DE102012010603A1

DE102012010603A1 - Coated sealing product useful for sealing a device in presence of a lubricant, comprises an elastomeric base body, which is partially provided with a coating

Info

Publication number: DE102012010603A1
Application number: DE102012010603A
Authority: DE
Inventors: Helmut Leitner; Erich Prem; Stephan Rutz; Birger Lange; Till Riehm; Julia Kubasch
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: DE102012010603B4

Abstract

Coated sealing product comprises an elastomeric base body, which is at least partially provided with a coating, where the base body in uncoated state exhibits a surface energy of less than 50 mN/m, and the coating exhibits a surface energy of greater than 50 mN/m. Independent claims are also included for: (1) a device comprising a unit to be sealed, the above sealing product, and a lubricant, which is in contact with the sealing product; and (2) producing the sealing product, comprising (a) providing the elastomeric body having the surface energy of less than 50 mN/m, and (b) coating the base body by plasma polymerization.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft beschichtete Dichtungsartikel und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung betrifft auch Verwendungen der Dichtungsartikel und Vorrichtungen, welche die Dichtungsartikel enthalten.The present invention relates to coated gaskets and methods of making the same. The invention also relates to uses of the seal articles and devices containing the seal articles.

Stand der TechnikState of the art

Dichtringe und andere Dichtungsartikel bestehen im Allgemeinen aus elastomeren Kunststoffen, die wegen ihrer Elastizität gute dichtende Eigenschaften aufweisen. Sie müssen eine Vielzahl von Eigenschaften in sich vereinen, um den dauerhaften Betrieb zu gewährleisten. So müssen Dichtungen an beweglichen Bauteilen, wie Achsen, Lagern oder Kolben, gute tribologische Eigenschaften aufweisen. Die Tribologie bezeichnet das Gebiet wechselwirkender Oberflächen in relativer Bewegung.Sealing rings and other sealing articles are generally made of elastomeric plastics, which have good sealing properties because of their elasticity. They have to combine a multitude of properties to ensure long-term operation. For example, seals on moving components such as axles, bearings or pistons must have good tribological properties. Tribology refers to the domain of interacting surfaces in relative motion.

Dichtungsartikel werden im Allgemeinen in Verbindung mit Schmierstoffen eingesetzt. Die Dichtungsartikel sollen unter anderem eine geringe Reibung und einen niedrigen Verschleiß aufweisen. Sie sollen auch inert gegenüber den Schmierstoffen sein, um eine hohe Lebensdauer der Dichtungsartikel zu ermöglichen. Wenn ein elastomerer Dichtungsartikel nicht inert gegenüber dem Schmierstoff ist, kann dies unter anderem zum Verhärten, Erweichen, Quellen oder Schrumpfen des elastomeren Werkstoffes führen.Sealants are generally used in conjunction with lubricants. Among other things, the sealing articles should have low friction and low wear. They should also be inert to the lubricants to allow a long life of the sealant. If an elastomeric sealant is not inert to the lubricant, this can lead, inter alia, to hardening, softening, swelling or shrinking of the elastomeric material.

In der Praxis ist es problematisch, die genannten unterschiedlichen und zum Teil gegenläufigen Eigenschaften von Dichtungsartikeln in optimaler Weise in Einklang zu bringen. Beispielsweise führen Schmierstoffe, die eine geringe Reibung in der Verzahnung von Getrieben bewirken, oft zu einem hohen Verschleiß der Dichtung, da sie unter den Einsatzbedingungen das Dichtungsmaterial angreifen. Dies kann kurzfristig zu Undichtigkeiten im System führen.In practice, it is problematic to reconcile the mentioned different and partly opposing properties of sealing articles in an optimal way. For example, lubricants that cause low friction in the gearing of gearboxes often result in high wear of the gasket, as they will attack the gasket material under service conditions. This can lead to short-term leaks in the system.

Da Dichtungsartikel, wie Dichtringe, für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen unter verschiedenen Einsatzbedingungen benötigt werden, besteht ein grundsätzliches Bedürfnis nach neuen Dichtungsartikeln mit verbesserten und optimierten Eigenschaften. Insbesondere besteht ein Bedürfnis nach Dichtungsartikeln, welche gute tribologische Eigenschaften in Verbindung mit einer hohen Stabilität aufweisen.Since gaskets, such as gaskets, are required for a variety of different applications under various operating conditions, there is a fundamental need for new gaskets having improved and optimized properties. In particular, there is a need for sealing articles which have good tribological properties coupled with high stability.

Ein besonderes Problem stellen Dichtungen von Vorrichtungen, wie Getrieben oder Motoren, in Gegenwart von Schmierstoffen dar. Als Schmierstoffe werden üblicherweise Mineralöle oder synthetische Öle, wie Polyalphaolefinöle oder Polyglykolöle, eingesetzt. Die Optimierung der Dichtungseigenschaften ist von hoher Bedeutung, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen und damit Energie einzusparen sowie den reibungslosen Betrieb über lange Zeiträume zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Reibung in der Verzahnung von Schneckengetrieben durch den Einsatz von synthetischen Getriebeölen reduziert werden. Die Reibungsreduzierung beeinflusst einerseits direkt die Temperatur des Schmierstoffes, die dadurch gesenkt wird, und andererseits den Wirkungsgrad des Getriebes, der dadurch erhöht wird. Bereits die Verringerung der Betriebstemperatur des Schmierstoffes um nur 10 K kann die Lebensdauer des Schmierstoffes und der Dichtung verdoppeln. Daher ist die Optimierung der tribologischen Eigenschaften bei solchen Dichtungsanwendungen von hoher Bedeutung.A particular problem seals seals of devices, such as transmissions or engines, in the presence of lubricants. As lubricants usually mineral oils or synthetic oils, such as polyalphaolefin oils or polyglycol oils, are used. The optimization of the sealing properties is very important in order to achieve high efficiency and thus to save energy and to ensure smooth operation over long periods of time. For example, the friction in the teeth of worm gears can be reduced by the use of synthetic gear oils. The friction reduction on the one hand directly affects the temperature of the lubricant, which is thereby lowered, and on the other hand, the efficiency of the transmission, which is thereby increased. Reducing the operating temperature of the lubricant by as little as 10 K can double the service life of the lubricant and the seal. Therefore, the optimization of the tribological properties in such sealing applications is of great importance.

Besonders Polyglykolöle zeigen innerhalb der Klasse der synthetischen Getriebeöle ideale Eigenschaften zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Getrieben. Sie sind aber wegen ihres chemischen Aufbaus nur mit wenigen Dichtungsmaterialien kompatibel. Allgemein müssen Dichtungsmaterialien bei den Einsatzbedingungen, wie z. B. der Einsatztemperatur, gegenüber Schmierstoffen chemisch inert sein, um das Eigenschaftsprofil des Materials und damit auch die Funktion der Dichtung zu erhalten. Durch Quellung des Dichtungsmaterials mit dem Schmierstoff kann die Dichtung beispielsweise ihre Form verlieren und erweichen, so dass sie ihre Dichtfunktion nicht mehr erfüllen kann.Especially polyglycol oils show within the class of synthetic gear oils ideal properties for improving the efficiency of transmissions. However, due to their chemical structure, they are only compatible with a few sealing materials. In general, sealing materials under the conditions of use, such as. As the use temperature, be chemically inert to lubricants to obtain the property profile of the material and thus the function of the seal. For example, by swelling the sealing material with the lubricant, the seal may lose its shape and soften so that it can no longer fulfill its sealing function.

Insbesondere bei Dichtringen, die in geschmierten Systemen eingesetzt werden, wie Radialwellen-Dichtringen, ist es von hoher Bedeutung, die ausreichende Versorgung mit einem Schmierstoff bei gleichzeitig hoher Stabilität des Dichtungsmaterials gegenüber dem Schmierstoff zu gewährleisten. Bei unzureichender Versorgung des elastomeren Dichtringes mit dem Schmierstoff tritt eine Mangelschmierung und gegebenenfalls ein Trockenlaufen der Dichtlippe auf, was zu einer erhöhten Reibung zwischen der Dichtlippe und der Wellenoberfläche als Gegenlauffläche führt. Die hohe Reibung wiederum führt zu einer lokalen Temperaturerhöhung unter der Dichtlippe sowie einem starken Verschleiß an der Dichtlippe und der Welle. Dadurch kann der Ausfall des Dichtungssystems ausgelöst werden und eine Leckage auftreten.In particular, in sealing rings, which are used in lubricated systems, such as radial shaft sealing rings, it is of great importance to ensure sufficient supply of a lubricant with high stability of the sealing material against the lubricant. Inadequate supply of the elastomeric sealing ring with the lubricant is a lack of lubrication and possibly dry running of the sealing lip, resulting in increased friction between the sealing lip and the shaft surface as a mating surface. The high friction in turn leads to a local Increase in temperature under the sealing lip as well as heavy wear on the sealing lip and the shaft. As a result, the failure of the sealing system can be triggered and leakage occur.

