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Abstract

Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Siliciumcarbid (SiC) mit mindestens einer geglätteten Werkstoffoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkstoffoberfläche mit einer Rauhtiefe im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 μm eine abgeschiedene Hartstoffschicht von 1 bis 5 μm trägt, die durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht ist.Sliding body for bearing or sealing arrangements made of silicon carbide (SiC) with at least one smooth material surface, characterized in that the at least one material surface with a roughness in the range between 0.05 and 0.5 μm bears a deposited hard material layer of 1 to 5 μm which is applied by physical vapor deposition (PVD).

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Keramik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sliding body for bearing or sealing arrangements made of ceramic according to the preamble of claim 1.

Seit mehr als zwanzig Jahren werden zur Abdichtung von Wellen, beispielsweise in Turbokompressoren, berührungslose Gasdichtungen eingesetzt. Die Besonderheit dieser Gleitringdichtungen besteht in der Oberflächenstrukturierung der Gleitfläche des bewegten Ringes. Die Oberflächenstrukturierung besteht aus Vertiefungen, vorzugsweise Spiralnuten. Dies führt dazu, daß sich bei Rotation im Dichtspalt ein Gasdruck aufbaut, der die Gleitpartner soweit trennt, daß sich die Reibung auf reine Gasreibung verringert, ohne daß eine zu große Leckage auftritt. Eine solche gasgesperrte, kontaktlose Dichtungsanordnung für eine Welle ist beispielsweise in DE 37 34 704 C2 beschreiben.For more than twenty years non-contact gas seals have been used to seal shafts, for example in turbocompressors. The peculiarity of these mechanical seals consists in the surface structuring of the sliding surface of the moving ring. The surface structuring consists of recesses, preferably spiral grooves. This causes a gas pressure builds up during rotation in the sealing gap, which separates the sliding so far that the friction is reduced to pure gas friction, without too large leakage occurs. Such a gas-locked, non-contact seal assembly for a shaft is, for example, in DE 37 34 704 C2 describe.

Als Dichtungsringwerkstoff bekannt ist siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid. Mittels abtragender Verfahren, z. B. durch Laser oder durch Sandstrahlen, werden die Vertiefungen erzeugt. Nachteilig hierbei ist, daß die Bodenflächen der Nuten vielfach Schädigungen aufweisen und die Festigkeit des Bauteils verschlechtert ist. Auch ist die Leistungsfähigkeit des Werkstoffs, insbesondere hinsichtlich des Reibkoeffizienten, für bestimmte Anwendungen nicht ausreichend.As a sealing ring material is known silicon-infiltrated silicon carbide. By means of ablative methods, eg. B. by laser or by sandblasting, the wells are generated. The disadvantage here is that the bottom surfaces of the grooves often have damage and the strength of the component is deteriorated. Also, the performance of the material, especially with regard to the coefficient of friction, is insufficient for certain applications.

Aus DE 37 34 704 C2 sind Dichtungsringe für eine Gasdichtungsanordnung bekannt. Diese Dichtungsringe bestehen aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit sowie großem Elastizitätsmodul mit großer Härte. Die Dichtungsringe bestehen beispielsweise aus einem Werkstoff der Gruppe Wolframcarbid, Siliciumcarbid, Silicium/Siliciumcarbid-Compound, Titancarbid oder Paarungen davon.Out DE 37 34 704 C2 Sealing rings for a gas seal arrangement are known. These sealing rings are made of a material of high thermal conductivity and high modulus of elasticity with high hardness. The sealing rings consist for example of a material from the group tungsten carbide, silicon carbide, silicon / silicon carbide compound, titanium carbide or pairings thereof.

Aus EP 1 013 779 A2 ist die Erzeugung einer Oberfläche bekannt, die härter ist als eine Gegenlauffläche. Beschrieben ist eine Härtung durch Einsatzhärten. Eine Hartstoffschicht wird demnach durch Umwandlung erzeugt.Out EP 1 013 779 A2 it is known to produce a surface which is harder than a mating surface. A hardening by case hardening is described. A hard material layer is thus produced by conversion.

Aus DE 954 301 B ist ein Feinmaschinenlager mit gehärteter Oberfläche bekannt. Der Grundwerkstoff besteht aus Stahl oder Bronzen, die mit Überzügen versehen werden, die in bekannter Weise durch Reaktion aus der Gasphase abgeschieden werden können.Out DE 954 301 B is a precision engine storage with hardened surface known. The base material consists of steel or bronzes, which are provided with coatings which can be deposited in a known manner by reaction from the gas phase.

