DE102021005243A1

DE102021005243A1 - Process for the manufacture of sealing rings

Info

Publication number: DE102021005243A1
Application number: DE102021005243.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Epple; Matthias Podeswa; Simon Schuller
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-04-20

Abstract

Um das Verfahren zur Herstellung von Dichtringen, die aus kohlenstoffhaltigem Material bestehen und eine Dichtfläche aufweisen, in die Strukturen mit einer Bearbeitungstiefe eingebracht werden, konstruktiv einfach so durchführen zu können, dass im Einsatz des Dichtringes an der Dichtfläche keine oder nur unbedeutende Mengen an Ablagerungen haften bleiben, werden zumindest Teile der Dichtfläche während der Laserbearbeitung mit einem Gas derart beaufschlagt, dass die Schichtdicke der chemisch und/oder thermisch umgewandelten Bearbeitungszone der Laserbearbeitung kleiner ist als die Bearbeitungstiefe der Struktur.In order to be able to carry out the process for the production of sealing rings, which consist of carbonaceous material and have a sealing surface into which structures with a processing depth are introduced, in a structurally simple manner such that when the sealing ring is in use, no or only insignificant amounts of deposits adhere to the sealing surface remain, at least parts of the sealing surface are exposed to a gas during the laser processing in such a way that the layer thickness of the chemically and/or thermally converted processing zone of the laser processing is smaller than the processing depth of the structure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dichtringen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7.The invention relates to a method for producing sealing rings according to the preamble of claim 1 or 7.

Es sind Dichtringe bekannt, die aus SiC bestehen und in Rotorinnenkühlungen von Elektromotoren von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Durch ungünstige Verhältnisse im Kühlkreislauf (wie z.B. Oxidation, Korrosion oder jegliche Verschmutzung bzw. Verunreinigung) und unter Verwendung von silikathaltigem Kühlmittel oder Silikatkartuschen/ausgleichsbehältern können sich auf der Dichtfläche Oxidverbindungen, wie z.B. Silikate (SiOx), Eisenoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, bilden, die dazu neigen, sich an Innenquerschnitten und an bestimmten Oberflächen, z. B. andere Oxidverbindungen, wie z.B. SiOx-Verbindungen anzuhaften. Dies führt zu einem Aufbau von hartem Material im Dichtspalt und zu einer Fehlfunktion der Dichtung. Die Anhaftungen führen dazu, dass der Dichtspalt nicht mehr einwandfrei geschlossen wird, so dass eine erhöhte Leckage auftritt.Sealing rings are known which consist of SiC and are used in the internal rotor cooling systems of electric motors in electric vehicles. Unfavorable conditions in the cooling circuit (e.g. oxidation, corrosion or any kind of dirt or contamination) and the use of silicate-containing coolants or silicate cartridges/expansion tanks can cause oxide compounds such as silicates (SiOx), iron oxide, aluminum oxide, magnesium oxide to form on the sealing surface. which tend to stick to internal cross-sections and certain surfaces, e.g. B. other oxide compounds such as SiOx compounds to adhere. This leads to a build-up of hard material in the sealing gap and malfunction of the seal. The buildup means that the sealing gap is no longer properly closed, so that increased leakage occurs.

Besonders nachteilig wirken sich solche Anhaftungen dann aus, wenn die Dichtfläche Strukturen aufweist. Sie werden mittels Laser in die Dichtfläche eingebracht. Während der Laserbearbeitung befindet sich der Dichtring unter Umgebungsluft. Bei einem solchen Laserverfahren bilden sich durch die lokale Erhitzung in der normalen Umgebungsluft SiOx-Verbindungen auf der Dichtfläche, insbesondere in den nutförmigen Strukturen. Sie können zu einem verstärkten Anhaften der im Kühlkreislauf entstehenden SiOx-Verbindungen führen.Such adhesions have a particularly disadvantageous effect when the sealing surface has structures. They are introduced into the sealing surface using a laser. During the laser processing, the sealing ring is under ambient air. With such a laser process, SiOx compounds are formed on the sealing surface, particularly in the groove-shaped structures, due to the local heating in the normal ambient air. They can lead to increased adhesion of the SiOx compounds formed in the cooling circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren konstruktiv einfach so durchzuführen, dass im Einsatz des Dichtringes an der Dichtfläche keine oder nur unbedeutende Mengen an Ablagerungen haften bleiben können.The object of the invention is to carry out the generic method in a structurally simple manner in such a way that no or only insignificant amounts of deposits can stick to the sealing surface when the sealing ring is in use.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 7 gelöst.In the case of the generic method, this object is achieved according to the invention with the characterizing features of claim 1 and 7, respectively.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 erfolgt die Laserbearbeitung an der Dichtfläche nicht unter Umgebungsluft, sondern durch Beaufschlagung der Bearbeitungsstelle am Dichtring mit Gas. Bei der Laserbearbeitung unter Gasatmosphäre werden die SiOx-Verbindungen signifikant reduziert (mehr als 50% gegenüber Umgebungsluft). Durch den Laser wird am Dichtring eine chemisch und/oder thermisch umgewandelte Bearbeitungszone gebildet. Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche Bearbeitung an der Dichtfläche beim Einsatz des Dichtringes keine oder nur vernachlässigbar kleine Mengen an Ablagerungen haftenbleiben. Die Dichtfunktion des Dichtringes bleibt dadurch zuverlässig aufrechterhalten, und die Lebensdauer wird um ein Vielfaches erhöht.In the method according to the invention as claimed in claim 1, the laser processing on the sealing surface does not take place in ambient air, but by applying gas to the processing point on the sealing ring. During laser processing in a gas atmosphere, the SiOx compounds are significantly reduced (more than 50% compared to ambient air). A chemically and/or thermally converted processing zone is formed on the sealing ring by the laser. It has been shown that no or only negligibly small amounts of deposits stick to the sealing surface when the sealing ring is used as a result of such processing. The sealing function of the sealing ring is thus reliably maintained and the service life is increased many times over.