Im Stand der Technik wird zur Verbesserung der Stabilität des Dichtungsartikels vorgeschlagen, elastomere dichtende Grundkörper mit einer Beschichtung auszustatten. Die DE 10 2005 025 253 A1 betrifft Dichtungen für Klappenventile, die mit einer Beschichtung versehen sind, die mittels Plasmapolymerisation aufgetragen wird. Die silikonbasierte Beschichtung führt dabei zu einem reduzierten Drehmoment zwischen der Dichtung und der zu dichtenden Vorrichtung und verbessert auch die Stabilität des Dichtungsartikels, da die Quellung bei Kontakt mit flüssigen Medien verringert wird.In the prior art, to improve the stability of the sealing article, it is proposed to provide elastomeric sealing bodies with a coating. The DE 10 2005 025 253 A1 concerns seals for butterfly valves provided with a coating applied by plasma polymerisation. The silicone-based coating thereby results in a reduced torque between the seal and the device to be sealed and also improves the stability of the seal article, since the swelling is reduced upon contact with liquid media.

Elastomere Dichtungen mit silikonbasierten Beschichtungen werden auch in der DE 10 034 737 A1 offenbart. Dabei erfolgt der Aufbau der Beschichtung in Form eines Gradienten, um die Stabilität zu verbessern.Elastomeric seals with silicone-based coatings are also used in the DE 10 034 737 A1 disclosed. The build up of the coating takes the form of a gradient in order to improve the stability.

Die DE 10 2008 002 515 A1 offenbart einen Dichtungsartikel aus einem elastomeren Grundkörper und einer durch Plasmapolymerisation hergestellten Beschichtung, die aus Kohlenstoff, Silicium, Sauerstoff und Wasserstoff in einem vorgegebenen Verhältnis besteht. Auch in diesem Dokument wird auf die besonderen Schwierigkeiten hingewiesen, die Optimierung der Eigenschaften einer elastomeren Dichtung insbesondere hinsichtlich Abriebfestigkeit, Reibungsreduktion, Wärmeleitfähigkeit, Temperaturstabilität, chemischer Stabilität und Elastizität zu erreichen. Die Oberflächenenergie der Beschichtung soll zwischen 25 und 40 mN/m und die Härte zwischen 0,1 und 5 GPa eingestellt werden (Abschnitt [0025]). Dadurch soll eine gute Benetzbarkeit der Beschichtung gewährleistet werden. Gleichzeitig soll die geringe Oberflächenenergie das Ablagern von Abbauprodukten des Öls im Dichtspalt verhindern. Die höhere Härte der Beschichtung gegenüber dem elastomeren Material soll das Verschleißverhalten der Dichtung verbessern, ohne gleichzeitig zu Verhärten oder zu Verspröden (Abschnitte [0054]–[0056]).The DE 10 2008 002 515 A1 discloses a gasket article of an elastomeric body and a plasma-polymerized coating consisting of carbon, silicon, oxygen and hydrogen in a predetermined ratio. Also in this document attention is drawn to the particular difficulties of achieving the optimization of the properties of an elastomeric seal, in particular with regard to abrasion resistance, friction reduction, thermal conductivity, temperature stability, chemical stability and elasticity. The surface energy of the coating should be adjusted between 25 and 40 mN / m and the hardness between 0.1 and 5 GPa (section [0025]). This should ensure a good wettability of the coating. At the same time, the low surface energy should prevent the deposition of degradation products of the oil in the sealing gap. The higher hardness of the coating compared to the elastomeric material is intended to improve the wear behavior of the seal without at the same time hardening or becoming brittle (Sections [0054] - [0056]).

Die EP 2 280 201 A1 setzt Beschichtungen von elastomeren Dichtungen mit mindestens einer Dichtlippe ein, die zur Herabsetzung der Benetzbarkeit gegenüber polaren und unpolaren Medien führen. Diese werden komplett oder auch nur partiell im Funktionsbereich der Dichtlippe aufgebracht, um eine durchgehende Benetzung der Dichtlippe mit dem Schmiermedium zu vermeiden und damit eine Mikroleckage des Schmiermediums auf die Gehäuseaußenseite zu verhindern. Auf diese Weise können Kontaktwinkel erreicht werden, die über 90° liegen. Es wird jedoch nicht offenbart, wie bei einer solchen Dichtung die tribologischen Eigenschaften in optimaler Weise aufeinander abgestimmt werden können.The EP 2 280 201 A1 uses coatings of elastomeric seals with at least one sealing lip, which leads to the reduction of wettability to polar and non-polar media. These are applied completely or only partially in the functional area of the sealing lip in order to avoid continuous wetting of the sealing lip with the lubricating medium and thus to prevent microleakage of the lubricating medium on the outside of the housing. In this way, contact angles can be achieved that are above 90 °. However, it is not disclosed how in such a seal the tribological properties can be optimally matched to each other.

Die im Stand der Technik beschriebenen Dichtungsartikel und Dichtringe sind jedoch hinsichtlich der Optimierung der Eigenschaften, insbesondere der tribologischen Eigenschaften in Gegenwart von Schmierstoffen in Verbindung mit der dafür nötigen Stabilität des Dichtungsartikels, noch verbesserungsbedürftig.However, the sealing articles and sealing rings described in the prior art are still in need of improvement in terms of optimizing the properties, in particular the tribological properties in the presence of lubricants in conjunction with the required stability of the seal article.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dichtungsartikel bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile überwinden. Insbesondere sollen Dichtungsartikel für geschmierte Systeme bereitgestellt werden, die bei hoher Stabilität des Dichtungsmaterials gegenüber dem Schmierstoff gute tribologische Eigenschaften aufweisen und eine ausreichende Versorgung der Dichtlippe mit einem Schmierstoff gewährleisten können. Die Dichtungsartikel sollen eine gute Benetzbarkeit der Oberflächen mit verschiedenen Schmierstoffen zeigen, die zum Aufbau eines optimalen Schmierfilms zwischen Dichtkante und Gegenlauffläche führt. Damit soll sich ein gut funktionierendes tribologisches System ausbilden, das ein gutes Reibungsverhalten aufweist. Die Dichtungsartikel sollen insbesondere eine effiziente Dichtung gegenüber Schmierstoffen, wie Fetten und Ölen bewirken. Die Materialeigenschaften sollen auch über längere Anwendungszeiträume im Wesentlichen nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt werden. Die Dichtungsartikel sollen mit verschiedenen Schmierstoffen kompatibel sein, insbesondere auch mit synthetischen Schmierölen, wie hydrophilen Polyalkylenglykolen. Dichtringe, wie Radialwellendichtringe, sollen durch die Erfindung bevorzugt eine geringe Laufspurbreite und keinen bzw. nur einen geringen Welleneinlauf aufweisen. Es soll ein System mit hoher Lebensdauer erhalten werden, bei dem ein Ausfall des Dichtungssystems und eine auftretende Leckage sehr unwahrscheinlich sind.The invention has for its object to provide sealing articles which overcome the disadvantages described above. In particular, sealing articles for lubricated systems are to be provided, which have good tribological properties with high stability of the sealing material relative to the lubricant and can ensure adequate supply of the sealing lip with a lubricant. The sealing articles should show a good wettability of the surfaces with different lubricants, which leads to the formation of an optimum lubricating film between the sealing edge and mating surface. This should form a well-functioning tribological system, which has a good friction behavior. In particular, the gaskets are intended to provide efficient sealing against lubricants such as greases and oils. The material properties should not be affected, or only insignificantly, over longer periods of use substantially. The gaskets are said to be compatible with various lubricants, especially synthetic lubricating oils such as hydrophilic polyalkylene glycols. Sealing rings, such as radial shaft seals, should preferably have a low track width and no or only a small shaft inlet by the invention. It is a system to be obtained with a long service life, in which a failure of the sealing system and a leakage occurring are very unlikely.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch Dichtungsartikel, Vorrichtungen, Verwendungen und Verfahren gemäß den Patentansprüchen.The present invention solves the above object by sealing articles, devices, uses and methods according to the claims.

