Die Erfindung betrifft einen Dichtring aus elastomerem Material für dynamische Belastungen, wobei der Dichtring im Bereich der Kontaktzone doppelt gekrümmt ist und wobei für die Krümmung bestimmte Vorgaben gelten, wobei weiterhin wenigstens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer verschleißvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines entsprechenden Dichtringes sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung.

Für Dichtungen, die bei einer Bewegung beansprucht werden, insbesondere solche, deren Gleitverhaltung mit einem Schmiermittel verbessert wird, besteht ein beständiger Bedarf an Verbesserungen hinsichtlich des Reibverhaltens, des Gleitverhaltens und der Ver- schleißbeständigkeit. Im Stand der Technik sind hierzu verschiedene Ansätze bekannt. So sind Beschichtungen zur Reibungs- und Verschleißreduktion bekannt, z.B. werden in WO 2009/153306 A1 Dichtungsartikel, insbesondere für dynamische Belastungen, mit einer plasmapolymeren Beschichtung versehen. In diesem Dokument gibt es keine Hinweise auf die Gestaltung von Dichtkanten, sowie auf mögliche Oberflächenstrukturierungen, die dazu geeignet sind, die Reibung noch weiter zu reduzieren ohne die Dichtfunktion zu beeinflussen. Dass die Einbringung von Strukturen in Laufflächen die Reibung von dynamischen Dichtungen reduzieren können, insbesondere wenn es sich um gas- oder flüssigkeitsgeschmierte Dichtungssysteme handelt, ist bekannt. So beschreiben beispielsweise die US 6341782 B, GB 1312722 A und AU 199227443 A gasgeschmierte hydrodynamische Dichtungen oder Gleitringdichtungen, bei denen Mikrostrukturen die Gleiteigenschaften verbessern. Hierzu werden diese Mikrostrukturen in die metallischen Flächen eingebracht.

Die US 2013187342 A / WO 2011/110360 A1 beschreibt eine Radialwellendichtung aus Elastomer mit Mikrostrukturen im Bereich der Kontaktfläche zwischen Dichtung und Lauffläche. Insbesondere beschreibt sie die Größe, Dichte und Tiefe der Strukturen, insbeson- dere Näpfchen als Vertiefungen, z.B. zylindrisch, konisch oder kegelstumpfförmig. Weiterhin wird ein hoher Traganteil von 70 % bis 90% beansprucht, um die Dichtigkeit im Kontakt, ggf. auch Verschleißbeständigkeit zu gewährleisten. Die Kontaktfläche kann mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen werden, um die Verschleißbeständigkeit weiter zu verbessern. Dieses Dokument offenbart eine Kontaktbreite von bis zu 1 mm. Das Deutsche Patent- und Markenamt hat zu der Prioritätsanmeldung DE 102021114904.5 ferner folgenden Stand der Technik ermittelt: DE 102009027768 A1 , DE 102008002515 A1 , DE 102009046947 A1 und DE 4018278 A1 .

Die US 2013187342 A / WO 2011/110360 A1 beschreibt allerdings nicht, wie eine mikrostrukturierte Dichtlippe geformt sein muss, um einerseits über die Gebrauchsdauer Dich- tigkeit sowie Verschleißbeständigkeit insbesondere in der Kontaktzone langzeitstabil gewährleisten zu können. Hierzu müsste die Verschleißbeständigkeit der Beschichtung auf dem jeweiligen Substratmaterial sichergestellt werden.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dichtring anzugeben, der ein besonderes Eigenschaftsfenster aus Reibwerten und Verschleißwerten besitzt und gleichzeitig in der Lage ist, seine Dichtfunktion über einen langen Zeitraum sicherzustellen. So sollte die Aufgabe der Erfindung als bevorzugte Variante sein, Dichtungen anzugeben, die eine ausreichende Laufzeit haben, sodass sie beispielweise für einen PKW eine Laufleistung von 200.000 km gewährleisten können, ohne ihre Funktion einzubüßen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Dichtring aus elastomerem Material für dynamische Belastungen, wobei der Dichtring im Bereich der Kontaktzone doppelt gekrümmt ist, wobei für die doppelte Krümmung gilt: Radius n « Radius G2 und n = k1/( 111-SA) ² wobei gilt n = minimaler Dichtkantenradius r2= innerer Radius des Dichtringes 40 mm < k1 < 640 mm

SA = Shore-Härte A des elastomeren Materials (einheitenlos), wobei wenigstens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer verschleißvermindern- den plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind.

Untereinem Dichtring im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein zur Abdichtung bestimmtes ringförmiges Material zu verstehen, das nicht zwingend Kreisform besitzen muss, wobei eine Kreisform aber bevorzugt ist. Andere Formen können beispielsweise oval oder sogar annähernd mehreckig sein. Dabei ist in der Mitte des Dichtringes bevorzugt eine Ausspa- rung vorgesehen, die dafür bestimmt ist, einen der beiden zueinander abzudichtenden Körper aufzunehmen. Ein Dichtring im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls nicht geschlossen sein, d.h. es sind in diesem speziellen Fall auch Segmente eines Dichtrings unter Dichtring zu verstehen oder- wenn auch nur unter bestimmten Umständen bevorzugt - Wischerblätter z.B. für Scheibenwischer. Ein Dichtring für dynamische Belastung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei ein Dichtring, der Dichtstellen mit Relativbewegung von zwei Körpern (Dichtung und Gegenkörper) abdichten soll. Dabei können z.B. die stationären Teile eines Motors der eine Körper sein und der Gegenkörper eine rotierende Welle. Möglich sind aber auch viele andere Ausgestaltungsformen für den Gegenkörper, wie z.B. translatorische Stangen für Stangen- dichtungen oder Glasscheiben für Wischerblätter. Dabei ist es im Sinne der vorliegenden Definition nicht notwendig, dass eine der beiden Körper unbewegt ist. Denkbar ist auch, dass beide Körper, die zueinander abgedichtet werden sollen, bewegt sind.

Der Dichtring besitzt dabei die „Kontaktzone“, die an dem gegenüber der Dichtung bewegten einen der beiden Körper anliegt, wobei dieser Körper bevorzugt der Gegenkörper ist, der vom Dichtring kontaktiert, meist umgeben ist. Der Bereich des Dichtringes, der die Kontaktzone trägt, wird dabei auch als „Dichtlippe“ bezeichnet. Eine Dichtlippe im Sinne der vorliegenden Erfindung hat mindestens eine, kann aber auch mehrere Kontaktstellen bzw. sogar Dichtkanten aufweisen.

Der minimale Dichtkantenradius n ist der minimale Krümmungsradius in der Kontaktzone. Hierzu sei auf die EP 0 321 656 A1 verwiesen, die beschreibt, dass in der Kontaktzone mehrere Krümmungsradien vorliegen können. Ausschlaggebend für die Bestimmung des Dichtkantenradius n ist der minimale Krümmungsradius in der Kontaktzone. Dabei ist es bevorzugt, dass durch die Kombination mehrerer Krümmungsradien und ggf. Geraden die Position des minimalen Radius n des Dichtringes im Vergleich zur Mitte der Kontaktbreite zur Ölseite hin verschoben ist.

Radius G2 ist dabei der innere Radius des Dichtringes. Sofern es sich bei dem Dichtring im Sinne der obigen Definition nicht um ein kreisförmiges Konstrukt handelt, ist G2 der Radius des größtmöglichen Kreises im Bereich der Aussparung des Dichtringes, der gelegt werden kann, ohne den Dichtring zu schneiden. Sofern der Dichtring nicht geschlossen ist, ist Radius G2 der minimale Krümmungsradius des Dichtringsegmentes.