Bei der Durchführung des Verfahrens werden zumindest Teile der Dichtfläche während der Laserbearbeitung mit dem Gas so beaufschlagt, dass die Schichtdicke der chemisch und/oder thermisch umgewandelten Bearbeitungszone kleiner ist als die Bearbeitungstiefe, die durch die Laserbearbeitung erreicht wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Struktur auf jeden Fall eine ausreichende Tiefe aufweist, um ihre Funktion zu erfüllen.When carrying out the method, at least parts of the sealing surface are exposed to the gas during the laser processing in such a way that the layer thickness of the chemically and/or thermally converted processing zone is smaller than the processing depth that is achieved by the laser processing. This ensures that the structure is always of sufficient depth to perform its function.

Die Schichtdicke der chemisch und/oder thermisch umgewandelten Bearbeitungszone wird neben den Laserparametern (wie etwa Leistung, Pulsdauer, etc.) insbesondere durch die Wahl und Zusammensetzung des beaufschlagten Gases bzw. Bearbeitungsatmosphäre beeinflusst.In addition to the laser parameters (such as power, pulse duration, etc.), the layer thickness of the chemically and/or thermally converted processing zone is influenced in particular by the selection and composition of the gas or processing atmosphere applied.

Als Gas bei der Laserbearbeitung des Dichtringes werden vorteilhaft Edelgase, Stickstoff, Halogene und dgl., auch Kombinationen dieser Gase, eingesetzt. Das Gas kann während der Laserbearbeitung gezielt so eingesetzt werden, dass zumindest der mit dem Laser bearbeitete Bereich der Dichtfläche mit dem Gas beaufschlagt wird.Inert gases, nitrogen, halogens and the like, as well as combinations of these gases, are advantageously used as the gas in the laser processing of the sealing ring. The gas can be used in a targeted manner during the laser processing in such a way that at least the area of the sealing surface processed with the laser is exposed to the gas.

Die Schichtdicke der durch die Laserbearbeitung entstehenden chemisch und/oder thermisch umgewandelten Bearbeitungszone ist vorteilhaft kleiner als 10 µm. Diese dünne Bearbeitungszone stellt einerseits sicher, dass beim Einsatz des Dichtringes keine oder allenfalls nur sehr geringe Mengen an Ablagerungen haften bleiben, andererseits die Struktur in ausreichendem Maße funktionsfähig bleibt.The layer thickness of the chemically and/or thermally converted processing zone resulting from the laser processing is advantageously less than 10 μm. On the one hand, this thin processing zone ensures that no or at most only very small amounts of deposits stick when the sealing ring is used, and on the other hand that the structure remains sufficiently functional.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung ist die Schichtdicke der chemisch und/oder thermisch umgewandelten Bearbeitungszone kleiner als 5 µm.In an advantageous embodiment, the layer thickness of the chemically and/or thermally converted processing zone is less than 5 μm.

Durch die Behandlung mit Laser unter Gas entsteht an der Dichtfläche zumindest im Bereich der Bearbeitungszone ein Reaktionsprodukt aus dem Material des Dichtringes und des Gases. Dieses Reaktionsprodukt führt dazu, dass beispielweise im Kühlkreislauf entstandene Ablagerungen nicht oder nur in geringem Ausmaße an der Dichtfläche hängenbleiben.The treatment with a laser under gas produces a reaction product of the material of the sealing ring and the gas on the sealing surface, at least in the area of the processing zone. This reaction product means that deposits that have formed in the cooling circuit, for example, do not stick to the sealing surface or only do so to a small extent.

