Ein gattungsgemäßes Gleitelement ist aus der US 5, 108, 813 so- wie der WO 00/26433 bekannt. Dabei wird zur Herabsetzung des Reibungskoeffizienten und des Abriebs der Diamantschicht vor- geschlagen, die zwischen den Diamantkristallen gebildeten Zwickel mit einem weichen Metall zu verfüllen. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass die aus dem weichen Metall bestehende Füllung relativ schnell abgetragen wird. Damit verliert das Gleitelement seine Notlaufeigenschaften.

Aus der EP 0 529 327 AI ist ein gebranntes keramisches Er- zeugnis mit einer strukturierten Oberfläche bekannt. Zur Ver- besserung der tribologischen Eigenschaften wird vorgeschla- gen, die Strukturierung in regelmäßiger Anordnung von gleich- förmigen Vertiefungen auszubilden. Das gebrannte keramische Erzeugnis weist zwar gute tribologische Eigenschaften.

Gleichwohl ist die Abriebfestigkeit bei extremen Belastungen nicht ausreichend.

Aus der EP 0 617 207 B1 ist ein Lager bekannt, bei dem einan- der gegenüberliegende tribologisch beanspruchte Kontaktflä- chen mit einer Diamantschicht versehen sind. Ein solches La- ger weist für bestimmte Anwendungen keine ausreichende Trok- ken-und Notlaufeigenschaften auf.

Aus der DE 197 16 330 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Schleifwerkzeug bekannt. Es wird dort vorgeschlagen, die Diamantschicht besonders rau auszu- führen. Ein solche Diamantschicht eignet sich nicht zur Her-

stellung von tribologisch belasteten Oberflächen bei Glei- tringen oder Lagern.

Aus der EP 0 614 999 B1 ist ein Bauteil eines Lagers oder ei- ner Dichtungsanordnung bekannt, bei dem eine Verschleißfläche aus einer aus polykristallinem Diamant hergestellten Schicht gebildet ist. Die Diamantschicht ist so ausgebildet, dass ih- re tribologisch belastete Oberfläche einen verminderten Ver- schleißwiderstand aufweist. Zu diesem Zweck ist die Oberflä- che aus einer weichen nanokristallinen Diamantschicht gebil- det, welche auf einer harten polykristallinen Diamantschicht sich befindet. In der Praxis zeigt eine solche Diamantschicht keine zufrieden stellenden Not-und Trockenlaufeigenschaften.

Gerade im Bereich hochbeanspruchter Bauteile, insbesondere bei Gleitlagern und Gleitringdichtungen, sind verbesserte Not-und Trockenlaufeigenschaften erwünscht. Insbesondere beim Trockenlauf treten plötzlich sehr hohe Reibwerte und/oder Reibwertschwankungen auf. Derartige Reibwerte und/oder Reibwertschwankungen zerstören auch Gleitelemente, welche mit einer herkömmlichen Diamantschicht beschichtet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Gleitele- ment angegeben werden, das verbesserte Not-und Trockenlauf- eingenschaften aufweist. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gleitelements bereitgestellt wer- den.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12 und 15 bis 28.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Diamant- schicht reproduzierbare Ausnehmungen zur Aufnahme von Abrieb aufweist, wobei die Tiefe der Ausnehmungen größer als der mittlere maximale Rauwert Rz ist.

Ein derartiges Gleitelement weist überraschenderweise dra- stisch verbesserte Not-und Trockenlaufeigenschaften auf. Das wird nach derzeitigem Kenntnisstand darauf zurückgeführt, dass insbesondere beim Trockenlauf ein aus nanokristallinem Diamant und Grafit bestehender Abrieb gebildet wird. Der Ab- rieb sammelt sich bei herkömmlichen Diamantschichten an der Oberfläche in den Vertiefungen zwischen den Diamantkristallen an. Sobald sämtliche Vertiefungen aufgefüllt sind, wird ein drastischer Anstieg des Reibwerts beobachtet. Infolgedessen kommt es zu einer Zerstörung der Diamantschicht. Indem erfin- dungsgemäß Ausnehmungen in der Diamantschicht vorgesehen sind, deren Tiefe größer als der mittlere maximale Rauwert Rz ist, werden weitere Räume zur Aufnahme des Abriebs geschaf- fen. Die Not-und Trockenlaufeigenschaften werden drastisch verbessert.

