DE102007020413B4

DE102007020413B4 - Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen

Info

Publication number: DE102007020413B4
Application number: DE200710020413
Authority: DE
Inventors: Dr. Lynen Arthur
Original assignee: Schunk Ingenieurkeramik GmbH
Current assignee: Schunk Ingenieurkeramik GmbH
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2027-04-28
Also published as: DE102007020413A1

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.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen aus Keramik nach dem Oberbegriff des Anspruchs 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gleitkörper für Lager- oder Dichtungsanordnungen zu schaffen, der einfacher herstellbar ist und dabei leistungsfähiger ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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.
Ein wesentlicher Vorteil der Beschichtung ist, daß im Falle einer strukturierten Funktionsfläche diese nicht abtragend, sondern aufbauend erzeugt wird.
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.
Die Hartstoffschicht kann aus Titanaluminiumnitrid oder Titannitrid bestehen. Mittels einer Strukturmaske ist eine wählbare Anordnung von Vertiefungen einstellbar. Das Anwendungsgebiet des Gleitkörpers ist vielfältig.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
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.
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.
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.
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.

Claims

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.
Gleitkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliciumcarbid (SiC) ein siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) ist.
Gleitkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht aus Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titannitrid (TiN) besteht.
Gleitkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht in Form einer Strukturmaske zur Bildung einer Oberflächenstrukturierung aufgebracht ist.
Gleitkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturmaske Nuten wählbarer Anordnung ausbildet.
Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Rotor-Dichtungsring einer Gasdichtungsanordnung mit der Werkstoffoberfläche als Dichtungsstirnfläche.
Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Wälzlagerringe eines Wälzlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagerstirnfläche.
Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Kolben einer Kolben/Zylinder-Einheit mit der Werkstoffoberfläche als Außenhaut des Kolbens.
Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Lagerbüchse oder Wellenhülse eines radialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.
Verwendung des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Lagerring eines axialen Gleitlagers mit der Werkstoffoberfläche als Lagergleitfläche.