„<<“ für das Verhältnis r2/n bedeutet im Sinne dieses Textes, dass r2/n mindestens 10, bevorzugt mindestens 20, weiter bevorzugt mindestens 50, noch weiter bevorzugt mindestens 100 und besonders bevorzugt mindestens 200 ist.

Die Kontaktbreite im Sinne der vorliegenden Erfindung wird im Zweifelsfall wie im Mess- beispiel 1 bestimmt. Dabei bestimmt das Messbeispiel die „mittlere Kontaktbreite“. Dementsprechend bedeutet die Formulierung, dass wenigstens „50% der Kontaktbreite der Kontaktzone mit einer plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen sind“, dass 50% der durch die mittlere Kontaktbreite definierten (Ober-)Fläche (der Kontaktzone) entsprechend beschichtet sind. Dabei ist es nicht notwendig, dass die Beschich- tung entlang des Innenumfanges des Dichtringes durchlaufend und/oder regelmäßig ist, es ist aber im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, eine umlaufende und hinsichtlich ihrer Breite entlang des Umfanges konstante Beschichtung vorzusehen.

Bevorzugte Elastomere sind ACM, HT-ACM, AEM, BR, CR, ECO, EPDM, FKM, FFKM, FKM-P, IIR, IR, NBR, HNBR, NR, SBR, Therban sowie Silikon, VMQ und TPE. Um Spannungsüberhöhungen im Bereich der zu beschichtenden Kontaktfläche zu vermeiden, denn diese würden einen verstärkten Verschleiß der schützenden Beschichtung bewirken, und um die Dichtigkeit und Rückförderwirkung zu befördern, muss die Oberfläche des Kontaktbereiches der Dichtlippe doppelt gekrümmt mit den Radien n und G2 vorliegen, wobei gilt: n « r2

Der Radius G2 bestimmt sich aus der späteren Anwendung und ist insbesondere im Fall von Radialwellendichtringen typischerweise etwas kleiner als der Radius der abzudichtenden Welle rw (Gegen körper). Hier gilt typischerweise 0,8 < r2/rw ^ 1 ,0

Dabei wird bevorzugt der Koeffizient r2/rw klein gewählt bei Elastomeren mit geringer Shore A-Härte und groß gewählt bei Elastomeren mit großer Shore A-Härte.

Das Dichtlippenprofil im Bereich der späteren Kontaktzone muss dabei nicht kreisrund sein, sondern kann zur sanfteren Kraftverteilung im Dichtbereich zum Beispiel auch hyper- bolisch, elliptisch oder oval ausgeformt sein. Mit Hinblick auf eine asymmetrische Anpressung kann das Dichtlippenprofil auch unterschiedliche Radien auf Luft- oder Ölseite aufweisen. Der Radius n beschreibt hier die größte Krümmung / kleinsten Krümmungsradius im Dichtbereich.

Der Radius n muss an die mechanischen Eigenschaften der verschleißschützenden Be- Schichtung, den elastischen Eigenschaften des Elastomers und der benötigten Ringspannung (die beim Aufstecken des Radialwellendichtrings auf die Welle sowie der Verformung der Dichtlippe hervorgerufen wird) angepasst sein.

Andererseits darf der Radius n nicht zu groß sein, um insbesondere bei Vorliegen eines Kontaktbereichs mit einer Mikrostrukturierung (siehe unten) noch ausreichende Dichtigkeit zu gewährleisten.

Im Zweifelsfall wird der minimale Dichtkantenradius n nach dem Messbeispiel 5 bestimmt. Über diese Wahl des richtigen Krümmungsradius n im Bereich des späteren Zwei-Körper- Kontakts ist es möglich, Strukturierungen dauerhaft zu nutzen, die sogar einen Flächenanteil < 70 % aufweisen.

Eine plasmapolymere Beschichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine Be- Schichtung, die durch eine plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) erzeugt wurde oder erzeugbar ist.

Ein Gleitlack im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine ein- oder mehrkomponentige Beschichtung, deren Wirkung es ist, Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Häufig wird unter dieser Bezeichnung eine Matrix aus Bindemittel und Trockenschmierstoff verwendet. Beispielsweise kommen dabei Bindemittel wir PUR, Acryl oder Harz in Kombination mit Schmiermitteln wie PTFE, Talk, PA, Silikonöl oder Graphit, zum Einsatz. Auch Silikonharz, Keramik, Xanthan oder Bentonit finden Verwendung. Im Zweifelsfall wird unter einem Gleitlack eine Beschichtung mit einer Schichtdicke < 100pm und einem Reibkoeffizienten < 0,35 ermittelt nach Messbeispiel 9 verstanden. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dichtringes, insbesondere unter Berücksichtigung des Radius n nach der oben aufgeführten Formel, zu einer deutlichen Verbesserung der Eigenschaften eines Dichtringes führt. Insbesondere erweisen sich entsprechende Dichtringe als besonders haltbar, besonders im Sinne einer Verschleißbeständigkeit, während sie weiterhin über gute Gleiteigen- schäften verfügt. Hier ist insbesondere auch der Unterschied zu Dichtringen mit einer gestochenen Kante als Verbesserung festzustellen.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring mit folgenden Eigenschaften:

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

Durch die unsymmetrischen Anstellwinkel der Flanken wird eine unsymmetrische Kraftverteilung im Kontaktbereich (der Kontaktzone) bewirkt, die vorteilhaft für die Dichtigkeit der Dichtung und für die Rückführung des Schmiermediums ist. Der Dichtkantenradius n richtet sich bevorzugt nach der Shore-Härte des Elastomers und nach der Anpressung. Die Anpressung und der Systemdruck sind entscheidend für die Dichtigkeit. Bei einer ausreichenden, kritischen Pressung von 2 MPa ergeben sich je nach Shore-Härte und Linienpressung der Dichtung unterschiedliche bevorzugte Radien der Dichtlippe (vgl. Figur 1 Dichtkantenradius vs. Shore-Härte). Als Beispiele bei 0,15 N/mm Linienpressung: 30 Shore-A: 24 ± 5 pm, 50 Shore-A: 52 ± 5 gm, 75 Shore-A: 149 ± 5 pm, 90 Shore-A: 435 ± 5 pm. Bevorzugt werden Materialien mit Härten >70 Shore-A.

Figur 1 stellt für bevorzugte Werte die Abhängigkeit des minimalen Radius n in Abhängigkeit von der Shore-A-Härte dar, um bei einer gegebenen aufgeprägten Kraft/Dichtlänge von 0,15 N/mm eine Pressung von 2 MPa zu erhalten (eine solche Pressung stellt die Dichtigkeit sicher).

Die Figur 2 stellt dabei das Diagramm bevorzugter Dichtkantenradius in pm zur gegebenen Kontaktbreite 2a in pm dar.

Die Linienpressung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei die Radialkraft bezogen auf den Umfang in N/mm. Sie dient insbesondere dazu, die Vergleichbarkeit verschieden großer Systeme zu erleichtern.

Die Shore-A-Härte wird im Zweifelsfall nach Messbeispiel 4 bestimmt.