Unter dem "mittleren maximalen Raumwerte Rz" wird die maximale Rauheitsprofilhöhe im Sinne der DIN EN ISO 4287 verstanden.

Es handelt sich um die Summe aus der Höhe der größten Profil- spitze Rp und der Tiefe des größten Profiltals Rv des Rau- heitsprofils innerhalb einer Einzelmessstrecke.

Als senkrechter Abstand vom höchstens zum tiefsten Profil- punkt ist Rz ein Maß für die Streubreite der Rauheitsordina- tenwerte. Rz wird als arithmetisches Mittel aus den maximalen

Profilhöhen von 5 Einzelmessstrecken lr im Rauheitsprofil er- mittelt.

Bei den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausnehmungen handelt es sich nicht um zufällig bei der Herstellung der Diamant- schicht entstehende Ausnehmungen. Es handelt sich um Ausneh- mungen, die reproduzierbar, vorzugsweise in einer vorgegebe- nen Anordnung, hergestellt werden. Die Ausnehmungen können nach dem Herstellen der Diamantschicht in die Diamantschicht eingearbeitet werden. Es ist aber auch möglich, dass die Aus- nehmungen vor dem Auftragen der Diamantenschicht in eine Oberfläche des Substrats eingebracht werden. Die erfindungs- gemäß vorgesehenen Ausnehmungen unterscheiden sich in ihrer Dimension klar von den zwischen Diamantkristallen gebildeten Vertiefungen z. B. Zwickeln. Die erfindungsgemäßen Ausnehmun- gen sind in ihrer Tiefe größer ausgebildet, als die Vertie- fungen.

Zweckmäßigerweise ist der mittlere maximale Rauwert Rz im Be- reich von 0,1 bis 5,0 ym. Diamantschichten mit einem solchen mittleren maximalen Rauwert Rz eignen sich besonders gut zur Herstellung von Gleitringdichtungen und Gleitlagern. Diamant- schichten mit einem solchen mittleren maximalen Rauwert Rz zeigen auch beim Trockenlauf keinen besonders hohen Abrieb.

Der Abrieb ist jedenfalls so gering, dass er in den erfin- dungsgemäßen Ausnehmungen aufgenommen werden kann. Die Aus- nehmungen weisen zweckmäßigerweise eine Tiefe von 0, 2 bis 100 Um, vorzugsweise 0,5 bis 50 ym, auf. Eine Oberfläche der Aus- nehmungen kann aus Grafit gebildet sein. Das erleichtert ei- nen Austrag von in den Ausnehmungen aufgenommenem Abrieb.

Zweckmäßigerweise sind die Ausnehmungen als lineare Struktu- ren ausgebildet. Die Ausnehmungen können insbesondere gerade oder sichelförmig ausgebildet sein. Die linearen Strukturen verlaufen zweckmäßigerweise schräg oder quer zu einer Glei-

trichtung. Nach einer weiteren Ausgestaltung können die Aus- nehmungen zum Rand der Diamantschicht hin sich öffnen, so dass sich darin aufgenommener Abrieb abführbar ist. Ein Aus- trag des Abriebs am Rand der Diamantschicht erhöht weiter die Not-und Trockenlaufeigenschaften des Gleitelements.

Eine Breite der Ausnehmungen kann zwischen 0,5 ßm und 10 mm liegen. Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Ausnehmungen ein netzartiges Muster oder auch muldenartig ausgebildet sind.

Vorteilhafterweise ist ein Anteil von 1 bis 95 % der Oberflä- che der Diamantenschicht durch die Ausnehmungen gebildet. Die Ausnehmungen können also auch einen überwiegenden Teil der Oberfläche bilden. Eine tribologisch belastete Kontaktfläche der Diamantschicht besteht in diesem Fall lediglich auch ein- zelnen, vorzugsweise regelmäßig angeordneten, Inseln.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das Substrat aus einer Keramik, vorzugsweise SiC, oder aus einem Metall oder einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff hergestellt.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gleitelements kann nach einer ersten Variante ein Verfahren mit den folgenden Schritten durchgeführt werden : Aufbringen einer einen mittleren maximalen Rauwert Rz aufwei- senden Diamantschicht auf eine Oberfläche des Substrats und Herstellen von Ausnehmungen in der Diamantschicht derart, dass eine Tiefe der Ausnehmungen größer als der mittlere ma- ximale Rauwert Rz ist.

