reinigung des RWDR nach dem Belastungstest wurde die Dichtlippe analysiert und mittels Elektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenfluoreszenz analysiert. Über einen Bereich von ca. 100 µm wurde die Beschichtung abradiert.After removing and cleaning the RWDR after the stress test, the sealing lip was analyzed and analyzed using electron microscopy and energy dispersive X-ray fluorescence. The coating was abraded over an area of approx. 100 µm.

Ausführungsbeispiel 2: (erfindungsgemäß)Embodiment 2: (according to the invention)

Es wurde ein RWDR für eine Welle von 35 mm Durchmesser mit gestochener Dichtlippe (Shore-A Härte 72, Material Elastomer NBR, Standardbauform A nach DIN 3760 (BAU3X2 35,0X 5, NBR902 Fa. Freudenberg Sealing Technologies)) verwendet.An RWDR for a shaft with a diameter of 35 mm with a pierced sealing lip (Shore-A hardness 72, material elastomer NBR, standard design A according to DIN 3760 (BAU3X2 35.0X 5, NBR902 from Freudenberg Sealing Technologies)) was used.

Dieser RWDR wurde auf dem Prüfstand (wie in Messbeispiel 3) trocken eingelaufen. Dazu wurde wie beschrieben der RWDR auf die bezeichnete Reparaturhülse auf einer Welle mit Durchmesser 35 mm gesteckt und ohne Verwendung eines Öls bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht. Der Radius ergab sich reproduzierbar bei einer Einlaufzeit von 1 Stunde bei 200 U/min. Der Radius wurde nach Messbespiel 5 ermittelt und betrug 141 +-12 µm.This RWDR was run in dry on the test stand (as in measurement example 3). For this purpose, the RWDR was placed on the designated repair sleeve on a shaft with a diameter of 35 mm and rotated at a constant rotational speed without using any oil. The radius was reproducible with a break-in period of 1 hour at 200 rpm. The radius was determined according to measurement example 5 and was 141 +-12 µm.

Dieser so erhaltene Radialwellendichtring wurde analog Ausführungsbeispiel 1 beschichtet und getestet. Elastizitätsmodul und Oberflächenenergie gelten entsprechend. Die Rauigkeitswerte auf der Dichtkante ergaben sich zu R_a 0,44±0,20 µm, R_z 1,98±0,69 µm sowie S_dq 2,10±0,17.The radial shaft sealing ring obtained in this way was coated and tested analogously to exemplary embodiment 1. Modulus of elasticity and surface energy apply accordingly. The roughness values on the sealing edge were R _a 0.44±0.20 µm, R _z 1.98±0.69 µm and S _dq 2.10±0.17.

Nach der in Ausführungsbeispiel 1 ermittelten Testdauer und Reinigung des RWDR wurde die Dichtlippe wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 analysiert und mittels Elektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenfluoreszenz analysiert. Im gesamten Bereich konnte die Beschichtung nachgewiesen werden. Lediglich Risse, die zu schollenartiger Beschichtung führten, konnten beobachtet werden.After the test duration determined in exemplary embodiment 1 and cleaning of the RWDR, the sealing lip was analyzed analogously to exemplary embodiment 1 and analyzed by means of electron microscopy and energy-dispersive X-ray fluorescence. The coating could be detected in the entire area. Only cracks that led to a lump-like coating could be observed.

Die Verschleißbeständigkeit stieg mit steigendem Dichtkantenradius. Durch eine Schutzbeschichtung wurde dies zudem verbessert. Das gemessene Drehmoment nach 100 s betrug 0,35±0,01 Nm.The wear resistance increased with increasing sealing edge radius. This has also been improved by a protective coating. The torque measured after 100 s was 0.35±0.01 Nm.

Ausführungsbeispiel 3: (erfindungsgemäß)Embodiment 3: (according to the invention)

Ein RWDR aus Beispiel 1 mit gestochener Dichtlippe (Shore-A Härte 72, Material Elastomer NBR, Standardbauform A nach DIN 3760 (BAU3X2 35,0X 5, NBR902 Fa. Freudenberg Sealing Technologies)) wurde vor der Beschichtung wie folgt vorbehandelt:

• Zuerst erfolgte ein Trockeneinlauf nach Messbeispiel 3 analog Ausführungsbeispiel 2. Der Radius wurde nach Messbespiel 5 ermittelt und beträgt 141 +-12 µm. Im Bereich der Kontaktzone und angrenzender Flanken wurde eine Laserbehandlung mit folgenden Parametern durchgeführt:
  • Laserparameter EPDM2: Ytterbium Femtosecond Fiber Laser; Wellenlänge = 1030 nm; Pulsdauer= 500 fs; Fokusdurchmesser (1/e²) = 25 µm; Mittlere Leistung = 10 W; Pulsfolgefrequenz = 500 kHz; Fluenz = 0,95 J/cm².