Die Auswahl des minimalen Dichtradius n - wie oben beschreiben - wird anhand der folgenden Formel getroffen: n = k1/(111 -SA) ² mit

SA: Shore-Härte A (einheitenlos)

40 mm < k1 < 640 mm, bevorzugt 80 mm < k1 < 320 mm, bevorzugt 140 mm < k1 < 200 mm Dabei ist die oben beschriebene eine rein empirisch gefundene Formel, die von den Erfindern in umfangreichen Eigenforschungen ermittelt wurde. Erfindungsgemäß bevorzugt kann es sein, dass im Bereich des späteren Kontakts variierende Krümmungsradien vorliegen. Dabei liegt besonders bevorzugt der minimale Krümmungsradius n ausgehend vom minimalen Dichtringradius G2 auf Seiten der Stirnseite.

Die Kontaktzone wird erfindungsgemäß mit einer verschleißschützenden Beschichtung versehen:

1 . Gleitlacke: Wenigstens Teil der Strukturbreite und -tiefe werden überdeckt durch bevorzugt 5-15 pm dicke Gleitlacke. Darüber hinaus werden die Gleitlacke in ihrer Funktionsweise verschmiert, was die Strukturen zusetzt (für Fall ohne Mikrostrukturen)

2. Plasmabeschichtungen: Dicke 0,2-5 pm, bevorzugt 1-4 pm. Diese Beschichtungen kön- nen Risse aufweisen (da steifer als Elastomer) spätestens nach Zug- oder Druckbelastung des Elastomers (wenn die Dichtung genutzt wird).

Es wird mindestens 50% der Kontaktbreite der Kontaktzone des Dichtringes mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen, um gute Verschleißbeständigkeit und Reibeigenschaften zu gewährleisten. Bevorzugt werden zusätzlich zur Kontaktzone auch die Flanken der Dichtlippe (wenigstens teilweise) beschichtet.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei der Dichtring insbesondere im Bereich Kontaktzone und/oder die Flanken der Dichtlippe mikrostrukturiert ist/sind.

Unter Mikrostrukturen werden Vertiefungen (Täler) oder Erhöhungen (Berge) verstanden, deren maximale Tiefe bzw. maximale Höhe mindestens um den Faktor 5, bevorzugt Faktor 10 größer ist als die Rauheit R _z der Probe gemessen in einem Bereich ohne Mikrostruktur.

Im Zweifelsfall wird zur Separation von Rauheit und Mikrostruktur das Histogramm der Rauspitzenhöhen bezogen auf die Basislinie ausgewertet.

Der Flächenanteil der Mikrostrukturen ergibt sich aus der Fläche der Mikrostrukturen, die aus Richtung der Flächennormalen aufgenommen werden bezogen auf die Analysenflä- che. Die Analysenfläche muss dabei mindestens das 20-fache der Fläche der einer Mikrostruktur betragen.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei die mikrostrukturierte Oberfläche einen Flächenanteil von < 60% besitzt. Der Oberflächenanteil der Mikrostrukturen mit Vertiefungen (Täler) ist bevorzugt 2 - 60 %, bevorzugt 5 - 40%, weiter bevorzugt 10 - 35%, weiter bevorzugt 20 - 30%.

Alternativ bevorzugt ist der Oberflächenanteil der Mikrostrukturen mit Erhöhungen (Berge) bevorzugt 5 - 50 %, bevorzugt 10 - 50%, weiter bevorzugt 20 - 50%, weiter bevorzugt 30- 50%.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, bei dem der Bedeckungsgrad > 20 %, bevorzugt > 50 % der Kontaktzone mikrostrukturiert ist.

Mit anderen Worten, es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass wenigstens 20%, bevorzugt, wenigstens 50% der Kontaktzone mikrostrukturiert sind, dies setzt selbstverständlich vo- raus, dass auch eine entsprechende Oberfläche vorhanden ist, die die entsprechenden Mikrostrukturen tragen kann. Bevorzugt ist es, dass der gesamte Kontaktbereich (die Kontaktzone) mit einer verschleißvermindernden plasmapolymeren Beschichtung oder einem Gleitlack versehen ist und ebenfalls vollständig mikrostrukturiert ist im Sinne der obenstehenden Definition. Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Dichtring, wobei die Beschichtung bevorzugt plasmapolymer ist und eine Schichtdicke von 0,2-5pm besitzt.

Diese Schichtdicken haben sich als besonders geeignet für eine lange Verschleißwiderstandsfähigkeit erwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass stets ein Zusammenspiel zwischen der plasmapolymeren Schicht und dem Elastomer ein wesentlicher Faktor für die Verschleißbeständigkeit darstellt.

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

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

Die elastischen Eigenschaften bzw. die Härte der Schicht kann im Fall siliziumbasierter Schichten durch Einstellung des Kohlenstoffgehalts und der Netzwerkdichte eingestellt werden. Im Fall von DLC-Schichten können die Abscheidungsparameter entsprechend eingestellt werden: Mit steigendem Anteil von sp3 Hybridisierung des Kohlenstoffs steigt der E-Modul, mit steigendem Wasserstoffgehalt sinkt das E-Modul.

Über die kontinuierliche Änderung der Abscheidungsparameter (Gaszusammensetzung, Druck, Leistung, BIAS-Spannung, Anregungsart) während des Beschichtungsvorgangs kann so das E-Modul bzw. die Härte kontinuierlich gesteigert werden.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Dichtung, wobei die Beschichtung einen Rauwert R _a von 0,2-1 ,5 pm und/oder einen Rauwert R _z von 1 ,0-4,0 gm besitzt.

Im Zweifelsfall wird der Rauwert nach dem Messbeispiel 2 bestimmt. Bevorzugt ist die Rauheit das quadratische Mittel der Steigung Sdq 0,04-0,50, bevorzugt 0,10-0,45, weiter bevorzugt 0,2-0,42, wobei das quadratische Mittel ebenfalls gemäß Messbeispiel 2 im Zweifelsfall bestimmt wird.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei die Beschichtung über ein Elastizitätsmodul von 0,2 - 140 GPa und/oder eine Oberflächenenergie von 20- 45 mN/m und/oder einen statischen Kotaktwinkel gegen N-Dekan von < 10° besitzt.

Das Elastizitätsmodul beträgt bevorzugt 20-90 GPa, weiter bevorzugt 35-90 GPa (letzterer Wert insbesondere für DLC-Schichten) und alternativ bevorzugt 0,2-70 GPa (letzterer Wert für SiOx-plasmapolymere Schichten), weiter alternativ bevorzugt 30-65 GPa.

Der E-Modul wird bestimmt nach Messbeispiel 6. Die Oberflächenenergie der erfindungsgemäß einzusetzenden verschleißvermindernden Beschichtung beträgt bevorzugt 24-45 N/mm, weiter bevorzugt 28-42 N/mm und wird im Zweifelsfall nach Messbeispiel 7 bestimmt.

Der Kontaktwinkel gegenüber N-Dekan wird im Zweifelsfall nach Messbeispiel 8 bestimmt.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei auch die Flanken des Dichtringes wenigstens teilweise mit der plasmapolymeren Beschichtung versehen sind.