Nach einer zweiten Variante ist zur Herstellung eines erfin- dungsgemäßen Gleitelements ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen : Herstellen von Ausnehmungen einer vorgegebenen Tiefe in der Oberfläche des Substrats und Aufbringen einer Diamantschicht auf die Oberfläche derart, dass ein mittlerer maximaler Rauwert Rz der Diamantschicht kleiner ist als die Tiefe der Ausnehmungen.

Die vorgeschlagenen Verfahren lassen sich relativ einfach durchführen.

Die Diamantschicht wird zweckmäßigerweise mittels eines CVD- Verfahrens auf die Oberfläche aufgebracht. Derartige Verfah- ren sind nach dem Stand der Technik bekannt und in der Lite- ratur beschrieben, z. B. in K. Bachmann, W. van Enckewort, "Diamond Deposition Technologies"in Diamond and Related Ma- terials (1), 1992, S. 1021-1034.

Die Ausnehmungen können mechanisch, durch Ätzen oder mittels LASER hergestellt werden. Sie können auch durch Glätten von bei der Herstellung der Diamantschicht gebildeten Diamanter- hebungen hergestellt werden. Derartige Diamanterhebungen ra- gen über die Diamantschicht hinaus. Durch Glätten werden die- se Erhebungen abgetragen bzw. abgebrochen. Das Glätten kann durch Läppen erfolgen.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Oberfläche der Ausnehmungen thermisch, vorzugsweise bei der Herstellung mittels LASER, in Grafit umgewandelt wer- den. Insbesondere bei einer linearen Ausbildung der Ausneh- mungen, welche sich zum Rand der Diamantschicht hin öffnen,

dient eine Grafitschicht in den Ausnehmungen einem erleich- terten Austrag des Abriebs.

Wegen der weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfah- rens wird auf die zum Gleitelement beschriebenen Ausgestal- tungen verwiesen. Diese gelten sinngemäß auch für das Verfah- ren.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen vorteilhafte Ausge- staltungen der Erfindungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine rasterelektronenmikroskopische (REM) Auf- nahme einer Diamantschicht nach dem Stand der Technik, Fig. 2a-c REM-Aufnahmen erfindungsgemäßer Diamantschich- ten in verschiedenen Vergrößerungen, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Diamantschicht, Fig. 4a, b schematische Darstellungen verschiedener Aus- nehmungsmuster, Fig. 5 das Ergebnis eines Trockenlauftests unter Ver- wendung einer herkömmlichen Diamantschicht, Fig. 6 das Ergebnis eines Trockenlauftests unter Ver- wendung einer erfindungsgemäßen Diamant- schicht, Fig. 7 eine REM-Aufnahme einer herkömmlichen Diamant- schicht mit Diamanterhebungen,

Fig. 8 eine REM-Aufnahme einer weiteren erfindungsge- mäßen Diamantschicht, Fig. 9a Ergebnisse verschiedener Messungen beim Trok- kenlaufen und Fig. 9b eine schematische Darstellung der beim Trok- kenlaufen sich abspielenden Vorgänge.

In Fig. 1 ist eine REM-Aufnahme einer Oberfläche einer her- kömmlichen Diamantschicht gezeigt, welche mittels eines CVD- Verfahrens auf einem Substrat, z. B. SiC, abgeschieden worden ist. Die Topografie der Oberfläche wird geprägt durch die {111} und {100} -Flächen der Diamantkristalle. Zwischen den Diamantkristallen befinden sich Vertiefungen. Der mittlere maximale Rauwert Rz der gezeigten herkömmlichen Diamant- schicht beträgt 1,1.

Die Fig. 2a bis Fig. 2c zeigen in verschiedenen Vergrößerun- gen REM-Aufnahmen einer erfindungsgemäßen Diamantschicht.

Auch hier weist die Diamantschicht einen mittleren maximalen Rauwert Rz von 1,1 auf. Ferner sind schräg zu einer mit T be- zeichneten Gleitrichtung lineare Ausnehmungen V vorgesehen, die sich über die gesamte Breite der Diamantschicht erstrek- ken. Die Ausnehmungen V sind regelmäßig angeordnet ; sie bil- den parallele Linien mit einem konstanten Abstand. In Fig. 3 ist die Ausbildung der Diamantschicht nochmals perspektivisch gezeigt.