Der Dichtring besteht vorteilhaft aus einer technischen Keramik, wie SiC oder Aluminiumoxid, kann aber auch vollständig aus Kohlenstoff bestehen. Weiterhin sind Dichtringe aus metallischem Werkstoff bekannt. Hier finden insbesondere Edelstähle Verwendung. Es kommen zudem Kunststoffe als Werkstoffe in Frage. Durch die Beaufschlagung des Dichtringes mit dem Gas bei der Laserbearbeitung ergibt sich eine Oberfläche, die antihaftende Eigenschaften für die in einem Kühlkreislauf entstehenden Ablagerungen, beispielsweise Silikate, aufweist. Daher ist durch den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dichtring sichergestellt, dass die Dichtwirkung auch nach langer Einsatzdauer gewährleistet ist.The sealing ring advantageously consists of a technical ceramic such as SiC or aluminum oxide, but it can also consist entirely of carbon. Furthermore, sealing rings made of metallic material are known. Stainless steels in particular are used here. Plastics are also possible as materials. Through the impingement of the sealing ring with the gas during laser processing results in a surface that has non-stick properties for the deposits that form in a cooling circuit, such as silicates. It is therefore ensured by the sealing ring produced with the method according to the invention that the sealing effect is guaranteed even after a long period of use.

Der Dichtring wird insbesondere in Gleitringdichtungen eingesetzt, bei denen zwei Dichtringe in Form eines Gleitringes und eines Gegenringes unter Bildung eines Dichtspaltes mit ihren Dichtflächen aneinanderliegen. Die beiden Dichtringe der Gleitringdichtung können in der erfindungsgemäßen Weise hergestellt bzw. bearbeitet werden.The sealing ring is used in particular in mechanical seals in which two sealing rings in the form of a sliding ring and a mating ring lie against one another with their sealing surfaces to form a sealing gap. The two sealing rings of the mechanical seal can be manufactured or processed in the manner according to the invention.

Wenn in die eine Dichtfläche der beiden Dichtringe eine Struktur eingebracht wird, dann dient diese Struktur in der Regel dazu, in den Dichtspalt eingetretenes abzudichtendes Medium wieder zurück in den Mediumsbereich zu führen. Im Dichtspalt kann beim Einsatz des Dichtringes ein Mediumpolster aufgebaut werden, das dafür sorgt, dass die Reibung zwischen den Dichtflächen der beiden Dichtringe verringert wird. Die Strukturen sorgen dann dafür, dass das in den Dichtspalt gelangende Medium nicht nach außen gelangt, sondern über die Strukturen wieder zurückgeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird in diesen Fällen erreicht, dass an dieser bearbeiteten Dichtfläche keine Anhaftungen hängenbleiben, was zur Folge hätte, dass der Dichtspalt ständig geöffnet bleibt, so dass das abzudichtende Medium in Form von Leckage nach außen treten kann.If a structure is introduced into one sealing surface of the two sealing rings, then this structure usually serves to guide medium to be sealed that has entered the sealing gap back into the medium area. When using the sealing ring, a medium cushion can be built up in the sealing gap, which ensures that the friction between the sealing surfaces of the two sealing rings is reduced. The structures then ensure that the medium entering the sealing gap does not escape to the outside, but is fed back via the structures. In these cases, the procedure according to the invention ensures that no adhesions get caught on this processed sealing surface, which would result in the sealing gap remaining open all the time, so that the medium to be sealed can escape to the outside in the form of leakage.

Bei einer Verfahrensweise nach Anspruch 7 wird die Dichtfläche nachträglich wenigstens teilweise mit einer Beschichtung versehen, die zumindest teilweise antihaftende Eigenschaften aufweist. Die Beschichtung sorgt ebenfalls dafür, dass im Kühlkreislauf, in dem der Dichtring eingesetzt wird, sich bildende Ablagerungen nicht in der Dichtfläche festsetzen können.In a procedure according to claim 7, the sealing surface is subsequently at least partially provided with a coating which at least partially has non-stick properties. The coating also ensures that deposits that form in the cooling circuit in which the sealing ring is used cannot settle on the sealing surface.

Darüber hinaus kann der Dichtring im Vorfeld mit einer inerten Beschichtung versehen werden. Die Schichtdicke ist größer als die Bearbeitungstiefe mit dem Laser. Durch die inerte Beschichtung kommt es nicht oder nur in geringem Maße zu einer chemischen und/oder thermischen Umwandlung bei einer Laserbearbeitung, insbesondere wenn nicht unter Ausschluss von Sauerstoff bearbeitet wird.In addition, the sealing ring can be provided with an inert coating in advance. The layer thickness is greater than the processing depth with the laser. Due to the inert coating, there is little or no chemical and/or thermal conversion during laser processing, in particular if processing is not carried out in the absence of oxygen.

Die Beschichtung besteht vorteilhaft aus PTFE bzw. enthält PTFE, aus DLC, oder anderem sauerstoffinertem Material.The coating advantageously consists of PTFE or contains PTFE, DLC, or other oxygen-inert material.

Eine sichere Befestigung der Beschichtung an der Dichtfläche ergibt sich, wenn die Dichtfläche und/oder Beschichtung plasmaaktiviert werden. In diesem Falle sind zur Befestigung der Beschichtung keine chemische Primer, flüssigen Haftvermittler und dgl. erforderlich.A secure attachment of the coating to the sealing surface results when the sealing surface and/or coating are plasma activated. In this case, no chemical primers, liquid adhesion promoters and the like are required to attach the coating.

Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.The subject matter of the application results not only from the subject matter of the individual patent claims, but also from all the information and features disclosed in the drawings and the description. Even if they are not the subject of the claims, they are claimed to be essential to the invention insofar as they are new compared to the prior art, either individually or in combination.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Further features of the invention emerge from the further claims, the description and the drawings.

Die Erfindung wird anhand einer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen

1 in einem Axialhalbschnitt eine Gleitringdichtung,
2 eine Ansicht auf einen Gleitring der Gleitringdichtung gemäß 1,
3 den Ausschnitt Z in 2 in vergrößerter Darstellung,
4 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Erzeugung von Strukturen an der Stirnseite des Gleitringes,
5 in vergrößerter Darstellung und im Schnitt eine Struktur in Form einer Vertiefung im Gleitring.

The invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawings. Show it

1 a mechanical seal in an axial half section,
2 according to a view of a sliding ring of the mechanical seal 1 ,
3 the section Z in 2 in enlarged view,
4 a schematic representation of a system for creating structures on the front side of the slide ring,
5 in an enlarged view and in section a structure in the form of a recess in the slide ring.

Für Gleitringdichtungen werden Dichtringe verwendet, von denen der eine Dichtring als Gleitring drehfest und der andere Dichtring als Gegenring drehbar angeordnet sind.Sealing rings are used for mechanical seals, of which one sealing ring is non-rotatably arranged as a slide ring and the other sealing ring is arranged as a rotatable mating ring.

1 zeigt beispielhaft eine Gleitringdichtung mit einem Gleitring 1, der drehfest in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Gleitring 1 liegt unter Axialkraft an einem Gegenring 3 an, der drehfest auf einer (nicht dargestellten) Welle sitzt. Der Gegenring 3 ist im Einsatz gegenüber dem Gleitring 1 drehbar. Die beiden Dichtringe 1, 3 haben aneinanderliegende Dichtflächen 4, 5, die in einer Radialebene der Gleitringdichtung liegen und einen Dichtspalt 6 bilden. 1 shows an example of a mechanical seal with a sliding ring 1 which is arranged in a housing 2 in a rotationally fixed manner. The slide ring 1 rests under axial force on a mating ring 3 which is non-rotatably seated on a shaft (not shown). The mating ring 3 can be rotated relative to the sliding ring 1 when in use. The two sealing rings 1, 3 have abutting sealing surfaces 4, 5 which lie in a radial plane of the mechanical seal and form a sealing gap 6.

Der Gleitring 1 liegt unter Axialkraft mit seiner Dichtfläche 4 an der Dichtfläche 5 des Gegenringes 3 an. Die Axialkraft wird durch wenigstens eine Feder 7 erreicht, die auf den Gleitring 1 eine solche axiale Kraft ausübt, dass er dichtend am Gegenring 3 anliegt.The sliding ring 1 rests with its sealing surface 4 against the sealing surface 5 of the mating ring 3 under axial force. The axial force is achieved by at least one spring 7 which exerts such an axial force on the slide ring 1 that it bears against the mating ring 3 in a sealing manner.

Die Feder 7 wird beispielhaft durch Tellerfedern gebildet, die sich axial an einem Gehäuse 8 abstützen, das in eine Einbauöffnung 9 eines Aggregates 10 in bekannter Weise eingepresst ist.The spring 7 is formed, for example, by disk springs which are supported axially on a housing 8 which is pressed into an installation opening 9 of a unit 10 in a known manner.

Das Gehäuse 8 hat einen zylindrischen Abschnitt 11, mit dem das Gehäuse 8 unter Presssitz in der Einbauöffnung 9 gehalten ist. Die Feder 7 stützt sich an einem radial verlaufenden Anschlag 12 des Gehäuses 8 axial ab.The housing 8 has a cylindrical section 11 with which the housing 8 is held in the installation opening 9 with a press fit. The spring 7 is supported axially on a radially running stop 12 of the housing 8 .

Der Gleitring 1 ist über einen elastischen Presssitz in einer Hülse 13 aufgenommen, an der sich die Feder 7 axial abstützt. Zwischen der Hülse 13 und dem Gleitring 1 ist ein elastomeres Bauteil 14 angeordnet, das eine statische Abdichtung gegenüber dem abzudichtenden Medium bildet und mittels Klemmung zwischen dem Gehäuse 8 und dem Gehäuse 2 fixiert ist.The slide ring 1 is accommodated via an elastic press fit in a sleeve 13 on which the spring 7 is supported axially. An elastomeric component 14 is arranged between the sleeve 13 and the slide ring 1 , which forms a static seal with respect to the medium to be sealed and is fixed between the housing 8 and the housing 2 by means of clamping.

Der Gleitring 1 ist im Gehäuse 2 untergebracht, das den Gleitring 1 axial führt und gegen ein Verdrehen sichert.The sliding ring 1 is accommodated in the housing 2, which guides the sliding ring 1 axially and secures it against twisting.

Das Gehäuse 2 liegt mit einem zylindrischen Mantel 16 unter Pressung an der Innenseite des Abschnittes 11 des Gehäuse 8 an.The housing 2 rests with a cylindrical casing 16 under pressure on the inside of the section 11 of the housing 8 .