Gegenstand der Erfindung ist ein beschichteter Dichtungsartikel, umfassend einen elastomeren Grundkörper, der mindestens teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, wobei der Grundkörper im unbeschichteten Zustand eine Oberflächenenergie von weniger als 50 mN/m aufweist und die Beschichtung eine Oberflächenenergie von mehr als 50 mN/m aufweist. The invention relates to a coated sealing article comprising an elastomeric base body which is at least partially provided with a coating, wherein the base body in the uncoated state has a surface energy of less than 50 mN / m and the coating has a surface energy of more than 50 mN / m having.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Grundkörper eine Oberflächenenergie von weniger als 30 mN/m, besonders bevorzugt weniger als 20 mN/m, und/oder die Beschichtung eine Oberflächenenergie von mehr als 60 mN/m auf. Die Oberflächenenergie des Grundkörpers bezeichnet den Wert vor Auftrag der Beschichtung. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung liegt die Oberflächenenergie der Beschichtung zwischen 50 und 100 mN/m, insbesondere zwischen 60 und 90 mN/m, und/oder die Oberflächenenergie des Grundkörpers zwischen 5 und 40 mN/m, insbesondere zwischen 10 und 30 mN/m. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen der Oberflächenenergie der Beschichtung und der Oberflächenenergie des Grundkörpers mindestens 10 mN/m, bevorzugt mindestens 30 mN/m, mindestens 40 mN/m oder mindestens 50 mN/m.In a preferred embodiment of the invention, the base body has a surface energy of less than 30 mN / m, more preferably less than 20 mN / m, and / or the coating has a surface energy of more than 60 mN / m. The surface energy of the main body denotes the value before application of the coating. In further embodiments of the invention, the surface energy of the coating is between 50 and 100 mN / m, in particular between 60 and 90 mN / m, and / or the surface energy of the main body between 5 and 40 mN / m, in particular between 10 and 30 mN / m , Preferably, the difference between the surface energy of the coating and the surface energy of the body is at least 10 mN / m, preferably at least 30 mN / m, at least 40 mN / m or at least 50 mN / m.

Die Oberflächenenergie (Oberflächenspannung) ist die gesamte potenzielle Energie der Moleküle, die sich an oder nahe der Oberfläche eines Feststoffs befinden. In einem Festkörper wirken Anziehungskräfte zwischen den Molekülen, die diesen zusammenhalten. Auf Moleküle an der Oberfläche wirken diese Kräfte nicht von allen Seiten, sondern nur vom Innern her. Es resultiert eine Zugkraft, welche auf an der Oberfläche befindliche Moleküle nach Innen hin wirkt. Um ein Molekül aus dem Innern an die Oberfläche zu bringen, ist daher Arbeit zu leisten und Moleküle an der Oberfläche besitzen eine entsprechende potenzielle Energie. Die Oberflächenenergie ist ein charakteristischer Wert für die Wechselwirkung der Oberfläche einer kondensierten Phase (Feststoff oder Flüssigkeit) mit ihrer Umgebung. Sie wird in mN/m angegeben. Die Oberflächenenergie ist ein Kriterium für die Benetzbarkeit eines Materials. Sie kann durch verschiedene Plasmaverfahren erhöht werden. Die Oberflächenenergien von Feststoffen betragen von unter 20 mN/m (z. B. PTFE) bis einige tausend mN/m (Metalle, Diamant).Surface energy (surface tension) is the total potential energy of the molecules that are at or near the surface of a solid. In a solid, attractive forces act between the molecules that hold it together. On molecules at the surface, these forces do not work from all sides, but only from the inside. The result is a tensile force, which acts on inwardly located molecules to the inside. Therefore, to bring a molecule from the interior to the surface, there is work to be done, and molecules on the surface have a corresponding potential energy. The surface energy is a characteristic value for the interaction of the surface of a condensed phase (solid or liquid) with its environment. It is given in mN / m. The surface energy is a criterion for the wettability of a material. It can be increased by various plasma processes. The surface energies of solids are from less than 20 mN / m (eg PTFE) to a few thousand mN / m (metals, diamond).

Die Messung der Oberflächenenergie erfolgt indirekt über den Kontaktwinkel, der zwischen dem Festkörper und einer Flüssigkeit mit bekannter Oberflächenspannung an der Phasengrenze ausgebildet wird. Die Youngsche Gleichung beschreibt die Beziehung zwischen dem Kontaktwinkel, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, der Grenzflächenspannung zwischen beiden Phasen und der Oberflächenenergie des Festkörpers. Erfindungsgemäß wird die Oberflächenenergie gemäß der Methode der statischen Kontaktwinkelmessung mit Wasser und Diiodmethan als polare bzw. unpolare Flüssigkeit gemessen. Die Auswertung der Kontaktwinkelmessungen erfolgt nach der Gleichung von Owens und Wendt. Zur Bestimmung ist insbesondere die DIN 55660-2 geeignet (Beschichtungsstoffe-Benetzbarkeit – Teil 2: Bestimmung der freien Oberflächenenergie fester Oberflächen durch Messung des Kontaktwinkels).The measurement of the surface energy takes place indirectly via the contact angle which is formed between the solid and a liquid with known surface tension at the phase boundary. Young's equation describes the relationship between the contact angle, the surface tension of the liquid, the interfacial tension between both phases, and the surface energy of the solid. According to the invention, the surface energy is measured according to the method of static contact angle measurement with water and diiodomethane as a polar or non-polar liquid. The evaluation of the contact angle measurements is carried out according to the equation of Owens and Wendt. For the determination is in particular the DIN 55660-2 suitable (coating materials Wettability - Part 2 : Determination of the free surface energy of solid surfaces by measuring the contact angle).

Bevorzugt ist der Kontaktwinkel des erfindungsgemäß beschichteten Artikels bei Raumtemperatur, bestimmt im Gleichgewichtszustand mit Polyglykolöl ( Marke Klübersynth GH 6–220, Klüber Lubrication, DE ) gemäß DIN 55660-2 , kleiner als 50°, insbesondere kleiner 40° oder kleiner 30°. Bevorzugt liegt der Kontaktwinkel zwischen 5 und 50°, insbesondere zwischen 10 und 40° oder zwischen 15 und 30°.Preference is given to the contact angle of the article coated according to the invention at room temperature, determined in the equilibrium state with polyglycol oil ( Brand Klübersynth GH 6-220, Klüber Lubrication, DE ) according to DIN 55660-2 , less than 50 °, in particular less than 40 ° or less than 30 °. Preferably, the contact angle is between 5 and 50 °, in particular between 10 and 40 ° or between 15 and 30 °.

Die Oberflächenenergie einer Beschichtung kann durch verschiedene Maßnahmen bei der Herstellung einer Beschichtung im Plasma eingestellt werden. So wird die Oberflächenenergie durch die Veränderung des Anteils sauerstoffhaltiger Gase, die gewählte Gesamtgasmenge, die Leistung oder die Nachaktivierung der Oberfläche, beispielsweise durch Variation der Bestandteile im Plasma, beeinflusst. Eine geeignete Maßnahme zur Erhöhung der Oberflächenenergie ist die Verwendung von Prozessgasen, die polare Atome enthalten, wie Stickstoff oder Sauerstoff.The surface energy of a coating can be adjusted by various measures in the production of a coating in the plasma. Thus, the surface energy is influenced by the change in the proportion of oxygen-containing gases, the total amount of gas selected, the power or the post-activation of the surface, for example by varying the components in the plasma. A suitable measure for increasing the surface energy is the use of process gases containing polar atoms, such as nitrogen or oxygen.

Der erfindungsgemäße Dichtungsartikel umfasst einen elastomeren Grundkörper. Mit dem Begriff „Grundkörper” wird allgemein ein Formkörper bezeichnet, der aus einem Elastomer besteht oder im Wesentlichen besteht.The sealing article according to the invention comprises an elastomeric body. The term "main body" is generally referred to as a shaped body which consists of an elastomer or consists essentially.