Die Dicke der Diamantschicht beträgt bei den erfindungsgemä- ßen Gleitelementen zweckmäßigerweise zwischen 0,1 Mm und 50 ßm, vorzugsweise 1 bis 20 ßm. Dabei wird bevorzugt eine Dia- mantschicht mit einer <111> Texturierung eingestellt. Zur Er- läuterung wird auf die DE 100 27 427.7 verwiesen, deren Of- fenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird. Daneben kann aber

auch eine <110> Texturierung eingestellt werden. Bei dem in den Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Schichtdicke der Diamantschicht 12 pm. Die Breite der li- nearen Ausnehmungen V beträgt etwa 20 mm und die Tiefe der Ausnehmungen V beträgt etwa 5 ßm. Beim vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel beträgt die Tiefe der Ausnehmungen V also etwa das 4,5-fache des mittleren maximalen Rauwerts Rz. Allgemein hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Tiefe der Aus- nehmungen V größer als das 2-fache, vorzugsweise größer als das 3-fache und besonders bevorzugt größer als das 4-fache des mittleren maximalen Rauwerts Rz ist.

In den Fig. 4a und b sind mit einer Diamantschicht versehene Gleitringe gezeigt. Auch hier sind in der Diamantschicht wie- derum lineare Ausnehmungen V vorgesehen. Bei dem in Fig. 4a gezeigten Gleitring sind die Ausnehmungen V parallel zueinan- der in einem regelmäßigen Abstand angeordnet. Bei dem in Fig.

4b gezeigten Gleitring verlaufen die Ausnehmungen von einer inneren Umfangsfläche zu einer äußeren Umfangsfläche schräg zur Radialrichtung.

In den Fig. 5 und 6 sind die Ergebnisse von Trockenlauftests im Vergleich gezeigt. Dabei ist über dem Reibweg jeweils der Reibwert aufgetragen. Die in Fig. 5 wiedergegebenen Ergebnis- se sind erzielt worden unter Verwendung von Gleitringen, wel- che mit einer Diamantschicht-wie sie z. B. in Fig. 1 ge- zeigt ist-beschichtet sind. Die in Fig. 6 gezeigten Ergeb- nisse sind erzielt worden mit Gleitringen, welche mit einer erfindungsgemäßen Diamantschicht beschichtet sind, wie sie z.

B. in Fig. 2 bis 4 gezeigt ist. Bei den Messungen hat die Flächenpressung 0, 2 N/mm2, die Rotationsgeschwindigkeit 1,3 m/s und die Laufzeit 4 Stunden betragen. Es zeigt sich, dass die mit den erfindungsgemäßen Diamantschichten beschichteten Gleitelemente drastisch bessere Trockenlaufeigenschaften auf- weisen. Die Diamantschicht ist nach einer Testzeit von 4

Stunden noch vollständig intakt. Es sind keinerlei Schicht- abplatzungen zu beobachten.

In Fig. 7 ist eine REM-Aufnahme einer herkömmlichen, mittels eines CVD-Verfahrens hergestellten Diamantschicht gezeigt.

Derartige Diamantschichten weisen häufig Erhebungen E auf.

Solche Erhebungen E sind in der Regel unerwünscht. Nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung lassen sich gleichwohl auch Diamantschichten mit derartigen Erhebungen E zur Her- stellung erfindungsgemäßer Gleitelemente verwenden.

Fig. 8 zeigt eine REM-Aufnahme einer Diamantschicht eines er- findungsgemäßen Gleitelements. Sie ist hergestellt durch Ab- tragen der in Fig. 7 gezeigten Erhebungen E z. B. mittels Läppen. Es verbleiben Erhebungsstümpfe Es. Eine tribologisch beanspruchte Fläche wird bei diesem Ausführungsbeispiel le- diglich durch die Summe der über die Oberfläche der Diamant- schicht herausstehenden Erhebungsstümpfe Es gebildet. Beim Betrieb anfallender Abrieb kann sich hier um die Erhebungs- stümpfe Es ablagern. Selbstverständlich können die in Fig. 8 gezeigten Erhebungsstümpfe Es zusätzlich kombiniert werden mit z. B. den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausnehmungen. In diesem Fall weisen die vorgeschlagenen Gleitelemente hervor- ragende. Einlaufeigenschaften auf. Der beim Einlaufen auftre- tende relativ hohe Verschleiß führt dazu, dass insbesondere die Erhebungsstümpfe Es abgetragen werden. Der Abrieb wird während des Einlaufens in die Ausnehmungen V transportiert.