A RWDR from Example 1 with a pierced sealing lip (Shore-A hardness 72, material elastomer NBR, standard design A according to DIN 3760 (BAU3X2 35.0X 5, NBR902 from Freudenberg Sealing Technologies)) was pretreated before coating as follows:

• First, a dry run-in was carried out according to measurement example 3 analogous to example 2. The radius was determined according to measurement example 5 and is 141+-12 μm. In the area of the contact zone and adjacent flanks, a laser treatment was carried out with the following parameters:
  • Laser parameters EPDM2: Ytterbium Femtosecond Fiber Laser; wavelength = 1030nm; pulse duration= 500 fs; focus diameter (1/e ² ) = 25 µm; Average power = 10W; pulse repetition frequency = 500 kHz; Fluence = 0.95 J/cm ² .

Verwendeter Laser: YLPF-10-500-10-R (Firma IPG) mit 2D-Scanner (ARGES Compact Scan Head „Fiber Rhino 16“) und f-Theta-Objektiv mit einer Brennweite von f = 163 mm. Die Probenrasterung erfolgte im Point-Modus.Laser used: YLPF-10-500-10-R (IPG company) with 2D scanner (ARGES Compact Scan Head "Fiber Rhino 16") and f-Theta lens with a focal length of f = 163 mm. Sample screening was done in point mode.

Man erhält Näpfchen mit einem Durchmesser von 100 µm und einer Tiefe von 50 µm und einem rotationssymmetrischen, gaussförmigen Tiefenprofil.Cells with a diameter of 100 μm and a depth of 50 μm and a rotationally symmetrical, Gaussian depth profile are obtained.

Der Traganteil betrug 45 ± 2 %The bearing percentage was 45 ± 2%

Dieser so erhaltene Radialwellendichtring wurde analog Ausführungsbeispiel 1 beschichtet und getestet. Elastizitätsmodul und Oberflächenenergie gelten entsprechend. Die Rauigkeitswerte auf der Dichtkante ergaben sich ohne Mikrostrukturierung zu R_a 0,44±0,20 µm, R_z 1,98±0,69 µm sowie S_dq 2,10±0,17.The radial shaft sealing ring obtained in this way was coated and tested analogously to exemplary embodiment 1. Modulus of elasticity and surface energy apply accordingly. Without microstructuring, the roughness values on the sealing edge were R _a 0.44±0.20 µm, R _z 1.98±0.69 µm and S _dq 2.10±0.17.

Die Dichtlippe wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 analysiert und mittels Elektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenfluoreszenz analysiert. Im gesamten Bereich konnte die Beschichtung nachgewiesen werden. Lediglich Risse, die zu schollenartiger Beschichtung führten, konnten beobachtet werden.The sealing lip was analyzed analogously to exemplary embodiment 1 and analyzed by means of electron microscopy and energy-dispersive X-ray fluorescence. The coating could be detected in the entire area. Only cracks that led to a lump-like coating could be observed.

Das Drehmoment nach 100 s Testdauer betrug 0,3±0,01 Nm.The torque after a test duration of 100 s was 0.3±0.01 Nm.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (12)

Dichtring aus elastomerem Material für dynamische Belastungen, wobei der Dichtring im Bereich der Kontaktzone doppelt gekrümmt ist, wobei für die doppelte Krümmung gilt: $${\text{Radius r}}_1<<{\text{Radius r}}_2$$

und $${\text{r}}_1=\text{k1/}{\left(111-\text{SA}\right)}^2$$

wobei gilt r₁ = minimaler Dichtkantenradius r₂ = innerer Radius des Dichtringes $$40\text{ mm}\le \text{k1}\le \text{640 mm}$$

SA = Shore-Härte A des elastomeren Materials (einheitenlos), wobei wenigstens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer abrasionsvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind.Sealing ring made of elastomeric material for dynamic loads, the sealing ring being double-curved in the area of the contact zone, with the double curvature being: $${\text{radius r}}_1<<{\text{radius r}}_2$$

and $${\text{right}}_1=\text{k1/}{\left(111-\text{SA}\right)}^2$$

where r ₁ = minimum sealing edge radius r ₂ = inner radius of the sealing ring $$40\text{mm}\le \text{k1}\le \text{640mm}$$