Das Elastomer verleiht dem Dichtungsartikel aufgrund seiner Elastizität dichtende Eigenschaften. Elastomere sind üblicherweise dreidimensional vernetzte Polymere.The elastomer gives the sealing article due to its elasticity sealing properties. Elastomers are usually three-dimensionally crosslinked polymers.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der elastomere Grundkörper mindestens ein Polymer, ausgewählt aus Fluorelastomeren (FKM, FFKM), Silikonen, Nitril-Butadien-Elastomeren (NBR), Hydrierten Nitril-Butadien-Elastomeren (HNBR), und Polyacrylat-Elastomeren (ACM). Bevorzugt besteht der Grundkörper aus einem solchen Polymer. Dabei kann der Grundkörper übliche Zusätze enthalten, wie Farbstoffe, Stabilisatoren oder Weichmacher.In a preferred embodiment of the invention, the elastomeric body comprises at least one polymer selected from fluoroelastomers (FKM, FFKM), silicones, nitrile-butadiene elastomers (NBR), hydrogenated nitrile-butadiene elastomers (HNBR), and polyacrylate elastomers (ACM ). Preferably, the Basic body of such a polymer. In this case, the base body may contain conventional additives, such as dyes, stabilizers or plasticizers.

Bevorzugte weitere elastomere Grundkörper sind solche aus NR (Naturgummi), CR (Chloropren-Elastomer), IIR (Isobuten-Isopren-Elastomer), [H]NBR [Hydriertes] (Nitril-Butadien-Elastomer), AU (Polyester-Urethan), EU (Polyether-Urethan), EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Elastomer), MQ (Methylen-Silikon-Elastomer), VMQ (Vinyl-Methyl-Silikon-Elastomer), PMQ (Phenyl-Methyl-Silikon-Elastomer), FMQ (Fluor-Methyl-Silikon-Elastomer), FKM (Fluor-Elastomer), FEPM (Tetrafluorethylen-Propylen-Elastomer), FFKM (Perfluor-Elastomer) oder Mischungen solcher Elastomere.Preferred other elastomeric bases are those of NR (natural rubber), CR (chloroprene elastomer), IIR (isobutene-isoprene elastomer), [H] NBR [hydrogenated] (nitrile-butadiene elastomer), AU (polyester-urethane), EU (Polyether Urethane), EPDM (Ethylene Propylene Diene Elastomer), MQ (Methylene Silicone Elastomer), VMQ (Vinyl Methyl Silicone Elastomer), PMQ (Phenyl Methyl Silicone Elastomer), FMQ (Fluoro-methyl-silicone elastomer), FKM (fluoroelastomer), FEPM (tetrafluoroethylene-propylene elastomer), FFKM (perfluoroelastomer), or mixtures of such elastomers.

Erfindungsgemäß ist der Einsatz von Fluorelastomeren besonders bevorzugt. Damit werden Fluor-haltige Elastomere bezeichnet, insbesondere solche, die durch Polymerisation von fluorierten Monomeren hergestellt wurden. Fluorkautschuke (FPM oder FKM) sind fluorierte Elastomere, die durch Polymerisation von Vinyliden(di)fluorid (VDF) hergestellt wurden. Weitere geeignete fluorierte Elastomere sind Perfluorelastomere (FFKM), Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuke (FEPM) und fluorierter Silikonkautschuk. Geeignete Typen von Fluorkautschuken sind beispielsweise Copolymere von Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP) und Terpolymere von VDF, HFP und Tetrafluorethylen (TFE). Insbesondere bevorzugt sind Fluorelastomere FKM gemäß der Definition von ASTM D1418 .According to the invention, the use of fluoroelastomers is particularly preferred. This refers to fluorine-containing elastomers, in particular those prepared by the polymerization of fluorinated monomers. Fluororubbers (FPM or FKM) are fluorinated elastomers prepared by polymerization of vinylidene (di) fluoride (VDF). Other suitable fluorinated elastomers are perfluoroelastomers (FFKM), tetrafluoroethylene / propylene rubbers (FEPM) and fluorinated silicone rubber. Suitable types of fluororubbers are, for example, copolymers of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP) and terpolymers of VDF, HFP and tetrafluoroethylene (TFE). Especially preferred are fluoroelastomers FKM according to the definition of ASTM D1418 ,

Fluorelastomere sind erfindungsgemäß bevorzugt, da sie relativ geringe Oberflächenenergien, beispielsweise im Bereich von 10 bis 20 mN/m, aufweisen. PTFE weist eine Oberflächenenergie von etwa 17 mN/m auf. Durch die erfindungsgemäße Kombination von Fluorelastomeren mit einer Beschichtung kann die Oberflächenenergie des Dichtungsartikels signifikant erhöht werden.Fluoroelastomers are preferred according to the invention since they have relatively low surface energies, for example in the range from 10 to 20 mN / m. PTFE has a surface energy of about 17 mN / m. The inventive combination of fluoroelastomers with a coating, the surface energy of the seal article can be significantly increased.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Beschichtung mittels Plasmapolymerisation hergestellt. Beschichtungen, die durch Plasmapolymerisation hergestellt werden, weisen eine charakteristische Struktur auf, die von Beschichtungen verschieden ist, die durch Polymerisation von Monomeren in Lösung hergestellt werden. Bevorzugt weist die Beschichtung einen Gehalt an Silicium auf.In a particularly preferred embodiment, the coating is produced by means of plasma polymerization. Coatings made by plasma polymerization have a characteristic structure different from coatings made by polymerizing monomers in solution. The coating preferably has a silicon content.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der elastomere Grundkörper ein Fluorelastomer und eine durch Plasmapolymerisation hergestellte Beschichtung auf. Bevorzugt besteht dabei der Grundkörper aus einem Fluorelastomer.In a preferred embodiment of the invention, the elastomeric body has a fluoroelastomer and a coating made by plasma polymerization. The base body preferably consists of a fluoroelastomer.

Die Plasmapolymerisation ist ein Verfahren, bei dem sich gasförmige Vorläufer (Precursor, Monomere), angeregt durch ein Plasma, auf einem Substrat als vernetzte Schicht niederschlagen. Die Monomere in der Gasphase werden durch beispielsweise Beschuss mit Elektronen und/oder energiereichen Ionen angeregt oder fragmentiert. Dabei entstehen radikalische oder ionische Molekülfragmente, die in der Gasphase miteinander reagieren und auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Auf die so abgeschiedene Schicht wirkt die elektrische Entladung des Plasmas und dessen intensiver Ionen- und Elektronenbeschuss fortwährend ein, so dass weitere Reaktionen ausgelöst und eine Vernetzung der abgeschiedenen Moleküle erreicht wird. Das Plasma ist bevorzugt ein Niederdruckplasma, es kann jedoch auch ein Atmosphärendruckplasma eingesetzt werden. Die Beschichtung von Elastomeren mittels Plasmapolymerisation ist im Stand der Technik bekannt und wird beispielsweise in DE 10 2005 025 253 A1 offenbart. Auf das darin offenbarte Verfahren wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Erfindungsgemäß erfolgt die Plasmapolymerisation so, dass die gewünschte hohe Oberflächenenergie der Beschichtung erhalten wird.Plasma polymerization is a process in which gaseous precursors (precursors, monomers), excited by a plasma, precipitate on a substrate as a crosslinked layer. The monomers in the gas phase are excited or fragmented by, for example, bombardment with electrons and / or high-energy ions. This results in radical or ionic molecular fragments which react with each other in the gas phase and are deposited on the surface of the substrate. The electrical discharge of the plasma and its intensive bombardment with ions and electrons continuously act on the layer thus deposited, so that further reactions are triggered and crosslinking of the deposited molecules is achieved. The plasma is preferably a low-pressure plasma, but it is also possible to use an atmospheric-pressure plasma. The coating of elastomers by means of plasma polymerization is known in the art and is described, for example, in US Pat DE 10 2005 025 253 A1 disclosed. The method disclosed therein is hereby incorporated by reference. According to the invention, the plasma polymerization takes place in such a way that the desired high surface energy of the coating is obtained.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtung eine Schichtdicke im Nanometerbereich auf. Beispielsweise liegt die Schichtdicke zwischen 1 und 1000 nm, insbesondere zwischen 10 und 500 nm.In a preferred embodiment of the invention, the coating has a layer thickness in the nanometer range. By way of example, the layer thickness is between 1 and 1000 nm, in particular between 10 and 500 nm.