Hierzu wurde bereits weiter oben ausgeführt. Bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäß einzusetzende verschleißvermindernde Beschichtung eine plasmapolymere Beschichtung ist, die auf HMDSO-Basis (SiO _x C _y H _z , bevorzugt in chemischen Zusammensetzungen, wie sie in der EP 2 291 439 A1 , Dichtungsartikel offenbart ist) oder eine DLC-Schicht ist. Bevorzugt ist dementsprechend eine erfindungsgemäße Dichtung, wobei die plasmapolymere Beschichtung auf dem Elastomer eine Zusammensetzung hat von

C: 52-65 at%

Si: 13-22 at%

O: 20-26 at% jeweils bezogen auf die Menge aller mit XPS gemessenen Atome außer im Falle von H, wo mittels Mikroelementanalyse bestimmt wird und wobei H bei den Anteilen der mit XPS erfassbaren Elemente nicht mitgerechnet wird, oder wobei die plasmapolymere Beschichtung ein C/H-Verhältnis aufweist zwischen 1 ,9 < C/H < 2,8 bevorzugt 2,1 < C/H < 2,6 bestimmt mittels Mikroelementanalyse und einen Si-Anteil von < 10at%, bevorzugt < 5 at%, bezogen auf die Menge aller mit XPS gemessen Atome, und wobei H bei den Anteilen der mit XPS erfassbaren Elemente nicht mitgerechnet wird. Neben dem Verschleißschutz, insbesondere für mikrostrukturierte Dichtlippen, wirkt die Beschichtung bevorzugt auch als reibmindernde Schicht. Bevorzugt wird eine Schicht, die die reale Kontaktfläche verkleinert im Vergleich zum unbeschichteten Fall. Dies wird z.B. durch die oben angegebenen Werte für das im Vergleich zum unbeschichteten Fall erhöhte quadratische Mittel der Steigung in der Topographie sowie einem erhöhten Elastizitätsmo- dul erreicht. Um eine langzeitstabile Wirkung der Beschichtung zu erzielen, trifft der Fachmann geeignete Vorkehrungen zur Sicherstellung der Schichthaftung. Dazu zählen eine geeignete Elastomerauswahl und eine geeignete Reinigung des Elastomers vor der Beschichtung, z.B. nasschemische Reinigung (wässrig oder lösungsmittelbasiert) und/oder trockenphysi- kalische Reinigungen wie Laserreinigung, Plasmareinigung, Reinigung mittels energiereichen UV-Strahlung, insbesondere VUV-Strahlung, Reinigung mittels CO2 (CO2- Schneestrahlreinigung, Trockeneisstrahlen), Schleifen, Partikelstrahlen.

Ebenfalls kann eine Aktivierung der Elastomeroberfläche hilfreich sein, um die Schichthaftung sicherzustellen. Hierfür sind chemische Aktivatoren, Haftvermittler, plasma-basierte Aktivierung (ND-Plasma, AD-Plasma, Laser), VUV-Strahlung, Beflammung möglich.

Zudem ist es für plasmapolymere Beschichtungen angeraten, für den Übergang zur eigentlichen Funktionsschicht einen Haftvermittler zu verwenden. Dabei wird der Fachmann darauf achten, dass der Haftvermittler, insbesondere bei siliziumorganischen Schichten, als Gradient ausgeführt ist und dass der Gradient möglichst nicht mehr als 25%, bevorzug 15%, weiter bevorzugt 10% der Gesamtschichtdicke ausmacht.

Bevorzugt wird mindestens die Kontaktzone beschichtet. Diese bestimmt sich bevorzugt aus der gewünschten Linienspannung: geringe Linienspannung, daraus folgt geringe Kontaktbreite bzw. große Linienspannung daraus folgt große Kontaktbreite.

Bevorzugte (mittlere) Kontaktbreiten liegen zwischen 25 und 200 pm, weiter bevorzugt zwi- sehen 60 und 150 pm.

Weiter bzw. alternativ bevorzugt ist, dass in der Kontaktzone gute Benetzungseigenschaften eingestellt werden und außerhalb der Kontaktzone schlechte Benetzungseigenschaften. Dies kann erreicht werden, indem entweder nur der Bereich der Kontaktbreite hydrophil beschichtet wird (über Einsatz von Masken) (wenn das Elastomer bereits hydrophobe, besser oleophobe Eigenschaften aufweist) oder zusätzlich der Bereich der Flanken hydrophob / oleophob ausgestattet wird. Weiter bevorzugt wird nur der Bereich der luftseitigen Flanken hydrophob / oleophob ausgestattet. Damit wird bewirkt, dass eine bessere Ölschmierung ermöglicht wird und eine Ölrückförderung (keine Ölbenetzung der luftseitigen Flanke) erreicht wird. Besonders bevorzugt ist die Einstellung der Rundung n der Dichtlippe und Mikrostruktur in einem Schritt. Hierfür werden die Dichtringe, deren Flankengeometrie durch die Formgebung während der Vulkanisation definiert werden, im Bereich der Dichtlippe mit geeigneter Rundung und Mikrostruktur geformt. Alternativ bevorzugt ist die Einstellung der Rundung n der Dichtlippe, indem der erfindungsgemäße Dichtring mit nach dem Stand der Technik gestochenen über eine Welle mit abrasiven Strukturen, z.B. Schleifpapier, gestreift und gedreht wird. Dabei besitzt die Welle bereits die Abmaße der Welle im späteren Einsatzfall. Hierdurch werden die Press- bzw. Spritzgrate des Elastomeren im Bereich der Dichtlippe abgetragen und es stellt sich eine Geometrie ein, die keine Spitzen im Kraftverlauf über die Kontaktbreite aufweist.

Weiterhin alternativ bevorzugt ist die Einstellung der Rundung n der Dichtlippe, indem der erfindungsgemäße Dichtring mit nach dem Stand der Technik gestochenen über eine Welle ohne abrasive Strukturen gestreift und gedreht wird. Dabei besitzt die Welle bereits die Abmaße der Welle im späteren Einsatzfall. Durch das Einlaufen des Dichtringes wird die gestochene Kante des Elastomers im Bereich der Dichtlippe abgerundet.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring, wobei das elastomere Material eine Shore- Härte-A von 30-90 besitzt. Weiter bevorzugte Shore-Härten werden weiter unten beschrieben.

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

A) Strukturgröße abhängig von der nominellen Auflagefläche/Bedeckung, Aspektverhältnis (Tiefe resp. Höhe zu Breite) sowie der Shore-Härte

B) Auflagefläche RWDR-Kante, Dichtkante darf nicht gestochen werden (nca. 20 pm) und sollte n=200 gm nicht überschreiten; Strukturbreite darf 50 pm nicht überschreiten; je schärfer die Dichtkante, desto kleiner die Strukturbreite

C) Aspektverhältnis: Die Breite der Strukturen richtet sich nach deren Tiefe. Bei 1-10 pm Tiefe oder Höhe sollte die Breite 1 :10 (Beispiel Dreiecke) oder 1 :5 („Ovale“/Rechtecke mit aufgesetzten Halbkreisen an den kurzen Seiten) oder 1 :3,75 (Beispiel Noppen/Näpfchen) nicht überschreiten. Die Breite bei 5-50 pm Tiefe oder Höhe sollte 1 :3 (Doppellippen) nicht überschreiten.

