Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss der Schmierstoffbenetzung auf den Verschleiß der Gegenlauffläche bei Radial-Wellendichtungen

Damit Radialwellendichtungen über die gesamte Gebrauchsdauer zuverlässig funktionieren,

sollte im Betrieb kein nennenswerter Verschleiß auftreten. Verschleiß entsteht meist durch eine ungünstige Abstimmung von Dichtring, Welle und Schmierstoff. Für eine günstige Abstimmung ist ein hoher Aufwand an Vorversuchen erforderlich, den KMU oft nicht leisten können (Unterhalt eines Prüffelds, Personal- und Zeitaufwand).

Aktuelle Forschungen zeigen, dass bei berührenden dynamischen Dichtungen nicht nur hydrodynamische Größen den Schmierfilmaufbau beeinflussen, sondern auch Benetzungsgrößen. Im beantragten Vorhaben sollen hydrodynamische Größen und Benetzungsgrößen (Kapillarität, Benetzungszustand, Thermokapillareffekt) gemeinsam betrachtet werden um den Schmierungszustand bei Radialwellendichtungen mittels einer einzelnen Kenngröße zu charakterisieren. Die Verschleißempfindlichkeit der Gegenlauffläche soll über eine Kenngröße, gebildet aus Oberflächenhärte, Wärmeleitfähigkeit, Oberflächenenergie und Gefügeausbildung charakterisiert werden. Das Produkt aus Schmierungszustand und Verschleißempfindlichkeit ergibt die Neigung einer Radial-Wellendichtung zu Verschleiß.

Der Nutzen für den Anwender ist dadurch eine stark verbesserte Abschätzung des Verschleißverhaltens einer projektierten Radialwellendichtung. Der Aufwand für Vorversuche bei Verwendung neuer Dichtungs- und Schmierstoffe reduziert sich deutlich, was insbesondere KMU zu Gute kommt. Weiterhin ist eine systematische Optimierung von Dichtungen anstelle des bisherigen Vorgehens nach Versuch und Irrtum möglich. Neue Dichtungs- und Schmierstoffe können im Vorfeld hinsichtlich ihrer Eignung bewertet werden. Letztlich sind mit diesem Wissen auch Aussagen über die Haltbarkeit einer Dichtung hinsichtlich Verschleiß möglich.

Ergebniszusammenfassung:

Erhöhter Verschleiß am Radial-Wellendichtsystem ist ein häufig auftretendes Problem bei der Abdichtung moderner Schmierstoffe wie Poly-α-Olefinen, Polyglykolen und Estern. Im Forschungsprojekt "Welleneinlauf" wurden in diesem Zusammenhang Stoff- und Benetzungskenngrößen untersucht und identifiziert, mit deren Hilfe übermäßiger Verschleiß am Dichtsystem vorhergesagt werden kann. Ungeeignete Materialkombinationen der Dichtungskomponenten können so frühzeitig erkannt und vermieden werden. Das senkt Kosten und spart Zeit bei der aufwendigen Validierung von Dichtsystemen durch Prüfstandsuntersuchungen.

Das erarbeitete Korrelationsmodell zur Abschätzung des Verschleißverhaltens von Radial-Wellendichtsystemen erfordert ausschließlich Stoff- und Benetzungskenngrößen aus genormten Mess- und Berechnungsverfahren. Einige Stoffgrößen können vom Anwender bereits aus Datenblättern oder als Anhaltswerte aus Tabellenwerken übernommen werden. Zentraler Punkt zur Bestimmung der Benetzungskenngrößen ist die meist unbekannte Oberflächenspannung, die nach DIN 55660, mit ergänzenden Hinweisen aus diesem Forschungsprojekt. bestimmt werden kann. Ebenfalls konnte im abgeschlossene Forschungsprojekt gezeigt werden, dass, verglichen mit den aktuell genutzten Prüfstandsuntersuchungen, zeit- und kostengünstigere Förderwertuntersuchungen zur Identifikation verschleißanfälliger Radial-Wellendichtsysteme genutzt werden.

Die erzielten Forschungsergebnisse zeigen einen klaren und grundlegenden Zusammenhang zwischen den Benetzungseigenschaften der beteiligten Dichtungskomponenten und dem Verschleiß des Dichtsystems. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage für die Anpassung und Weiterentwicklung von Radial-Wellendichtsystemen. Durch die gezielte Manipulation der Benetzungseigenschaften einzelner Dichtungskomponenten kann so zukünftig der Einsatzbereich von Radial-Wellendichtungen erheblich gesteigert, Verschleiß reduziert und deren Lebensdauer erhöht werden.