Im Stand der Technik werden Dichtungssysteme mit hoher Lebenserwartung bevorzugt aus Elastomeren hergestellt, die eine hohe Lebensdauer und eine hohe Beständigkeit gegenüber Schmierstoffen aufweisen. Dieses Profil von Eigenschaften zeigt sich insbesondere bei Fluorelastomeren (FKM), die jedoch eine geringe Oberflächenenergie zeigen und sich deswegen mit Schmierstoffen nur schlecht benetzen lassen. Dagegen ist beispielsweise das Elastomer NBR, das eine vergleichsweise hohe Oberflächenenergie aufweist und daher gut mit verschiedenen Schmierstoffen benetzbar ist, im Allgemeinen für Dichtungssysteme mit hoher Lebenserwartung nicht geeignet, da NBR wegen der geringeren Grundstabilität nur eine kürzere Lebensdauer aufweist.In the prior art sealing systems with high life expectancy are preferably made of elastomers which have a long life and a high resistance to lubricants. This profile of properties is particularly evident in the case of fluoroelastomers (FKM), which, however, show a low surface energy and therefore are difficult to wet with lubricants. In contrast, for example, the elastomer NBR, which has a comparatively high surface energy and is therefore wettable well with various lubricants, generally not suitable for sealing systems with high life expectancy, since NBR has only a shorter life because of the lower basic stability.

Der erfindungsgemäß beschichtete Dichtungsartikel weist dagegen wegen der besonderen Kombination eines elastomeren Grundkörpers niedriger Oberflächenenergie mit einer Beschichtung hoher Oberflächenenergie eine hohe Lebensdauer auf. Zudem weist er überraschenderweise eine Kombination verschiedener vorteilhafter Eigenschaften auf.By contrast, the sealing article coated according to the invention has a higher coating because of the special combination of an elastomeric base body with low surface energy Surface energy on a long life. In addition, surprisingly, it has a combination of various advantageous properties.

Es wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäße Kombination eines elastomeren Substrats mit einer geringen Oberflächenenergie mit einer Beschichtung mit hoher Oberflächenenergie eine Benetzbarkeit mit nahezu allen üblichen Schmierstoffen gewährleistet. Die gute Benetzbarkeit wird sowohl mit hydrophilen als auch hydrophoben und oleophilen Schmierstoffen erreicht. Insbesondere für Schmierstoffe mit hoher eigener Oberflächenspannung von beispielsweise mehr als 40 mN/m, wie Polyglykolöle, wurde eine hohe Benetzbarkeit festgestellt.It has been found that the inventive combination of an elastomeric substrate with a low surface energy with a coating with high surface energy ensures wettability with virtually all conventional lubricants. Good wettability is achieved with both hydrophilic and hydrophobic and oleophilic lubricants. In particular, for lubricants with high intrinsic surface tension of, for example, more than 40 mN / m, such as polyglycol oils, a high wettability was found.

Erfindungsgemäß wurde zudem festgestellt, dass die hohe Benetzbarkeit mit verbesserten tribologischen Eigenschaften einhergeht. Beispielsweise zeigen erfindungsgemäß beschichtete Radialwellendichtringe eine ausgezeichnete schmale Laufspurbreite und nur geringen bzw. keinen Welleneinlauf bei dynamischen Prüfläufen.According to the invention, it was also found that the high wettability is accompanied by improved tribological properties. For example, according to the invention coated radial shaft seals show an excellent narrow track width and little or no shaft entry in dynamic test runs.

Gleichzeitig weisen die erfindungsgemäßen Dichtungsartikel eine hohe Stabilität auf. Die hohe Stabilität wird unter anderem durch die hohe Stabilität des Grundkörpers gewährleistet. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass die beschichteten Dichtungsartikel eine hohe Beständigkeit gegenüber Schmierstoffen aufweisen. Bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Dichtungsartikels als Radialwellendichtring gegenüber einer Gegenlauffläche zeigt sich durch die gute Benetzung der elastomeren Dichtkante mit dem Schmierstoff der Aufbau eines Schmierfilms und dadurch ein Übergang zur gewünschten hydrodynamischen Reibung im System. Die chemische und physikalische Beständigkeit gegenüber Schmierstoffen kann im statischen Einlagerungstest von Elastomerprüfkörpern in Schmierstoffen bei verschiedenen Temperaturen getestet werden. Es stehen auch dynamische Untersuchungen zur Prüfung der Stabilität zur Verfügung.At the same time, the sealing articles according to the invention have a high stability. The high stability is ensured, inter alia, by the high stability of the body. According to the invention, it has been found that the coated sealing articles have a high resistance to lubricants. When using a seal article according to the invention as a radial shaft seal against a mating surface shows by the good wetting of the elastomeric sealing edge with the lubricant, the structure of a lubricating film and thereby a transition to the desired hydrodynamic friction in the system. The chemical and physical resistance to lubricants can be tested in the static storage test of elastomer test specimens in lubricants at different temperatures. There are also dynamic tests available to test for stability.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Dichtungsartikel in Form eines Dichtrings, insbesondere eines Wellendichtrings, einer Rotationsdichtung oder Kassettendichtung. Wellendichtringe dichten Maschinengehäuse an austretenden Elementen, wie Wellen oder Schubstangen, gegen die Umgebung ab. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtungsartikel ein Radialwellendichtring (RWDR). Radialwellendichtringe sind insbesondere solche, die in DIN 3760 definiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtring ein Axialwellendichtring.The invention also relates to a sealing article in the form of a sealing ring, in particular a shaft seal, a rotary seal or cassette seal. Shaft seals seal the machine housing against leaking elements, such as waves or push rods, against the environment. In a particularly preferred embodiment, the seal article is a radial shaft seal (RWDR). Radial shaft seals are in particular those that are in DIN 3760 To be defined. In a preferred embodiment, the sealing ring is an axial shaft sealing ring.

Der elastomere Grundkörper ist mindestens teilweise mit einer Beschichtung versehen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der elastomere Grundkörper vollständig mit der Beschichtung versehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind lediglich Teilbereiche des Grundkörpers beschichtet. Die beschichteten Teilbereiche können beispielsweise 5 bis 90%, insbesondere 5 bis 50% der Oberfläche des Grundkörpers ausmachen.The elastomeric body is at least partially provided with a coating. In one embodiment of the invention, the elastomeric body is completely provided with the coating. In a preferred embodiment, only portions of the body are coated. The coated subregions can make up for example 5 to 90%, in particular 5 to 50%, of the surface of the base body.

Dabei sind bevorzugt nur oder im Wesentlichen nur die Teilbereiche beschichtet, die bei der Anwendung in Kontakt mit dem Schmierstoff stehen. Insbesondere sind lediglich die Abschnitte des Grundkörpers, die den Dichtspalt bilden und an diesen angrenzen, beschichtet. Dadurch wird erreicht, dass wegen der guten Benetzbarkeit der Beschichtung am Dichtspalt ausreichend Schmierstoff zur Verfügung steht.In this case, only the subareas which are in contact with the lubricant during application are preferably only or substantially coated. In particular, only the portions of the base body, which form the sealing gap and adjacent to this, coated. This ensures that due to the good wettability of the coating at the sealing gap sufficient lubricant is available.

Die vorteilhaften Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Dichtungsartikels können selbst dann gewährleistet werden, wenn die Beschichtung beim Einlaufen im Dichtspalt verschlissen oder zum Teil abgetragen wird. Wegen der guten Benetzbarkeit der angrenzenden beschichteten Bereiche wird auch dann gewährleistet, dass genügend Schmierstoff am Dichtspalt zur Verfügung steht. In einem Testlauf konnte so bei verschlissenem Dichtspalt eine ausreichende Performance aufgrund der beschichteten Flanken nach über 2000 Stunden aufrechterhalten werden. Auf diese Weise kann eine Kombination konventioneller Reibungseigenschaften, die durch den Elastomergrundkörper gewährleistet werden, mit guten Benetzungseigenschaften durch die Beschichtung an den Seitenrändern erreicht werden. Der Dichtungsartikel verbindet so auch ausgezeichnete tribologische Eigenschaften im geschmierten Zustand mit guten Notlaufeigenschaften in Abwesenheit eines Schmierstoffes.The advantageous properties of a seal article according to the invention can be ensured even if the coating is worn or partially worn during shrinkage in the sealing gap. Because of the good wettability of the adjacent coated areas, it is also ensured that sufficient lubricant is available at the sealing gap. In a test run, a sufficient performance due to the coated flanks could be maintained after more than 2000 hours with a worn sealing gap. In this way, a combination of conventional friction properties, which are ensured by the elastomer base, with good wetting properties can be achieved by the coating on the side edges. The sealant thus also combines excellent tribological properties in the lubricated state with good runflat in the absence of a lubricant.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtungsartikels zum Abdichten einer Vorrichtung. Die Verwendung erfolgt dabei bevorzugt in Gegenwart eines Schmierstoffes. Dies bedeutet, dass der Dichtungsartikel zumindest teilweise von dem Schmierstoff benetzt wird. Die Verwendung kann auch zur Verringerung von Reibung und Verschleiß und damit zu einer Verlängerung der Lebensdauer eines Dichtungssystems dienen.The invention also relates to the use of a sealing article according to the invention for sealing a device. The use is preferably carried out in the presence of a lubricant. This means that the sealing article is at least partially wetted by the lubricant. The use can also serve to reduce friction and wear and thus to extend the life of a sealing system.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, umfassend eine zu dichtende Einrichtung, einen erfindungsgemäßen Dichtungsartikel und einen Schmierstoff, der in Kontakt mit dem Dichtungsartikel steht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung ein Getriebe oder Motor. The invention also provides a device comprising a device to be sealed, a sealing article according to the invention and a lubricant which is in contact with the sealing article. In a preferred embodiment of the invention, the device is a transmission or engine.