D) Shore-Härte: 60-90 Shore-A: Strukturtiefe oder Strukturhöhe 1 bis 50 pm, besonders bevorzugt 1 bis 35 pm

Shore-Härte: 20-60 Shore-A: Strukturtiefe oder Strukturhöhe 1 bis 50 pm, besonders 5 bis 50 pm

Bevorzugte Ausgestaltungen der Mikrostrukturen:

• Bedeckungsgrad > 20 %, bevorzugt > 50 % der Kontaktzone

• Vertiefungen (Täler) bevorzugt 2 - 60 %, bevorzugt 5 - 40%, weiter bevorzugt 10 - 35%, weiter bevorzugt 20 - 30%

• Strukturen (Tiefe:Breite): o Dreiecke, bevorzugt gleichschenklige Dreiecke, mit einer Tiefe von 0,5 bis 50 pm, bevorzugt 10 bis 0,5 pm Tiefe, bevorzugt 2 bis 1 pm Tiefe, bevorzugt 1 ,7 bis 1 ,3 pm Tiefe an der tiefsten Stelle; sowie einer Breite von 175 bis 5 pm, bevorzugt 50 bis 5 pm, bevorzugt 20 bis 5 pm, bevorzugt 18 bis 13 pm, bevorzugt 16 bis 14 pm und einer Länge von 40 bis 10 pm, bevorzugt 35 bis 25 pm, bevorzugt 32 bis 28 pm; wobei die Tiefe von der langen Seite sowie den breiten Enden her zunimmt, die lange Seite flacher ausläuft, die lange Seite in Umfangsrichtung der Welle ausgerichtet ist; o „Ovale“ (Rechtecke mit aufgesetzten Halbkreisen an den kurzen Seiten) mit einer Tiefe von 15 bis 2 pm, bevorzugt 13 bis 5 pm, bevorzugt 10 bis 6 pm; bei einer Breite von 50 bis 20 pm, bevorzugt 45 bis 35 pm, bevorzugt 42 bis 38 pm und einer Länge von 100 bis 50 pm, bevorzugt 90 bis 70, bevorzugt 82 bis 78 pm wobei die lange Seite um 30° gegen die Umfangsrichtung der Welle gedreht ausgerichtet ist; o Näpfchen mit einer Tiefe von 20 bis 1 pm, bevorzugt 15 bis 2 pm, bevorzugt 10 bis 6 pm bei einer Breite von 50 bis 2 pm, bevorzugt 35 bis 5 pm, bevorzugt 35 bis 15 pm, bevorzugt 32 bis 18 pm; o Doppellippen (periodisch jeweils paarweise parallele Rillen in Umfangsrichtung) mit einer Tiefe von 20 bis 5 pm, bevorzugt 15 bis 5 gm, bevorzugt 12 bis 8 pm bei einer Breite von 50 bis 10 pm, bevorzugt 40 bis 20 pm, bevorzugt 32 bis 28 pm, derart, dass auf Öl- sowie Luftseite ein Doppelring im Kontakt anliegt; o Periodische „Sinusförmige“ Lippen (vereinfachte Doppellippen) resp. Rillen in Umfangsrichtung wobei die Wellenform der Vertiefungen sich auf die im Querschnitt Gaußförmige Spur verursacht durch den Laser bezieht; mit einer Tiefe von 20 bis 1 pm, bevorzugt 15 bis 5 pm, bevorzugt 12 bis 8 pm, mit einer Breite von 50 bis 10 pm, bevorzugt 50 bis 20 pm, bevorzugt 45 bis 30 pm, bevorzugt 42 bis 38 pm.

Weiterhin alternativ bevorzugt sind die Näpfchenstrukturen wie in WO 2011/110360 A1 beschrieben. Hier ist besonders bevorzugt unter Verwendung der beschriebenen Strukturen einen Traganteil deröberfläche < 70 % zu verwenden. Besonders bevorzugt einen Tragan- teil von 50 bis 70 %. Durch die oben beschriebenen Beschichtungen sind derart kleine Traganteile auch für Langzeitanwendungen möglich.

Grundsätzlich können sowohl Erhebungen als auch Vertiefungen im Elastomer entweder über Oberflächenbehandlung des Elastomers nach Formgebung (z.B. durch Laser, Schleifen, Bohren, Strahlen) oder während der Formgebung durch ein geeignetes Formwerkzeug hergestellt werden. Für Erhebungen im Elastomer sind Vertiefungen in der Form zu fertigen. Die Vertiefungen im Elastomer sind entsprechend nur über Erhebungen in der Form realisierbar. Bevorzugt wird dazu ein Laser verwendet. Für Vertiefungen (im Elastomer) mit größeren Durchmessern oder Tiefen bedeutet dies eine erhebliche Dauer an Strukturierung (der Form). Alternativ lassen sich die für die Vertiefungen im Elastomer notwendigen Erhebungen auch über additive Fertigungsverfahren wie dem Lasersintern oder auch dem Auftragsschweißen hersteilen.

Bei der Entformung ins Elastomer konnten erfolgreich Strukturen >0,1 pm Tiefe bei 2 pm Breite und >0,6 pm Tiefe bei 3 pm Breite erzeugt werden. Das heißt, es sind >0,1 pm Tiefe und bevorzugt >0,5 pm Tiefe für den Übertrag ins Elastomer möglich. Bevorzugt wird eine trockene Entformung. Diese wird durch eine plasmapolymere Trennschicht nach DE 102006018491 A1 , WO2015044247 A1 oder DE 102017131085 A1 ermöglicht. Zum Schutz vor Zusetzen der Strukturen wird eine Reinigung mittels Wasserhochdruck durchgeführt. Teil der Erfindung ist auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtringes zur Abdichtung eines bewegten Bauteils. Durch diese Verwendung lassen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Dichtringes besonders ausnutzen.

Teil der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Dichtringes, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines unbeschichteten Dichtringes aus elastomerem Material, bevorzugt wie weiter oben definiert b) Ausformen einer doppelten Krümmung im Bereich der Kontaktzone wie oben definiert. c) Beschichten mit einer plasmapolymeren Beschichtung wie oben definiert.

In diesem Verfahren lassen sich die erfindungsgemäßen Dichtringe hersteilen, wobei zu der Ausgestaltung Verfahren der Fachmann oben im Text bereits eine Vielzahl von Hinweisen erhalten hat.

Dabei ist bevorzugt, dass Schritt b.) bereits beim Herstellen des eigentlichen Dichtringes (Urformen) erfolgt.

Messbeispiele

Messbeispiel 1 : Bestimmung der mittleren Kontaktbreite <b>

Die (dynamische) Dichtung wird auf die dafür vorgesehene Welle geschoben. Die Welle wird anschießend mit > 20 pm eines Lacks, bevorzugt einem lösungsmittelhaltigen Sprüh- lack beschichtet, so dass die Dichtung beidseitig mit Lack besprüht ist. Nach Aushärtung werden 10 Schliffe parallel zur Drehachse der Welle und senkrecht zur Tangente angefertigt.

Diese werden lichtmikroskopisch charakterisiert. Die Kontaktbreite b _x eines Schliffs wird ermittelt, indem die am weitesten links und rechts vom Kontakt liegende Stelle ermittelt wird, an dem die Lackschicht = 5 pm beträgt. Die Distanz zwischen linker und rechter Stelle bildet die Kontaktbreite. Die mittlere Kontaktbreite <b> ist das arithmetische Mittel der 10 gemessenen Kontaktbreiten bi bis bio.