SA = Shore hardness A of the elastomeric material (without units), with at least 50% of the contact width of the contact zone being provided with an abrasion-reducing plasma polymer coating or a lubricating varnish. Dichtring nach Anspruch 1, wobei der Dichtring mikrostrukturiert ist.sealing ring after claim 1 , whereby the sealing ring is microstructured. Dichtring nach Anspruch 2, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche einen Flächenanteil von ≤ 60% besitzt.sealing ring after claim 2 , wherein the microstructured surface has a surface area of ≤ 60%. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung eine Schichtdicke von 0,2 - 5 µm besitzt.Sealing ring according to one of the preceding claims, in which the coating has a layer thickness of 0.2 - 5 µm. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung einen Rauwert Ra von 0,2-1,5 µm und/oder einen Rauwert Rz von 1,0-4,0 µm besitzt.Sealing ring according to one of the preceding claims, in which the coating has a roughness value Ra of 0.2-1.5 µm and/or a roughness value Rz of 1.0-4.0 µm. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung über ein Elastizitätsmodul von 0,2 - 140 GPa und/oder eine Oberflächenenergie von 20-45 mN/m und/oder einen statischen Kotaktwinkel gegen N-Dekan von ≤ 10° besitzt.Sealing ring according to one of the preceding claims, wherein the coating has a modulus of elasticity of 0.2 - 140 GPa and/or a surface energy of 20-45 mN/m and/or a static contact angle against n-decane of ≤ 10°. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auch die Flanken des Dichtringes wenigstens teilweise mit der plasmapolymeren Beschichtung versehen sind.Sealing ring according to one of the preceding claims, the flanks of the sealing ring also being at least partially provided with the plasma-polymer coating. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die plasmapolymere Beschichtung eine Zusammensetzung von C: 52-65 at% Si: 13-22 at% O: 20-26 at% jeweils bezogen auf die Menge aller mit XPS gemessen Atome, außer im Falle von H, wo mittels Mikroelementanalyse bestimmt wird und wobei H bei den Anteilen der mit XPS erfassbaren Elemente nicht mitgerechnet wird, oder wobei die plasmapolymere Beschichtung ein C/H-Verhältnis aufweist zwischen $$\mathrm{1,9}\le \text{C/H}\le \text{2}\text{,8 bevorzugt 2}\text{,1}\le \text{C/H}\le \text{2}\text{,6}$$

bestimmt mittels Mikroelementanalyse und einen Si-Anteil von ≤ 10at%, bevorzugt ≤ 5 at%, bezogen auf die Menge aller mit XPS gemessen Atome, und wobei H bei den Anteilen der mit XPS erfassbaren Elemente nicht mitgerechnet wird.Sealing ring according to one of the preceding claims, wherein the plasma polymeric coating has a composition of C: 52-65 at% Si: 13-22 at% O: 20-26 at% in each case based on the amount of all atoms measured with XPS, except in the case of H, where is determined by means of microelement analysis and where H is not included in the proportions of elements detectable with XPS, or where the plasma polymer coating has a C/H ratio between $$1.9\le \text{C/H}\le \text{2}\text{.8 preferred 2}\text{,1}\le \text{C/H}\le \text{2}\text{,6}$$

determined by means of microelement analysis and a Si content of ≦10 at%, preferably ≦5 at%, based on the amount of all atoms measured with XPS, and H is not included in the proportions of elements detectable with XPS. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elastomere Material eine Shore-Härte A von 30-90 besitzt.A sealing ring according to any one of the preceding claims wherein the elastomeric material has a Shore A hardness of 30-90. Dichtring nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dichtring Bestandteil einer Anordnung aus Welle und Dichtring ist, wobei gilt: 0,8 ≤ r₂/r_w < 1 wobei r_w der Außendurchmesser der Welle ist.A sealing ring according to any one of the preceding claims, wherein the sealing ring is part of a shaft and sealing ring assembly, where: 0.8 ≤ r ₂ /r _w < 1 where r _w is the outside diameter of the shaft. Verwendung eines Dichtringes nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Abdichtung eines bewegten Bauteils.Use of a sealing ring according to one of the preceding claims for sealing a moving component. Verfahren zum Herstellen eines Dichtringes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines unbeschichteten Dichtringes aus elastomerem Material, bevorzugt wie in Anspruch 9 definiert. b) Ausformen einer doppelten Krümmung im Bereich der Kontaktzone wie im Anspruch 1 definiert. c) Beschichten mit einer plasmapolymeren Beschichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 definiert.Method for producing a sealing ring according to one of Claims 1 until 9 , comprising the steps: a) providing an uncoated sealing ring made of elastomeric material, preferably as in claim 9 Are defined. b) forming a double curve in the area of the contact zone as in claim 1 Are defined. c) Coating with a plasma polymeric coating as in one of Claims 1 until 8th Are defined.

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