Mit dem Begriff ”Schmierstoff” werden Materialien bezeichnet, die in einer Vorrichtung die Reibung oder den Verschleiß verringern. Schmierstoffe sind unter Betriebsbedingungen flüssig oder schmierfähig. Übliche Schmierstoffe sind beispielsweise Fette oder Öle. Dabei können Fette auch eine Barriere für Flüssigkeiten oder Gase aus der Umgebung oder aus dem Inneren der Vorrichtung ausbilden und dadurch auch zum Abdichten einer Vorrichtung dienen.The term "lubricant" refers to materials that reduce friction or wear in a device. Lubricants are liquid or lubricious under operating conditions. Typical lubricants are, for example, fats or oils. In this case, fats can also form a barrier for liquids or gases from the environment or from the interior of the device and thereby also serve for sealing a device.

Bevorzugt ist der Schmierstoff ausgewählt aus Schmierölen, insbesondere synthetischen Schmierölen, insbesondere Polyalphaolefinen, Silikonölen und Polyalkylenglykolen, insbesondere Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol oder Mischungen aus beiden. Allgemein kann der Schmierstoff hydrophil, also mit Wasser mischbar, oder oleophil, also mit Ölen mischbar sein. Der erfindungsgemäße Dichtungsartikel eignet sich wegen der besonderen Oberflächenbeschaffenheit sowohl zur Dichtung in Gegenwart von hydrophilen als auch von oleophilen Schmierstoffen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von synthetischen Schmierölen, insbesondere Polyglykolölen, da diese ein hohes Potential zur Reibungsminimierung in Verzahnungen zeigen und hohe Temperaturbeständigkeiten aufweisen. Polyglykolöle sind in besonderem Maße mit den erfindungsgemäßen beschichteten Dichtungsartikeln kompatibel.The lubricant is preferably selected from lubricating oils, in particular synthetic lubricating oils, in particular polyalphaolefins, silicone oils and polyalkylene glycols, in particular polyethylene glycol or polypropylene glycol or mixtures of both. In general, the lubricant may be hydrophilic, ie miscible with water, or oleophilic, ie miscible with oils. The sealing article according to the invention is due to the special surface finish both for sealing in the presence of hydrophilic and oleophilic lubricants. The use of synthetic lubricating oils, in particular polyglycol oils, is particularly preferred since these show a high potential for minimizing friction in toothings and have high temperature resistances. Polyglycol oils are particularly compatible with the coated sealant articles of this invention.

Die erfindungsgemäße Beschichtung ist wegen der hohen Oberflächenenergie relativ hart und verhindert dadurch, dass Bauteile, die mit ihr in Kontakt stehen, in unerwünschter Weise aneinander kleben. Bei der Verwendung des Dichtungsartikels und/oder der Montage kann daher auf Zusätze, Trennmittel, Wachse, Öle, Abstandsnoppen oder Montagehilfsmittel verzichtet werden.The coating according to the invention is relatively hard because of the high surface energy and thereby prevents components which are in contact with it from sticking to one another in an undesired manner. When using the seal article and / or assembly can therefore be dispensed with additives, release agents, waxes, oils, spacer knobs or assembly aids.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsartikels gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte

(a) Bereitstellen eines elastomeren Grundkörpers, der eine Oberflächenenergie von weniger als 50 mN/m aufweist, und
(b) Beschichten des Grundkörpers mittels Plasmapolymerisation.

The invention also provides a process for producing a sealing article according to at least one of the preceding claims, comprising the steps

(a) providing an elastomeric body having a surface energy of less than 50 mN / m, and
(b) coating the base by plasma polymerization.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsartikel unterscheiden sich von den im Stand der Technik bekannten Dichtungsartikeln. Es war bislang nicht bekannt, dass eine Beschichtung mit hoher Oberflächenenergie oberhalb 50 mN/m auf einem elastomeren Grundkörper mit vergleichsweise niedriger Oberflächenenergie eine Optimierung der Benetzbarkeit und damit der tribologischen Eigenschaften in einem geschmierten System ermöglicht. Im Unterschied zur vorliegenden Erfindung sieht beispielsweise DE 10 2008 002 515 die Bereitstellung von harten Beschichtungen mit einer vergleichsweise geringen Oberflächenenergie im Bereich von 25 bis 40 mN/m, bevorzugt zwischen 25 und 35 mN/m, vor. Derartige Oberflächen sind zwar relativ stabil gegen Verschleiß, lassen sich jedoch in Gegenwart von flüssigen Medien und Fetten nur unzureichend benetzen, wodurch die hydrodynamische Schmierung beeinträchtigt wird. Solche Dichtungsartikel können Belastungen im Dichtbereich nicht oder nur unzureichend widerstehen, so dass sie bei dauerhafter Beanspruchung rasch verschleißen oder abplatzen und keine ausreichenden Dichtungseigenschaften erzielen. So wurde erfindungsgemäß gefunden, dass der Verschleiß einer abzudichtenden Oberfläche etwa sechs Mal größer sein kann, wenn die Oberflächenenergie statt 70 mN/m nur etwa 40 mN/m beträgt.The sealing articles of the invention differ from the sealing articles known in the art. It has not been known hitherto that a coating with high surface energy above 50 mN / m on an elastomeric base body with comparatively low surface energy makes it possible to optimize the wettability and thus the tribological properties in a lubricated system. In contrast to the present invention, for example DE 10 2008 002 515 the provision of hard coatings with a comparatively low surface energy in the range of 25 to 40 mN / m, preferably between 25 and 35 mN / m. Although such surfaces are relatively stable to wear, but can not wet sufficiently in the presence of liquid media and fats, whereby the hydrodynamic lubrication is impaired. Such sealing articles can not or only insufficiently withstand stresses in the sealing area, so that they rapidly wear or flake off under permanent load and do not achieve sufficient sealing properties. Thus, it has been found according to the invention that the wear of a surface to be sealed can be about six times greater if the surface energy is only about 40 mN / m instead of 70 mN / m.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsartikel lösen die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt. Sie weisen eine hohe Benetzbarkeit gegenüber unterschiedlichen Schmierstoffen auf und erhalten dadurch zum einen gute Dichtungseigenschaften, zum anderen wird der Verschleiß verringert. Zudem ermöglicht die Erfindung den Einsatz nicht oder nur schwer benetzbarer Elastomere als Grundkörper, die eine hohe Grundstabilität aufweisen. Die Dichtungsartikel weisen daher insgesamt eine hohe Stabilität und ausgezeichnete tribologische Eigenschaften auf, die auch im Dauerbetrieb einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer ermöglichen.The sealing articles according to the invention solve the problem underlying the invention. They have a high wettability to different lubricants and thereby obtained on the one hand good sealing properties, on the other hand, the wear is reduced. In addition, the invention makes it possible to use elastomers which are difficult or impossible to wet and which have a high basic stability. The sealing articles therefore have a high overall stability and excellent tribological properties, which allow high efficiency and a long service life even in continuous operation.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1: zeigt für Polyglykolöl ( Marke Klübersynth GH 6-220, Klüber Lubrication München KG, DE ) auf FKM-Elastomer die Abhängigkeit des Kontaktwinkels von der Zeit bei Raumtemperatur. Gezeigt sind die Messergebnisse für ein nicht beschichtetes Referenzelastomer (obere Kurve), für ein im Plasma I beschichtetes Elastomer (mittlere Kurve) und ein mit Plasma II beschichtetes Elastomer (untere Kurve). 1 : shows for polyglycol ( Brand Klübersynth GH 6-220, Klüber Lubrication Munich KG, DE ) on FKM elastomer the dependence of the contact angle on time at room temperature. Shown are the measurement results for a non-coated reference elastomer (top curve), for an elastomer coated in plasma I (middle curve) and a plasma II coated elastomer (lower curve).