Messbeispiel 2: Bestimmung der Rauheitswerte R _a , Rz und Sd _q : Aus einer Dichtung wird eine Probe wie folgt herauspräpariert:

Ein Schnitt wird parallel zur Rotationssymmetrieachse der Dichtung und senkrecht angefertigt, so dass das geschnittene Elastomer eine minimale Dicke von ~ 500 pm aufweist. Symmetrisch zur Stelle minimaler Dicke wird eine Probe mit einer Länge von 5 mm herausgeschnitten. Die Topographie wird mit einem Raste rkraftmikros ko p (AFM: EasyScan2, Fa. NanoSurf) in einem Scanfeld von 90x90 pm ermittelt. Die Probe wurde mit der luftseitigen Flanke nach oben unter der Messnadel positioniert. Der Scan erfolgt auf dieser horizontal anzuordnenden Flanke zeilenweise. Zur einfacheren Nachführung während der Messung wird jeweils eine Linie entlang der Umfangsrichtung der Dichtung (hier der längeren Dimension 5 mm) gemessen. Nach Welligkeitskorrektur (Cut off 8 gm) wurden die Rauheitskennwerte R _a und R _z in Anlehnung an DIN 4287 ermittelt, indem jeweils 5 Linien in Abszissenrichtung und Ordinaten- richtung des Messfeldes gelegt und ausgewertet werden. Zum Einsatz kam dabei die Auswertesoftware Digital Surf/Mountain Software Version 6.2.7487. Der mittlere quadratische Gradient der Oberfläche Sdq des oben benannten Messfeldes des AFM wird in Anlehnung an ISO 25178 ermittelt. Zum Einsatz kam dabei die Auswertesoftware Digital Surf/Mountain Software Version 6.2.6409.

Messbeispiel 3: Prüfstand RWDR Einlauf sowie Bauteiltests Für Einlauf sowie spätere Reibmomentmessungen wird ein Universal Material Tester (UMT3, Fa. Bruker, vormals Fa. CETR) verwendet. Als Komponenten werden ein rotierender Antrieb (S33HE), ein Kraftsensor (DFH-20) sowie ein Drehmomentsensor (TH-25) montiert. Für die Bauteiltests (Einlauf sowie spätere Reibmomentenmessungen) wird ein selbst konstruierter Aufbau in dem UMT3 mit den benannten Komponenten eingesetzt. Hierbei wird ein Wellenstummel (035 mm) mit Konus an der Unterseite zur Zentrierung in einen rotierenden Antrieb (S33HE) eingebaut. Das obere Ende des Wellenstummels ist abgerundet (Radius 2 mm). Über diesen Wellenstummel werden für stets unbenutzte Oberflächen Reparaturhülsen (SpeediSleeves 99139, Fa. SKF) aufgesteckt. Zur Zentrierung des Prüfstandes werden jeweils zentrisch auf den Wellenstummel sowie dem Dreh- momentsensor eine spitze Nadel montiert. Bei Rotation mit 100 U/min kann der Aufbau ausreichend zentriert werden. Dabei ist der Versatz der aufeinander zugerichteten Nadeln zu minimieren.

Der Prüfling in Form eines Radialwellendichtrings (RWDR) in passender Größe zur Welle sitzt in einer Vertiefung einer rotationssymmetrischen Halterung. Ein Gehäusedeckel mit Aussparung für die Welle fixiert den Prüfling im Bauraum. In der Mitte der Halterung befindet sich ein Kugellager mit zentrischem Stift. Dieser Stift wird als Lager zentrisch von oben in den Wellenstummel eingeführt. Um die Montage und Demontage des Halters samt Prüfling mit möglichst geringen Steckkräften durchzuführen, wird der Wellenstummel mit 60 U/min gedreht. Die Steckkräfte werden mithilfe des Dehnungsmessstreifensensors DFH-20 beobachtet. Für den Einlauf erfolgt das Aufstecken des RWDR trocken bei normalen Umgebungsbedingungen. In der Regel treten dabei Steckkräfte kleiner 10 N auf. Zum Einlaufen der Dichtkante rotiert die Welle mit 200 U/min trocken. Die Dauer richtet sich nach dem gewünschten Dichtkantenradius. Für den Bauteiltest zur Verschleißbeständigkeit erfolgt das Aufstecken analog zum Einlaufvorgang. Der Bauteiltest erfolgt für 100 s bei 1000 U/min.

Messbeispiel 4: Beschreibung Shore-A-Prüfung mit Handgerät

Die Messung der Shore-A-Härte erfolgt mit einem Handgerät (HP-Shore A) der Fa. Bareiss in Anlehnung an DIN ISO 7619. Die Messnadel wird auf einem herausgeschnittenen Stück der Dichtlippe angesetzt und bis zur Grundplatte eingedrückt. Eine Messung auf einem gummierten Teilbereich des Versteifungsrings kann aufgrund zu geringer Elastomerdicke zu einer Fehleinschätzung führen. Messbeispiel 5: Minimaler Dichtkantenradius n:

Aus einer Dichtung wird eine Probe wie folgt herauspräpariert:

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

Diese Probe wird in der Mitte geteilt, so dass der Schnitt parallel zur Flächennormalen des ersten Schnitts und parallel zur Rotationssymmetrieachse der Dichtung verläuft, so dass die Schnittfläche des zweiten Schnitts das Profil der Dichtlippe ergibt.

Das Dichtlippenprofil wird mittels Lichtmikroskopie ermittelt. Es werden auf dem Dichtlip- penprofil zwei Punkte (X) 500 pm und 1 ,0 mm links vom engsten Querschnitt des Dichtringes markiert und diese mit einer Geraden verbunden. Es werden auf dem Dichtlippenprofil zwei Punkte (X) 500 pm und 1 ,0 mm rechts vom engsten Querschnitt des Dichtringes markiert und diese mit einer Geraden verbunden.

Veranschaulicht wird das in der Figur 3. Dabei bedeuten die Bezugszeichen 1 : Punkt auf Dichtlippenprofil 2: Dichtlippenprofil

3: Fläche A

Es wird der Winkel g (in Grad), den diese beiden Gerade aufspannt, ermittelt.

Weiterhin wird der Flächeninhalt A der Fläche, die von dem beiden Geraden und dem Dichtlippenprofil begrenzt wird, ermittelt. Der Radius n ergibt sich wie folgt:

Auf diese Weise kann auch bei Vorhandensein verschiedener Krümmungen im Bereich der Kontaktzone/des Dichtlippenprofils der Radius n laut Definition ermittelt werden. Messbeispiel 6: Härte und Elastizitätsmodul der Beschichtung

Die Nanoindentierung ist eine Prüftechnik, mit der über eine feine Diamantspitze (dreiseitige Pyramide [Berkovich], Radius wenige 100 nm) die Härte von Oberflächenbeschichtungen ermittelt werden kann. Es wird hierbei entgegen der makroskopischen Härtebestimmung (wie z.B. Vickershärte) nicht die durch eine Normalkraft eingeprägte verbliebene In- dentierungsmulde vermessen, sondern eine Eindringtiefen abhängige Querschnittsfläche des Nanoindentors angenommen. Diese tiefenabhängige Querschnittsfläche wird über eine Referenzprobe mit bekannter Härte ermittelt (i.d.R. hochreines Quarzglas). Für die Messung der Härte und Elastizitätsmodul der Beschichtung wird ein Universal Material Tester (UMT1) der Fa. Bruker mit einem NanoHead (NH-2) verwendet.

Die Nanoindentierung verwendet während der Aufbringung der Normalkraft eine empfindliche Auslenkungssensorik (kapazitive Platten), mit der die Eindringtiefe bei steigender und wieder sinkender Normalkraft präzise gemessen werden kann - ganz anders als bei der klassischen Vorgehensweise -. Die Normalkraft-Eindringtiefe-Kurve gibt während der Anfangsphase der Entlastung insitu die Steifigkeit der Probe an. Mithilfe der von der Referenzprobe bekannten Querschnittsfläche des Nanoindentors kann so das Elastizitätsmodul und die Härte der Probe bestimmt werden. Die maximale Prüfkraft für die Nanoindentierung liegt in der Regel unterhalb von 15 mN.