Aus DE 196 30 149 A1 ist ein Gleitbauteil bekannt, das durch Beschichten eines Substrats mit einem Verbundfilm aus Chromnitrid, in welchem eine metallische Chromstruktur verteilt ist, erhalten wird. Das Verfahren der Herstellung des Gleitbauteils beinhaltet das In-Kontakt-Bringen einer Gasphase, welche aus einer Mischung aus Chrom und Stickstoff besteht, mit dem Substrat mittels des PVD-Verfahrens.Out DE 196 30 149 A1 For example, a sliding member obtained by coating a substrate with a composite film of chromium nitride in which a metallic chromium structure is dispersed is known. The method of manufacturing the sliding member involves contacting a gas phase consisting of a mixture of chromium and nitrogen with the substrate by the PVD method.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen zu schaffen, der einfacher herstellbar ist und dabei leistungsfähiger ist.The object of the invention is therefore to provide a sliding body for bearing or sealing arrangements, which is easier to produce and is more powerful.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Hierdurch wird ein Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen geschaffen, der durch die Beschichtung mit einem Hartstoff ein veränderbares Eigenschaftsprofil der Funktionsfläche erlaubt. Der Reibkoeffizient der Hartstoffbeschichtung ist niedriger einstellbar als der von Siliciumcarbid oder siliciuminfiltriertem Siliciumcarbid. Die Härte kann sogar noch höher ausgebildet werden als die des bereits schon sehr harten Grundmaterials. Siliciumcarbid läuft im allgemeinen schlecht gegen Metall, so dass durch die erfindungsgemäße Beschichtung die Laufeigenschaften wesentlich verbessert werden. Die Hartstoffschicht wird mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition, kurz PVD) auf einer hinreichend glatten Werkstoffoberfläche abgeschieden. Die Vertiefungen besitzen dann Böden, die von der geglätteten Werkstoffoberfläche direkt gebildet werden. Eine Schädigung derselben durch Abtragverfahren ist ausgeschlossen.As a result, a sliding body for bearing or sealing arrangements is created, which allows a variable property profile of the functional surface by the coating with a hard material. The coefficient of friction of the hard material coating is lower than that of silicon carbide or silicon silicon carbide infiltrated. The hardness can be made even higher than that of the already very hard base material. Silicon carbide generally runs poorly against metal, so that the running properties are significantly improved by the coating according to the invention. The hard material layer is deposited by means of physical vapor deposition (physical vapor deposition, PVD for short) on a sufficiently smooth material surface. The recesses then have bottoms that are formed directly from the smoothed material surface. Damage to the same by removal processes is excluded.

Ein wesentlicher Vorteil der Beschichtung ist, daß im Falle einer strukturierten Funktionsfläche diese nicht abtragend, sondern aufbauend erzeugt wird.An essential advantage of the coating is that, in the case of a structured functional surface, it is not produced by ablation but by building up.

Die Dicke der Hartstoffschicht kann abhängig von einer wählbaren Tiefe der Vertiefungen, beispielsweise der Tiefe für Fördernuten, im Bereich zwischen 1 und 5 μm ausgebildet sein.The thickness of the hard material layer can be formed in the range between 1 and 5 μm, depending on a selectable depth of the depressions, for example the depth for conveying grooves.

Die Hartstoffschicht kann aus Titanaluminiumnitrid oder Titannitrid bestehen. Mittels einer Strukturmaske ist eine wählbare Anordnung von Vertiefungen einstellbar. Das Anwendungsgebiet des Gleitkörpers ist vielfältig.The hard material layer may consist of titanium aluminum nitride or titanium nitride. By means of a structure mask, a selectable arrangement of depressions is adjustable. The field of application of the slider is diverse.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are described in the following description and the dependent claims.

Die Erfindung betrifft einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Siliciumcarbid (SiC) mit mindestens einer geglätteten Werkstoffoberfläche, wobei die mindestens eine Werkstoffoberfläche mit einer Rauhtiefe im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 μm eine abgeschiedene Hartstoffschicht von 1 bis 5 μm trägt.The invention relates to a sliding body for bearing or sealing arrangements made of silicon carbide (SiC) with at least one smoothed material surface, wherein the at least one material surface with a surface roughness in the range between 0.05 and 0.5 microns carries a deposited hard material layer of 1 to 5 microns.