Der Gegenring 3 ist über eine Haltemanschette 19 in einem Haltering 17 aufgenommen, der in bekannter Weise drehfest auf der Welle 18 sitzt. Die Haltemanschette 19 besteht vorteilhaft aus elastomerem Material, um eine statische Abdichtung gegenüber dem abzudichtenden Medium zu gewährleiten.The mating ring 3 is accommodated via a retaining sleeve 19 in a retaining ring 17, which is seated on the shaft 18 in a rotationally fixed manner in a known manner. The retaining sleeve 19 is advantageously made of an elastomeric material in order to ensure a static seal with respect to the medium to be sealed.

Einer der beiden Dichtringe 1, 3 ist an seiner Dichtfläche 4, 5 mit einer Struktur 20 versehen. Im Ausführungsbeispiel ist diese Struktur 20 am Gleitring 1 vorgesehen. Sie kann aber auch am Gegenring 3 vorhanden sein.One of the two sealing rings 1, 3 is provided with a structure 20 on its sealing surface 4, 5. This structure 20 is provided on the sliding ring 1 in the exemplary embodiment. However, it can also be present on the mating ring 3 .

Anhand der 2 und 3 wird eine solche Struktur 20 beispielhaft beschrieben.Based on 2 and 3 such a structure 20 is described by way of example.

Wie aus 3 hervorgeht, hat die Struktur 20 Einströmkanäle 21, die in Umfangsrichtung des Gleitringes 1 mit Abstand hintereinander angeordnet sind. Die radial inneren Enden der Einströmkanäle 21 stehen mit einem Druckbereich 22 (Mediumsbereich) in Verbindung, der von einem Innendurchmesser 23 des Gleitringes 1 begrenzt ist.How out 3 shows, the structure has 20 inflow channels 21, which are arranged in the circumferential direction of the slide ring 1 at a distance one behind the other. The radially inner ends of the inflow channels 21 are connected to a pressure area 22 (medium area) which is delimited by an inner diameter 23 of the sliding ring 1 .

Die Struktur 20 hat weiter einen Ausströmkanal 24, der sich beispielhaft über einen Winkelbereich von 60° erstrecken kann und in Umfangsrichtung des Gleitringes 1 verläuft, wobei seine radiale Breite von einem zum anderen Ende stetig zunimmt.The structure 20 also has an outflow channel 24, which can extend, for example, over an angular range of 60° and runs in the circumferential direction of the slide ring 1, with its radial width increasing steadily from one end to the other.

Das schmalere Ende des Ausströmkanales 24 hat größeren Abstand vom Druckbereich 22 als sein breiteres Ende. Außerdem hat der Ausströmkanal 24 radialen Abstand vom Innendurchmesser 23 sowie auch vom Außendurchmesser 25 des Gleitringes 1.The narrower end of the outflow channel 24 is at a greater distance from the pressure area 22 than its wider end. In addition, the outflow channel 24 is at a radial distance from the inner diameter 23 and also from the outer diameter 25 of the slide ring 1.

Der Ausströmkanal 24 befindet sich im Bereich zwischen den Einströmkanälen 21 und dem Außendurchmesser 25, wobei der Ausströmkanal 24 Abstand von den Einströmkanälen 21 hat.The outflow channel 24 is located in the area between the inflow channels 21 and the outer diameter 25 , the outflow channel 24 being at a distance from the inflow channels 21 .

Wie 2 zeigt, sind die Strukturen 20 über den Umfang der Dichtfläche 4 des Gleitringes 1 hintereinander angeordnet, so dass über den Umfang der Dichtfläche 4 eine gleichmäßige Funktion der Strukturen 20 erreicht wird.How 2 shows, the structures 20 are arranged one behind the other over the circumference of the sealing surface 4 of the sliding ring 1, so that a uniform function of the structures 20 is achieved over the circumference of the sealing surface 4.

Die Einströmkanäle 21 und die Ausströmkanäle 24 werden durch flache Nuten gebildet, deren Tiefe e (5) in einem Bereich bis etwa 100 µm, vorteilhaft in einem Bereich bis etwa 50 µm liegt. Ein besonders vorteilhafter Tiefenbereich liegt bei etwa 6 µm bis etwa 50 µm.The inflow channels 21 and the outflow channels 24 are formed by shallow grooves whose depth e ( 5 ) in a range of up to about 100 microns, advantageously in a range of up to about 50 microns. A particularly advantageous depth range is about 6 μm to about 50 μm.