Zur Messung der reinen Eigenschaften der Beschichtung ohne Beeinflussung durch das Substrat wird eine Faustregel von 10 % der Schichtdicke verwendet. Tiefer gehendere Eindringkurven beinhalten einen Einfluss durch das verwendete Substrat. Bei steigenden Eindringtiefen von über 10 % der Schichtdicke nähern sich die gemessenen Werte für Elasti- zitätsmodul und Härte sukzessive an die des Substrats an. Die beschriebene Auswertung nach diesem Messverfahren wird nach Oliver & Pharrl benannt. Um sicher die Wirkung des sehr nachgiebigen Elastomersubstrates zu vermeiden, wurden beschichtete Si-Wafer nanoindentiert.

Zur einfacheren Variation der Eindringtiefen bei verschiedenen Lasten wird das soge- nannte multiple Be- und Entlastungsverfahren, kurz Multiindentierungsverfahren, verwendet. Hierbei werden auf einer festen Stelle segmentweise Be- und Entlastungen vorgenommen. Die lokalen Belastungsmaxima werden dabei kontinuierlich gesteigert. Auf der festen Stelle können so tiefenabhängige Werte des Elastizitätsmoduls und der Härte ermittelt werden. Zusätzlich werden aus statistischen Zwecken auf einem Messfeld verschiedene un- beeinflusste Stellen der Probe ebenfalls angefahren und getestet. Durch Vergleich zwischen Einzelindentierung und Multiindentierungsverfahren haben Schiffmann & Küster2 nachgewiesen, dass es nur sehr kleine Abweichungen zwischen den ermittelten Werten

¹ Oliver, W. C. et al.: An improved technique for determining hardness and elastic modu- lus using load and displacement sensing indentation experiments. In: Journal of Materials Research, 7 (6), 1992, S. 1564-1583

2 K. I. Schiffmann, R. L.A. Küster; Comparison of Hardness and Young’s Modulus by Single Indentation and Multiple Unloading Indentation. In: Zeitschrift für Metallkunde 95 (2004) 5, 311-316 der beiden Verfahren gibt. Zur Kompensation werden längere Haltezeiten zur Verhinderung von Kriecheffekten der Piezoscanner vorgeschlagen2.

Bei der plasmapolymeren Beschichtung in Anwendungsbeispiel 2 und 3 wurde mit 10 Mul- tilndents pro Stelle mit maximal 0,055 mN gemessen. Die Multiindents haben lokale Kraft- maxima, die dann auf 20 % der Kraft reduziert wurden. Diese Entlastungskurven wurden in der Form einer Tangente von 98 bis 40 % ausgewertet.

Es wurden 10 Messpunkte für die Statistik und Homogenität getestet. Die Entfernung der Messpunkte betrug 50pm, um Einflüsse wie beispielsweise plastische Deformationen der zu prüfenden Schicht durch vorherigen Messungen zu vermeiden. Die Schichtdicke betrug ca. 1 ,5 pm. Für die Einhalterung der Faustformel für die Eindringtiefe von max. 10 % der Schichtdicke sind die Entlastungskurven bei den Multiindents des gezeigten Beispiels bis zur maximalen Kraft von 0,055 mN zulässig für die Auswertung. Bei geringeren Schichtdicken ist auf die zugehörige max. lokale Kraft zu achten, um die 10 % - Regel nicht zu überschreiten. Die maximale Kraft für die Eindringtiefe und die korrespondierende Entlastungskurve ist also bevorzugt <1 mN, weiter bevorzugt <0,055 mN; abhängig von einer Schichtdicke von <1 pm ist sie <0,020 mN weiter bevorzugt.

Messbeispiel 7: Oberflächenenergie Die freie Oberflächenenergie für Festkörper wird indirekt über Kontaktwinkel gemessen. Für die Berechnung der freien Oberflächenenergie aus dem Kontaktwinkel existieren verschiedene Methoden. Es wird nach der Methode von Owens-Wendt-Kaelble-Rabel ausgewertet ³ ’ ⁴ ’ ⁵

³ D. K. Owens, R. C. Wendt: Estimation of the Surface Free Energy of Polymers. In: Jour nal of Applied Polymer Science. Band 13, 1969, S. 1743.

⁴ D. H. Kaelble, Dispersion-Polar Surface Tension Properties of Organic Solids. In: J. Ad- hesion 2 (1970), P. 66-81.

⁵ W. Rabel, Einige Aspekte der Benetzungstheorie und ihre Anwendung auf die Untersuchung und Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Polymeren. In: Farbe und Lack 77,10 (1971), P. 997-1005 Die fortschreitenden Kontaktwinkel wurden mit einem Krüss G2 (Krüss GmbH, Hamburg, Deutschland) gemessen. Es dienten dazu 3 Flüssigkeiten (Wasser, Diiodmethan, Ethylenglykol,), um den polaren und dispersiven Teil der zu freie Oberflächenenergie zu bestimmen. Zur Messung ist eine ebene Probenoberfläche notwendig. Hier wurde der gummierte Bereich des Versteifungsrings am RWDR genutzt, um die Tropfen abzusetzen und die gebildeten Kontaktwinkel in seitlicher Ansichtzu messen. Die Beschichtung wurde hier auf dem gummierten Bereich des Versteifungsringes aufgebracht, um die Kontaktwinkel messen zu können. Für die tribologische Anwendung im Sinne der Erfindung ist die Beschichtung dort nicht erforderlich. Ansonsten muss Plattenmaterial des Elastomers beschichtet und geprüft werden.

Messbeispiel 8: Kontaktwinkel zu N-Dekan

Um eine gute Benetzbarkeit gegenüber Öl festzustellen, dient hier n-Dekan als Modellöl. Die Spreitung eines solchen Öltropfens <10° soll dies bereits anzeigen. Die Applikation erfolgt wie in Messbeispiel 7 beschrieben, indem als Prüfflüssigkeit n-Dekan verwendet wird.

Messbeispiel 9: Reibungsmessung im Kugel-Ebene-Kontakt Für die Bestimmung der Reibung einer Beschichtung resp. Gleitlacks auf Elastomermaterial wird zur tribologische Untersuchung eine beschichtete resp. belackte Elastomerplatte aufgeklebt und auf einem Führungsschlitten montiert. Eine 100Cr6-Kugel (010 mm) wird als Gegenkörper verwendet. Diese Kugel wird in einem Halter so fixiert, dass sie im Kontakt über die Probe geführt werden kann ohne zu rollen. Der Führungsschlitten bewegt sich oszillierend mit 200 mm/s und einem Hub von 11 mm. Zur Versuchsdurchführung wurde ein Universal Material Tester (UMT3, Fa. Bruker) verwendet. Übereinen Kraftsensor (DFH- 20) kann die Normalkraft eingestellt und die laterale Kraft als Reibkraft gemessen werden. Die aufgebrachte Normalkraft beträgt 15 N. Der Reibwert wird kalkuliert als Quotient von Reibkraft durch Normalkraft. Es erfolgt keine externe Schmiermittelzugabe; sprich trocken. Es liegen normale Umgebungsbedingungen vor. Die gewählte Normalkraft 15 N entspricht bei sich kontaktierenden Materialien und Geometrien (Stahlkugel mit 195 GPa Elastizitätsmodul gegen Elastomerplatte mit 75 Shore-A Härte, umgerechnet ⁶ 9,4 MPa Elastizitätsmodul) einer initialen Hertz'sche Flächenpressung von ca. 2,6 MPa. Dies ist für eine Anwendung wie bei einem Radialwellendichtring eine übliche Größe. Die oszillierende Bewegung stellt eine außerordentlich hohe Belastung für die Probe dar. Mit der Walkarbeit im Festkörper und einer ständigen Belastung an den Umkehrpunkten verschleißen Proben bei dieser Prüfanordnung sehr schnell.