Das Siliciumcarbid (SiC) ist vorzugsweise auch ein siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC). Die Hartstoffschicht besteht vorzugsweise aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titannitrid (TiN) und ist durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht.The silicon carbide (SiC) is preferably also a silicon-infiltrated silicon carbide (SiSiC). The hard material layer preferably consists of titanium aluminum nitride (TiAlN) or titanium nitride (TiN) and is applied by physical vapor deposition (PVD).

Weiterhin bevorzugt ist für Dichtungsanordnungen die Hartstoffschicht in Form einer Strukturmaske zur Bildung einer Oberflächenstrukturierung aufgebracht. Eine solche Strukturmaske bildet vorzugsweise Nuten wählbarer Anordnung und Tiefe aus.Further preferred for sealing arrangements, the hard material layer is applied in the form of a structural mask to form a surface structuring. Such a structure mask preferably forms grooves of selectable arrangement and depth.

Die Verwendung des Gleitkörpers ist beispielsweise möglich als Rotor-Dichtungsring einer Gasdichtungsanordnung mit der Werkstoffoberfläche als Dichtungsstirnfläche, als Wälzlagerring eines Wälzlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagerstirnfläche, als Kolben einer Kolben/Zylinder-Einheit mit der Werkstoffoberfläche als Außenhaut des Kolbens, als Lagerbüchse oder Wellenhülse eines radialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche oder als Lagerring eines axialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.The use of the slider is for example possible as a rotor sealing ring of a gas seal arrangement with the material surface as sealing face, as a rolling bearing of a rolling bearing with the material surface as a bearing end face, as a piston piston / cylinder unit with the material surface as the outer skin of the piston, as a bearing bush or shaft sleeve of a radial slide bearing with the material surface as Lagergleitfläche or as a bearing ring of an axial sliding bearing with the material surface as Lagergleitfläche.

Claims (10)

Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Siliciumcarbid (SiC) mit mindestens einer geglätteten Werkstoffoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Werkstoffoberfläche mit einer Rauhtiefe im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 μm eine abgeschiedene Hartstoffschicht von 1 bis 5 μm trägt, die durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht ist.Sliding element for bearing or sealing arrangements of silicon carbide (SiC) with at least one smoothed material surface, characterized in that the at least one material surface with a surface roughness in the range between 0.05 and 0.5 microns carries a deposited hard material layer of 1 to 5 microns, the by physical vapor deposition (PVD) is applied. Gleitkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliciumcarbid (SiC) ein siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) ist.A sliding body according to claim 1, characterized in that the silicon carbide (SiC) is a silicon-infiltrated silicon carbide (SiSiC). Gleitkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titannitrid (TiN) besteht.Sliding member according to claim 1 or 2, characterized in that the hard material layer consists of titanium aluminum nitride (TiAlN) or titanium nitride (TiN). Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht in Form einer Strukturmaske zur Bildung einer Oberflächenstrukturierung aufgebracht ist.Sliding member according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hard material layer is applied in the form of a structural mask to form a surface structuring. Gleitkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturmaske Nuten wählbarer Anordnung ausbildet.Sliding member according to claim 4, characterized in that the structure mask grooves selectable arrangement forms. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Rotor-Dichtungsring einer Gasdichtungsanordnung mit der Werkstoffoberfläche als Dichtungsstirnfläche.Use of the slider according to one of claims 1 to 5 as a rotor sealing ring of a gas seal arrangement with the material surface as a sealing end face. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Wälzlagerringe eines Wälzlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagerstirnfläche.Use of the slider according to one of claims 1 to 5 as rolling bearing rings of a roller bearing with the material surface as a bearing end face. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Kolben einer Kolben/Zylinder-Einheit mit der Werkstoffoberfläche als Außenhaut des Kolbens.Use of the slider according to one of claims 1 to 5 as a piston of a piston / cylinder unit with the material surface as the outer skin of the piston. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Lagerbüchse oder Wellenhülse eines radialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.Use of the sliding body according to one of claims 1 to 5 as a bearing bush or shaft sleeve of a radial sliding bearing with the material surface as a bearing sliding surface. Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Lagerring eines axialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.Use of the slider according to one of claims 1 to 5 as a bearing ring of an axial sliding bearing with the material surface as a bearing sliding surface.
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