Dabei wird die Oberfläche der Diamantschicht kaum beschädigt, weil die Erhebungsstümpfe Es sich über diese erheben. Nach dem Einlaufen sind die Erhebungsstümpfe Es im Wesentlichen abgetragen. Der durch das Einlaufen hervorgerufene Abrieb ist z. T. in den Ausnehmungen aufgenommen. Die Diamantschicht ist durch das Einlaufen kaum verschlissen. Sie weist eine beson- ders hohe Lebensdauer auf. Außerdem können durch die Erhe-

bungsstümpfe Es eventuelle beim Abscheiden der Diamantschicht gebildete Schichtdickendifferenzen ausgeglichen werden.

In Fig. 9a sind verschiedene Messergebnisse über dem Reibweg gezeigt. Es handelt sich dabei um die Temperatur in °C, den Abstand der Reibflächen in um und die Reibzahl p. Die Ergeb- nisse zeigen die Wirkungen eines zwischen die Reibflächen eingebrachten Abriebs. Gelangt Abrieb zwischen die Reibflä- chen, so erhöht sich die Temperatur, der Abstand der Reibflä- chen nimmt zu. Gleichzeitig erhöht sich sprunghaft. die Reib- zahl.

In Fig. 9b ist schematisch die Entwicklung einer herkömmli- chen Diamantschicht beim Trockenlaufen gezeigt. Zunächst bre- chen die Kristallspitzen der Diamantkristalle D (siehe Fig.

9b (i) ). Ein dadurch gebildeter Abrieb A gelangt in die zwi- schen den Diamantkristallen D gebildeten Vertiefungen Z (sie- he Fig. 9b (ii)). Sobald die Vertiefungen Z vollständig mit Abrieb A gefüllt sind (siehe Fig. 9b (iii) ) wird der Abrieb A auf der Oberfläche bewegt. Es kommt nach kurzer Zeit zu einem katastrophalen Verschleiß, insbesondere zum Abplatzen der Diamantschicht und damit zum Versagen des Gleitelements.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Gleitelemente kann grundsätzlich auf zwei Wegen erfolgen. Nach einem ersten Weg wird zunächst ein, beispielsweise aus SiC hergestelltes, Sub- strat bereitgestellt. In das Substrat werden anschließend in herkömmlicher Art und Weise Ausnehmungen V eingearbeitet. Das kann durch mechanisches Abtragen mit diamantbeschichteten Werkzeugen erfolgen. Auch ein Abtragen mittels herkömmlicher LASER ist möglich. In jedem Fall werden Ausnehmungen V in ei- ner vorgegebenen Anordnung in die Oberfläche des Substrats eingearbeitet. Bei den Ausnehmungen V kann es sich um graben- artige Strukturen oder Mulden handeln. Zweckmäßigerweise bil- den die Ausnehmungen V ein vorgegebenes regelmäßiges Muster.

Sie weisen eine Tiefe von 2 bis 10 Mm und einen Durchmesser bzw. eine Breite von 8 bis 30 ßm auf. Das so vorbereitete Substrat wird anschließend mittels herkömmlicher CVD- Verfahren beschichtet. Die Schichtdicke der aufgetragenen Diamantschicht beträgt 8 bis 10 ßm. Die Parameter werden so eingestellt, dass die zuvor in das Substrat eingebrachten Ausnehmungen V durch die Diamantschicht abgebildet werden.

Nach einem zweiten Weg können die Ausnehmungen V auch erst nach dem Aufbringen der Diamantenschicht hergestellt werden.

Zu diesem Zweck werden die Ausnehmungen ebenfalls mechanisch, z. B. mittels Sägen, oder vorzugsweise mittels Laserbearbei- tung in die Oberfläche der Diamantschicht eingearbeitet. Bei der Laserbearbeitung findet eine Umwandlung der behandelten Flächen im Grafit statt. Es bilden sich dabei besonders glat- te Ausnehmungen, durch welche der Abrieb leicht abtranspor- tiert werden kann.

Bezugszeichenliste T Transportrichtung des Abriebs V Ausnehmung E Erhebung Es Erhebungsstumpf D Diamantkristall Z Zwickel A Abrieb