Ausführungsbeispiele embodiments

1. Prüfmethoden1. test methods

Bei der Auswahl der geeigneten Kombination von Dichtungswerkstoff und Schmierstoff muss neben dem Temperatureinsatzbereich auch die chemische und physikalische Beständigkeit des Elastomers im Schmierstoff geprüft werden. Dies wird sowohl in statischen Einlagerungstest von Elastomerprüfkörpern in Schmierstoff unter Temperaturbelastung getestet [ DIN ISO 1817 [Elastomere– Bestimmung des Verhaltens gegenüber Flüssigkeiten ( ISO 1817:2005 )], als auch in dynamischen Untersuchungen geprüft. Diese werden in speziellen Prüfständen durchgeführt, bei denen der hinsichtlich des Dichtungsmaterials als auch Geometrie geeignete Radialwellendichtring auf eine Welle über 96 h in den ausgewählten Schmierstoff dynamisch belastet wird. Dabei können die Parameter Temperatur, Druck und Umdrehungsgeschwindigkeit an die späteren Einsatzbedingungen angepasst werden. Nach dem Versuch wird beurteilt, ob der Dichtring seine Dichtfunktion erfüllt hat, wie die Dichtlippe sich im Verlauf des Versuchs verändert hat und ob eine Schädigung der Welle aufgetreten ist. Bei dieser Untersuchung findet auch die Vermessung der so genannten Laufspurbreite des Radialwellendichtringes statt, bei der pro getesteten Ring ein Minimal- und ein Maximalwert angegeben werden. Außerdem wird bei der Untersuchung der Welle ein möglicherweise aufgetretener Einlauf der Welle vermessen, bei dem der Maximalwert angegeben wird. Je breiter die Laufspur bzw. tiefer der Welleneinlauf ist, desto schlechter ist das Ergebnis der dynamischen Prüfung.When selecting the appropriate combination of sealing material and lubricant, the chemical and physical resistance of the elastomer in the lubricant must be checked in addition to the temperature range. This is tested both in static storage test of elastomer test bodies in lubricant under temperature load [ DIN ISO 1817 [Elastomeric Determination of Behavior with Liquids ( ISO 1817: 2005 )], as well as in dynamic investigations. These are carried out in special test benches in which the radial shaft sealing ring, which is suitable with regard to the sealing material as well as the geometry, is dynamically loaded on a shaft over 96 h into the selected lubricant. The parameters temperature, pressure and rotational speed can be adapted to the subsequent conditions of use. After the test it is assessed whether the sealing ring has fulfilled its sealing function, how the sealing lip has changed during the course of the experiment and whether damage to the shaft has occurred. In this study, the measurement of the so-called running track width of the radial shaft sealing ring takes place, in which a minimum and a maximum value are specified for each ring tested. In addition, in the investigation of the wave, a possibly occurring inlet of the shaft is measured, in which the maximum value is specified. The wider the track or deeper the shaft inlet, the worse the result of the dynamic test.

Üblicherweise werden mehrere Radialwellendichtringe unter identischen Bedingungen getestet, um ein möglichst aussagekräftiges Ergebnis für den späteren Einsatz im Feld zu erzielen. Dabei werden mindestens 2 identische Versuche durchgeführt, idealerweise 4–6.Usually, several radial shaft seals are tested under identical conditions in order to achieve the most meaningful result possible for later use in the field. At least 2 identical experiments are carried out, ideally 4-6.

Eine direkte Charakterisierung der Benetzbarkeit eines Materials mit einem flüssigen Medium kann über die Messung des Kontaktwinkels (KW) erfolgen. Dieser wird nach Aufbringen eines Tropfens des flüssigen Mediums auf das Material bestimmt, indem der Randwinkel des Tropfens gemessen wird. Je kleiner der Kontaktwinkel ist, desto besser benetzt das flüssige Medium das Material, auf das es aufgebracht wurde. Da sich der Tropfen nach dem Aufbringen auf die Oberfläche mit der Zeit etwas verändert, wird der Kontaktwinkel idealerweise immer nach einer definierten Zeit gemessen oder direkt der Verlauf des Kontaktwinkels über die Zeit aufgenommen. Die Bestimmung erfolgt gemäß DIN 55660-2 .A direct characterization of the wettability of a material with a liquid medium can be made by measuring the contact angle (KW). This is determined after applying a drop of the liquid medium to the material by measuring the contact angle of the drop. The smaller the contact angle, the better the liquid medium wets the material to which it has been applied. Since the drop changes slightly over time after application to the surface, the contact angle is ideally always measured after a defined time, or the course of the contact angle is recorded directly over time. The determination is made according to DIN 55660-2 ,

2. Herstellung beschichteter Dichtungsartikel durch Plasmapolymerisation2. Preparation of coated gaskets by plasma polymerization

Ein Dichtungsartikel des Typs Simmerring (Freudenberg Simrit GmbH & Co. KG, DE) aus 75 FKM 585 (Typ. Werte: Dichte 2,05 g/cm³, Härte 75 Shore A, Spannungswert 6,9 N/mm², Zugfestigkeit 12,8 N/mm², Bruchdehnung 250%) der Bauform BAUMX7 (federbelastete Dichtlippe, ohne Schutzlippe) mit den Abmessungen 35-52-7, dessen Elastomerwerkstoff üblicherweise bei Raumtemperatur eine Oberflächenenergie von 14 mN/m aufweist und bei Raumtemperatur mit dem Polyglykolöl Klübersynth GH 6-220 einen Kontaktwinkel von ca. 70° im Gleichgewichtszustand erreicht, wird in einer Vakuumplasmaanlage mit einer Plasmapolymerschicht versehen. Plasmapolymerschichten, sind Schichten, die durch Plasmapolymerisation hergestellt werden. In einem Vergleichsversuch wurde ein solcher Dichtungsartikel in einem Plasma I mit einer Beschichtung mit niedriger Oberflächenenergie versehen. Dabei wurde ein Verfahren eingesetzt, das exemplarisch in DE 10 2008 002 515 A1 beschrieben ist. Bei dem Verfahren werden Strukturen mit polymerartigem Aufbau generiert, beispielsweise kann es sich hierbei um eine Zusammensetzung mit Siloxanstrukturmotiv handeln. Außerdem wurde ein erfindungsgemäßer Dichtungsartikel hergestellt, indem der oben beschriebene Simmerring in einem Plasma II gemäß einem Verfahren, wie in WO97/01656 beschrieben, mit einer Beschichtung mit hoher Oberflächenenergie versehen wurde. Hierbei ist zu beachten, dass der Druck wie in WO97/01656 , Seite 9, zweiter Absatz beschrieben, eingestellt wird. Der Kontaktwinkel des verfahrensgemäß beschichteten Dichtungsartikels weist direkt nach der Herstellung mit dem Polyglykolöl Klübersynth GH 6-220 bereits einen deutlich geringeren Kontaktwinkel als der unbeschichtete Dichtungsartikel auf.A Simmerring type sealant (Freudenberg Simrit GmbH & Co. KG, DE) of 75 FKM 585 (Type: Density 2.05 g / cm ³ , hardness 75 Shore A, stress value 6.9 N / mm ² , tensile strength 12 , 8 N / mm ² , elongation at break 250%) of the type BAUMX7 (spring-loaded sealing lip, without protective lip) with the dimensions 35-52-7, the elastomer material usually at room temperature has a surface energy of 14 mN / m and at room temperature with the Klübersynth polyglycol GH 6-220 reached a contact angle of about 70 ° in the equilibrium state, is provided in a vacuum plasma system with a plasma polymer layer. Plasma polymer layers are layers made by plasma polymerization. In a comparative experiment, such a sealant article in a plasma I was provided with a low surface energy coating. In this case, a method was used, which is exemplified in DE 10 2008 002 515 A1 is described. In the process, structures with a polymer-like structure are generated, for example, this may be a composition with a siloxane structure motif. In addition, a sealant article according to the present invention was prepared by subjecting the above-described Simmerring in a plasma II according to a method as in WO97 / 01656 described, was provided with a coating with high surface energy. It should be noted that the pressure as in WO97 / 01656 , Page 9, second paragraph. The contact angle of the method according to coated seal article has already after the production with the polyglycol Klübersynth GH 6-220 already a significantly lower contact angle than the uncoated seal article.