Im Einsatz der Gleitringdichtung gelangt ein Teil des abzudichtenden Mediums aus dem Druckbereich 22 in die Einströmkanäle 21. Dieses Medium bildet im Dichtspalt 6 ein Hydraulikpolster aus, wodurch der Gleitring 1 und der Gegenring 3 geringfügig voneinander abheben, wodurch die Reibung an den Dichtflächen 4, 5 herabgesetzt wird. Das Medium gelangt aus den Einströmkanälen 21 in die Ausströmkanäle 24, welche das Medium zurück in den Druckbereich 22 fördern. Auf diese Weise wird die Leckage im Dichtspalt 6 sehr geringgehalten.When the mechanical seal is used, part of the medium to be sealed passes from the pressure area 22 into the inflow channels 21. This medium forms a hydraulic cushion in the sealing gap 6, as a result of which the sliding ring 1 and the mating ring 3 are slightly lifted from one another, which reduces the friction on the sealing surfaces 4, 5 is reduced. The medium passes from the inflow channels 21 into the outflow channels 24 which convey the medium back into the pressure area 22 . In this way, the leakage in the sealing gap 6 is kept very low.

Die Strukturen auf den Dichtflächen können unterschiedlichste Gestaltungen haben. Darum ist die anhand der 2 und 3 beschriebene Struktur 20 lediglich als Ausführungsbeispiel zu verstehen.The structures on the sealing surfaces can have a wide variety of designs. That's why the based on the 2 and 3 Structure 20 described is to be understood only as an exemplary embodiment.

Die beiden Dichtringe 1, 3 bestehen aus SiC. Die Strukturen 20 werden mittels eines Laserprozesses in der Dichtfläche 4 des Gleitringes 1 eingebracht.The two sealing rings 1, 3 are made of SiC. The structures 20 are introduced into the sealing surface 4 of the sliding ring 1 by means of a laser process.

4 zeigt in schematischer Darstellung eine entsprechende Laseranlage 26, in der eine Halterung 27 untergebracht ist, mit der der Gleitring 1 so gehalten wird, dass an seiner Dichtfläche 4 die Struktur 20 erzeugt werden kann. 4 shows a schematic representation of a corresponding laser system 26, in which a holder 27 is accommodated, with which the sliding ring 1 is held in such a way that the structure 20 can be produced on its sealing surface 4.

Die Halterung 27 ist in einer Kammer 28 der Laseranlage 26 untergebracht. In der Kammer 28 befindet sich ein Laser 29, mit dem die Strukturen 20 in der Dichtfläche 4 hergestellt werden. Der vom Laser 29 ausgesandte Laserstrahl 30 wird über einen Umlenkspiegel 31 zur Dichtfläche 4 umgelenkt.The holder 27 is housed in a chamber 28 of the laser system 26 . In the chamber 28 there is a laser 29 with which the structures 20 are produced in the sealing surface 4 . The laser beam 30 emitted by the laser 29 is deflected to the sealing surface 4 via a deflection mirror 31 .

Der Umlenkspiegel 31 ist gesteuert verstellbar, so dass der Laserstrahl 30 zur Erzeugung der Strukturen 20 an die entsprechenden Stellen in der Dichtfläche 4 gelenkt werden kann.The deflection mirror 31 can be adjusted in a controlled manner so that the laser beam 30 can be directed to the corresponding points in the sealing surface 4 in order to produce the structures 20 .

In die Kammer 28 mündet wenigstens ein Einlass 32, über den ein Gas in die Kammer 28 während der Laserbearbeitung eingebracht wird. Das Gas verlässt die Kammer 28 durch wenigstens einen Auslass 33.At least one inlet 32 opens into the chamber 28, via which a gas is introduced into the chamber 28 during the laser processing. The gas leaves the chamber 28 through at least one outlet 33.

Damit eine gute Durchspülung der Kammer 28 während des Laserbearbeitungsprozesses sichergestellt ist, befinden sich der Einlass 32 und der Auslass 33 an einander gegenüberliegenden Seitenwänden 34, 35 der Kammer 28. Weiter ist es von Vorteil, wenn der Einlass 32 und der Auslass 33 in Höhenrichtung versetzt zueinander in den Seitenwänden 34, 35 vorgesehen sind. Dies stellt sicher, dass das Gas während der Laserbearbeitung an der Bearbeitungsstelle des Gleitringes 1 in ausreichendem Maße vorhanden ist. Außerdem wird dadurch sichergestellt, dass das Gas die Kammer 28 während des Bearbeitungsprozesses durchströmt, so dass stets ausreichend Gas an der Bearbeitungsstelle zur Verfügung steht.The inlet 32 and the outlet 33 are located on opposite side walls 34, 35 of the chamber 28 to ensure that the chamber 28 is thoroughly flushed during the laser machining process. It is also advantageous if the inlet 32 and the outlet 33 are offset in the vertical direction to each other in the side walls 34, 35 are provided. This ensures that the gas is available to a sufficient extent at the processing point of the sliding ring 1 during the laser processing. In addition, this ensures that the gas flows through the chamber 28 during the machining process, so that sufficient gas is always available at the machining point.

Das Gas beaufschlagt die Dichtfläche 4 in der Weise, dass während des Einsatzes der Gleitringdichtung im abzudichtenden Medium sich bildende Silikate (SiOx) nicht oder nur in geringem Maße auf der Dichtfläche 4 haften bleiben.The gas acts on the sealing surface 4 in such a way that silicates (SiOx) that form in the medium to be sealed during use of the mechanical seal do not stick to the sealing surface 4 or only do so to a small extent.