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

1 Gegenhalter 3 100Cr6 Kugel, 010mm

5 Elastormerplatte

7 Stahl

⁶ J. Kunz, M. Studer, Druck-Elastizitätsmodul über Shore-A-Härte ermitteln, Kunststoffe (2006), 6, 92-94 Beispiele

Ausführungsbeispiel 1 : (nicht erfindungsgemäß)

Ein Radialwellendichtring (RWDR) für eine Welle von 35 mm Durchmesser mit gestochener Dichtlippe (Shore-A Härte 72, Material Elastomer NBR, Standardbauform A nach DIN 3760, (BAU3X2 35, 0X 5, NBR902 Fa. Freudenberg Sealing Technologies)) wurde analog zu Beispiel 3 aus WO09153306 A1 beschichtet:

1 Vorreinigung

Die RWDR wurden mittels wässriger Reinigung im Ultraschallbad bei 60 °C vorgereinigt.

2. Aktivierung Die Aktivierung der RWDR-Oberfläche wurde mittels Wasserstoff / Sauerstoff-Plasma durchgeführt.

3. Beschichtung

Es ergab sich eine haftfeste plasmapolymere Beschichtung mit eine Schichtdicke von ca. 1 ,5 pm an der Dichtkante. Das Elastizitätsmodul betrug 50,10±4, 13 GPa. Dieses wurde auf einem Si-Wafer gemessen, der bei der Beschichtung in einem Stapel mit separaten RWDRs (nach beiden Seiten hin offen) auf dessen Dichtkanten ruhte. Die Oberflächenenergie war 43,95±0,5 mN/m auf einem Glasobjektträger außerhalb des Stapels 20cm entfernt von den RWDRs. Der Radius wurde nach Messbespiel 5 ermittelt und betrug 10 pm. Die Rauigkeitswerte auf der Dichtkante ergaben sich zu R _a 0,55±0,16 pm, R _z 2,74±0,87 pm sowie Sdq 2,77±0,20.

Dieser RWDR wurde auf dem Prüfstand (wie in Messbeispiel 3) auf Langzeitbeständigkeit getestet. Dazu wurde wie beschrieben der RWDR auf die bezeichnete Reparaturhülse auf einer Welle mit Durchmesser 35 mm gesteckt und ohne Verwendung eines Öls 100 s bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1000 U/min getestet. Nach 100 s betrug das ge- messene Drehmoment 0,63±0,01 Nm. Nach Entnahme und Reinigung des RWDR nach dem Belastungstest wurde die Dichtlippe analysiert und mittels Elektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenfluoreszenz analysiert. Über einen Bereich von ca. 100 pm wurde die Beschichtung abradiert. Ausführungsbeispiel 2: (erfindungsgemäß)

Es wurde ein RWDR für eine Welle von 35 mm Durchmesser mit gestochener Dichtlippe (Shore-A Härte 72, Material Elastomer NBR, Standardbauform A nach DIN 3760 (BAU3X2 35, 0X 5, NBR902 Fa. Freudenberg Sealing Technologies)) verwendet.

Dieser RWDR wurde auf dem Prüfstand (wie in Messbeispiel 3) trocken eingelaufen. Dazu wurde wie beschrieben der RWDR auf die bezeichnete Reparaturhülse auf einer Welle mit Durchmesser 35 mm gesteckt und ohne Verwendung eines Öls bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit gedreht. Der Radius ergab sich reproduzierbar bei einer Einlaufzeit von 1 Stunde bei 200 U/min. Der Radius wurde nach Messbespiel 5 ermittelt und betrug 141 +-12 pm. Dieser so erhaltene Radialwellendichtring wurde analog Ausführungsbeispiel 1 beschichtet und getestet. Elastizitätsmodul und Oberflächenenergie gelten entsprechend. Die Rauigkeitswerte auf der Dichtkante ergaben sich zu R _a 0,44±0,20 pm, R _z 1 ,98±0,69 pm sowie Sdq 2,10±0, 17.

Nach der in Ausführungsbeispiel 1 ermittelten Testdauer und Reinigung des RWDR wurde die Dichtlippe wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 analysiert und mittels Elektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenfluoreszenz analysiert. Im gesamten Bereich konnte die Beschichtung nachgewiesen werden. Lediglich Risse, die zu schollenartiger Beschichtung führten, konnten beobachtet werden.

Die Verschleißbeständigkeit stieg mit steigendem Dichtkantenradius. Durch eine Schutz- beschichtung wurde dies zudem verbessert. Das gemessene Drehmoment nach 100 s betrug 0,35±0,01 Nm. Ausführungsbeispiel 3: (erfindungsgemäß)

Ein RWDR aus Beispiel 1 mit gestochener Dichtlippe (Shore-A Härte 72, Material Elastomer NBR, Standardbauform A nach DIN 3760 (BAU3X2 35, 0X 5, NBR902 Fa. Freudenberg Sealing Technologies)) wurde vor der Beschichtung wie folgt vorbehandelt: Zuerst erfolgte ein Trockeneinlauf nach Messbeispiel 3 analog Ausführungsbeispiel 2. Der Radius wurde nach Messbespiel 5 ermittelt und beträgt 141 +- 12 pm. Im Bereich der Kontaktzone und angrenzender Flanken wurde eine Laserbehandlung mit folgenden Parametern durchgeführt:

Laserparameter EPDM2: Ytterbium Femtosecond Fiber Laser; Wellenlänge = 1030 nm; Pulsdauer = 500 fs; Fokusdurchmesser (1/e ² ) = 25 pm; Mittlere Leistung = 10 W; Pulsfolgefrequenz = 500 kHz; Fluenz = 0,95 J/cm ² .

Verwendeter Laser: YLPF-10-500-10-R (Firma IPG) mit 2D-Scanner (ARGES Compact Scan Head “Fiber Rhino 16”) und f-Theta-Objektiv mit einer Brennweite von f = 163 mm. Die Probenrasterung erfolgte im Point-Modus. Man erhält Näpfchen mit einem Durchmesser von 100 pm und einer Tiefe von 50 pm und einem rotationssymmetrischen, gaussförmigen Tiefenprofil.

Der Traganteil betrug 45 ± 2 %

Dieser so erhaltene Radialwellendichtring wurde analog Ausführungsbeispiel 1 beschichtet und getestet. Elastizitätsmodul und Oberflächenenergie gelten entsprechend. Die Rauig- keitswerte auf der Dichtkante ergaben sich ohne Mikrostrukturierung zu R _a 0,44±0,20 pm, R _z 1 ,98±0,69 pm sowie Sdq 2,10±0,17.

Die Dichtlippe wurde analog zu Ausführungsbeispiel 1 analysiert und mittels Elektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenfluoreszenz analysiert. Im gesamten Bereich konnte die Beschichtung nachgewiesen werden. Lediglich Risse, die zu schollenartiger Beschichtung führten, konnten beobachtet werden.

Das Drehmoment nach 100 s Testdauer betrug 0,3±0,01 Nm.