3. Bestimmung der Eigenschaften der gemäß Beispiel 2 hergestellten Dichtungsartikel3. Determination of the properties of the sealant article prepared according to Example 2

Es wurde der Verlauf des Kontaktwinkels bei Raumtemperatur von Polyglykolöl ( Klübersynth GH 6-220, Klüber Lubrication München KG ) auf FKM 585 ( Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, DE ) in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt. Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Angegeben sind die Werte für einen nicht erfindungsgemäßen unbeschichteten Grundkörper, einen nicht erfindungsgemäßen in einem Plasma I behandelten Grundkörper und einen erfindungsgemäßen in einem Plasma II behandelten Grundkörper. In der Tabelle 1 sind für diese drei Prüfkörper die Ergebnisse von Messungen der Oberflächenenergie, Tiefe des Welleneinlaufes und Laufspurbreite aus dynamischen Prüfstandsversuchen angegeben, die über 96 h Laufzeit bei 45°C Ölsumpftemperatur, 0,3 bar Druckbeaufschlagung und 3000 U/min (schnelldrehende Wellen für Antriebsseite) durchgeführt wurden. Die Ergebnisse für Plasma I stammen aus 5 identischen Versuchen, für Plasma II aus 6 identischen Versuchen und die der unbehandelten Dichtringe aus 2 identischen Versuchen. Tabelle 1: Ergebnisse Oberflächenenergie [mN/m] Tiefe des Welleneinlaufes* [μm] Laufspurbreite** [mm] unbeschichtet 14 20-32,1 26,3 0,56-0,70 0,56-0,67 Plasma I 43 7,2-68,3 30,6 0,22-0,78 0,32-0,65 Plasma II 69 0-4,4 1,8 0,22-0,41 0,27-0,36 * obere Zeile: jeweils kleinster und größter gemessener Wert; untere Zeile: Mittelwert des maximalen Welleneinlaufes
** obere Zeile: jeweils kleinster und größter gemessener Wert; untere Zeile: Mittelwert der minimalen Laufspurbreite bzw. Mittelwert der maximalen Laufspurbreite (2–6 Versuche)The course of the contact angle at room temperature of polyglycol oil ( Klübersynth GH 6-220, Klüber Lubrication Munich KG ) on FKM 585 ( Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, DE ) as a function of time. The results are in 1 shown. The figures given are for an uncoated base body not according to the invention, a base body not treated according to the invention in a plasma I and a base body treated according to the invention in a plasma II. Table 1 shows the results of measurements of surface energy, depth, for these three specimens of the shaft entry and track width from dynamical test bench tests carried out over a period of 96 hours at 45 ° C. oil sump temperature, 0.3 bar pressurization and 3000 rpm (fast-rotating shafts for drive side). The results for plasma I are from 5 identical experiments, for plasma II from 6 identical experiments and those of the untreated sealing rings from 2 identical experiments. Table 1: Results Surface energy [mN / m] Depth of the shaft inlet * [μm] Track width ** [mm] uncoated 14 20-32,1 26,3 0.56-0.70 0.56-0.67 Plasma I 43 7.2-68.3 30.6 0.22-0.78 0.32-0.65 Plasma II 69 0-4,4 1,8 0.22-0.41 0.27-0.36 * top line: smallest and largest measured value; bottom line: average of the maximum shaft entry
** upper line: smallest and largest measured value; bottom line: average of the minimum track width or average of the maximum track width (2-6 tests)

Die Versuche zeigen, dass der erfindungsgemäß beschichtete Dichtungsartikel mit einer Oberflächenenergie von 69 mN/m zu einer deutlichen Verringerung der Laufspurbreite des Radialwellendichtringes und einer starken Minimierung bzw. Verhinderung des Welleneinlaufes im Gegensatz zum unbeschichteten Dichtungsartikel mit einer Oberflächenenergie von 14 mN/m führt. Eine Beschichtung des Grundkörpers, welche die Oberflächenenergie nur auf 43 mN/m anhebt, zeigt im analogen Versuch nur eine minimale Verbesserung der Laufspurbreiten gegenüber den unbeschichteten Dichtungsartikel und keine Verringerung des Welleneinlaufes. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtung lässt sich die Oberflächenenergie des Dichtungswerkstoffes auf > 60 mN/m anheben, was zu einer deutlichen Verbesserung der Benetzbarkeit des Dichtungswerkstoffes mit dem Schmierstoff führt. Auf diese Weise liegt an der Dichtlippe ein ideal geschmiertes System vor, das in Kombination mit der hohen Lebensdauer von Schmierstoff und Dichtungswerkstoff ein Dichtungssystem mit geringer Reibung darstellt und damit zu dem gewünschten hohen Wirkungsgrad führt.The tests show that the sealing article coated according to the invention with a surface energy of 69 mN / m leads to a significant reduction in the running track width of the radial shaft sealing ring and a strong minimization or prevention of the wave entry, in contrast to the uncoated sealing article with a surface energy of 14 mN / m. A coating of the main body, which raises the surface energy only to 43 mN / m, shows in the analogous experiment only a minimal improvement in the running track widths compared to the uncoated sealing articles and no reduction of the wave entry. By using the coating according to the invention, the surface energy of the sealing material can be increased to> 60 mN / m, which leads to a significant improvement in the wettability of the sealing material with the lubricant. In this way, there is an ideally lubricated system on the sealing lip, which, in combination with the long service life of the lubricant and the sealing material, provides a sealing system with low friction and thus leads to the desired high efficiency.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005025253 A1 [0009, 0030]
DE 10034737 A1 [0010]
DE 102008002515 A1 [0011, 0053]
EP 2280201 A1 [0012]
DE 102008002515 [0047]
WO 97/01656 [0053, 0053]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 55660-2 [0019]
Klübersynth GH 6-220 brand, Klüber Lubrication, DE [0020]
DIN 55660-2 [0020]
ASTM D1418 [0026]
DIN 3760 [0037]
Klübersynth GH 6-220 brand, Klüber Lubrication München KG, DE [0049]
DIN ISO 1817 [0050]
ISO 1817: 2005 [0050]
DIN 55660-2 [0052]
Klübersynth GH 6-220, Klüber Lubrication München KG [0054]
Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, DE [0054]

Claims

A coated gasket article comprising an elastomeric body at least partially provided with a coating, wherein the body in the uncoated state has a surface energy of less than 50 mN / m and the coating has a surface energy of more than 50 mN / m.

The sealing article of claim 1, wherein the body has a surface energy of less than 30 mN / m and / or the coating has a surface energy of more than 60 mN / m.

A gasket article according to any of the preceding claims, wherein the elastomeric body comprises at least one polymer selected from fluoroelastomers (FKM, FFKM), silicones, nitrile-butadiene elastomers (NBR), hydrogenated nitrile-butadiene elastomers (HNBR) and polyacrylate elastomers (ACM).

Sealant article according to at least one of the preceding claims, wherein the coating has been prepared by plasma polymerization.

A sealing article according to any one of the preceding claims, wherein the elastomeric body comprises a fluoroelastomer and the coating has been prepared by plasma polymerization.

Sealing article according to at least one of the preceding claims, wherein the coating has a layer thickness of 1 to 1000 nm.

Seal article according to at least one of the preceding claims in the form of a sealing ring, in particular a shaft seal, a rotary seal or cassette seal.

Sealing article according to at least one of the preceding claims, wherein the base body is partially provided with the coating, wherein the portions of the base body, which form the sealing gap and adjacent thereto, are coated.

Use of a sealing article according to at least one of the preceding claims for sealing a device, in particular in the presence of a lubricant.

Apparatus comprising a device to be sealed, a sealing article according to any one of the preceding claims and a lubricant in contact with the sealing article.

Apparatus according to claim 10, wherein the lubricant is selected from lubricating oils, in particular synthetic lubricating oils, in particular polyalphaolefins, silicone oils and polyalkylene glycols, in particular polyethylene glycol or polypropylene glycol or mixtures of the two.

Apparatus according to claim 10 or 11, wherein the device to be sealed is a gear or motor.

A method of making a gasket article according to any one of the preceding claims, comprising the steps (a) providing an elastomeric body having a surface energy of less than 50 mN / m, and (b) coating the base by plasma polymerization.