Das Reaktionsprodukt aus SiC und dem Gas stellt unter der bei der Laserbearbeitung auftretenden thermischen Beaufschlagung sicher, dass die Antihaftwirkung optimal ist.The reaction product of SiC and the gas, under the thermal stress that occurs during laser processing, ensures that the non-stick effect is optimal.

Als Gase kommen beispielhaft Edelgase, Stickstoff, gasförmige Halogene und dergleichen in Betracht. Diese Gase können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.Examples of suitable gases are noble gases, nitrogen, gaseous halogens and the like. These gases can also be used in combination with one another.

Die Laserbearbeitung des Gleitringes 1 erfolgt bei Raumtemperatur, was den Bearbeitungsprozess einfach macht.The laser processing of the sliding ring 1 is carried out at room temperature, which makes the processing process easy.

Die Verfahrensweise ist insbesondere dann geeignet, wenn der Gleitring 1 aus SiC besteht. Die Laserbearbeitung unter Gas kann aber auch für andere Materialien eingesetzt werden, insbesondere für Dichtringe, die aus Kohlenstoff, metallischen Werkstoffen oder Kunststoff bestehen.The procedure is particularly suitable when the sliding ring 1 consists of SiC. However, laser processing under gas can also be used for other materials, in particular for sealing rings made of carbon, metallic materials or plastic.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Laserbearbeitung der Dichtfläche 4 unter Gas die beim späteren Einsatz der Gleitringdichtung entstehenden Silikate nicht mehr oder nur noch in einer vernachlässigbaren Weise an der Dichtfläche 4 haften bleiben. Dadurch ist sichergestellt, dass sich im Dichtspalt 6 zwischen dem Gleitring 1 und dem Gegenring 3 keine harten Materialien bilden, durch die die Funktion des Dichtspaltes 6 beeinträchtigt wird. Insbesondere wird durch die beschriebene Verfahrensweise gewährleistet, dass sich in den flachen Kanälen 21, 24 in der Dichtfläche 4 keine solchen Ablagerungen bilden, die eine Rückführung des Mediums in den Druckbereich 22 behindern und unter Umständen sogar verhindern würden.It has been shown that, due to the laser processing of the sealing surface 4 under gas, the silicates formed during later use of the mechanical seal no longer stick to the sealing surface 4 or only to a negligible extent. This ensures that no hard materials form in the sealing gap 6 between the slide ring 1 and the mating ring 3, which would impair the function of the sealing gap 6. In particular, the procedure described ensures that no such deposits form in the flat channels 21, 24 in the sealing surface 4 that would impede and possibly even prevent a return of the medium to the pressure area 22.

Das Anhaften von SiOx-Verbindungen an der Dichtfläche 4 kann auch dadurch verhindert oder in erheblichem Maße eingeschränkt werden, wenn nach dem Einbringen der Strukturen 20 die Dichtfläche 4 beschichtet wird. In diesem Falle wird bei der Laserbearbeitung der Dichtfläche 4 Umgebungsluft in die Kammer 28 eingebracht.The adhesion of SiOx compounds to the sealing surface 4 can also be prevented or restricted to a considerable extent if the sealing surface 4 is coated after the structures 20 have been introduced. In this case, ambient air is introduced into the chamber 28 during the laser processing of the sealing surface 4 .

Die Dicke der Beschichtung ist kleiner als die Tiefe der Struktur 20, so dass diese ihre Funktion im Einsatz der Gleitringdichtung weiter erfüllen kann.The thickness of the coating is less than the depth of the structure 20 so that it can continue to fulfill its function in the use of the mechanical seal.

Für die Beschichtung kommt besonders vorteilhaft PTFE in Betracht. Dieses Material sorgt dafür, dass im Einsatz der Gleitringdichtung sich bildende Silikate sich nicht auf der beschichteten Dichtfläche 4 festsetzen können.PTFE is particularly advantageous for the coating. This material ensures that silicates that form when the mechanical seal is in use cannot settle on the coated sealing surface 4 .

Um die Beschichtung auf die Dichtfläche 4 des Gleitringes 1 aufzubringen, wird die Dichtfläche 4 und/oder das Beschichtungsmaterial in vorteilhafter Weise einer Plasmaaktivierung unterzogen. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann von Vorteil, wenn als Beschichtungsmaterial PTFE eingesetzt wird. Dann hat die Plasmaaktivierung den Vorteil, dass die PTFE-Beschichtung ohne Einsatz von chemischen Primern oder flüssigen Haftvermittlern dauerhaft fest auf der Dichtfläche 4 befestigt werden kann. Während der Einsatz eines Primers oder Haftvermittlers wenig umweltfreundlich ist, erlaubt der Einsatz der Plasmaaktivierung ein umweltfreundliches Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung.In order to apply the coating to the sealing surface 4 of the sliding ring 1, the sealing surface 4 and/or the coating material is advantageously subjected to plasma activation. This procedure is particularly advantageous when PTFE is used as the coating material. The plasma activation then has the advantage that the PTFE coating can be permanently attached to the sealing surface 4 without the use of chemical primers or liquid adhesion promoters. While the use of a primer or adhesion promoter is not very environmentally friendly, the use of plasma activation allows an environmentally friendly method of applying the coating.

Die Plasmaaktivierung zum Aufbringen von Schichten auf Flächen ist bekannt und wird darum auch nicht näher beschrieben.Plasma activation for applying layers to surfaces is known and is therefore not described in detail.

Die Oberflächenbeschichtung kann auch in Form einer DLC-Beschichtung aufgebracht werden. Eine solche Beschichtung erlaubt eine sehr geringe Dicke bei gleichzeitig hoher Oberflächenhärte.The surface coating can also be applied in the form of a DLC coating. Such a coating allows a very small thickness with a high surface hardness at the same time.

Die Beschichtung kann im CFD- oder PVD-Verfahren auf der Dichtfläche 4 vorgesehen werden.The coating can be provided on the sealing surface 4 using the CFD or PVD method.

5 zeigt beispielhaft die Struktur 20 in der Dichtfläche 4 des Gleitringes 1. Die Struktur 20 ist mittels Laserbearbeitung in der beschriebenen Weise hergestellt worden. Die Struktur 20 hat die Bearbeitungstiefe e. Sie ist wesentlich größer als die Schichtdicke d der Bearbeitungszone 36, die durch die Laserbearbeitung am Boden der Struktur 20 erzeugt worden ist. Da die Schichtdicke d der Bearbeitungszone 36 kleiner ist als die Bearbeitungstiefe e der Struktur 20, wird die Funktion der Struktur 20 beim Einsatz des Gleitringes 4 nicht beeinträchtigt. Andererseits wird durch die Bearbeitungszone 36 erreicht, dass sich in der Struktur 20 beim Einsatz keine Ablagerungen, die beispielsweise im Kühlkreislauf entstehen können, ablagern können. Allenfalls nur sehr geringe, die Funktion der Struktur 20 nicht beeinträchtigende Ablagerungen können auf der Bearbeitungszone 36 hängen bleiben. 5 shows an example of the structure 20 in the sealing surface 4 of the sliding ring 1. The structure 20 has been produced by means of laser processing in the manner described. The structure 20 has the processing depth e. It is significantly greater than the layer thickness d of the processing zone 36 that has been produced by the laser processing at the bottom of the structure 20. Since the layer thickness d of the processing zone 36 is smaller than the processing depth e of the structure 20, the function of the structure 20 is not impaired when the sliding ring 4 is used. On the other hand, the processing zone 36 ensures that no deposits, which can occur, for example, in the cooling circuit, can be deposited in the structure 20 during use. At most, only very small deposits that do not impair the function of the structure 20 can remain on the processing zone 36 .

Die Schichtdicke d hängt beispielsweise von der Leistung, der Pulsdauer und dergleichen des Lasers sowie auch von der Art des verwendeten Gases ab. Dadurch ist es möglich, je nach Anwendungsfall des Gleitringes gezielt bestimmte Schichtdicken d der Bearbeitungszone 36 herzustellen.The layer thickness d depends, for example, on the power, the pulse duration and the like of the laser and also on the type of gas used. This makes it possible, depending on the application of the slide ring, to produce specific layer thicknesses d of the processing zone 36 in a targeted manner.

Die Schichtdicke d ist kleiner als etwa 10 µm, vorteilhaft kleiner als etwa 5 µm.The layer thickness d is less than about 10 μm, advantageously less than about 5 μm.

Claims

Process for the production of sealing rings (1,3), which consist of carbon-containing material and have a sealing surface (4, 5) into which structures (20) with a processing depth (e) are introduced by means of a laser, characterized in that at least parts of the A gas is applied to the sealing surface (4, 5) during the laser processing in such a way that the layer thickness (d) of the chemically and/or thermally converted processing zone (36) of the laser processing is smaller than the processing depth(s) of the structure (20).

procedure after claim 1 , characterized in that the gas used is inert gas, nitrogen, halogens and the like, also in combination.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the layer thickness (d) of the chemically and/or thermally converted processing zone (36) is less than 10 microns.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the layer thickness (d) of the chemically and/or thermally converted processing zone (36) is less than 5 microns.

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the sealing surface (4, 5) receives an at least partially non-stick property through the treatment with laser and gas.

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the structure (20) has a depth (e) of up to about 100 µm, advantageously up to about 50 µm, and preferably between about 6 µm and 50 µm.

Process for the production of sealing rings (1, 3) which consist of carbon-containing material and have a sealing surface (4, 5) which is processed with a laser, characterized in that the sealing surface (4, 5) is at least partially provided with a coating , which has at least partially non-stick properties.

procedure after claim 7 , characterized in that the sealing ring (1, 3) is provided with an inert coating before the laser processing.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the coating consists of SiC, DLC, PTFE or contains PTFE.

Procedure according to one of Claims 7 until 9 , characterized in that the sealing surface (4, 5) or the coating are plasma-activated.