Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss der Schmierstoffbenetzung auf die Funktion von Stangendichtungen

Stangendichtungen funktionieren mit chemisch unterschiedlichen Schmierstoffen nicht gleichermaßen gut. Biologisch abbaubare oder schwer entflammbare Schmierstoffe verhalten sich, bei gleicher Viskosität, anders als herkömmliche mineralische Schmierstoffe. Zur Abstimmung von Dichtring, Schmierstoff und Stangenoberfläche sind deshalb zeit- und kostenintensive Freigabeversuche nach Versuch-und-Irrtum erforderlich. Für KMU sind solche Versuche wegen hoher Kosten und fehlenden Prüfständen meist nicht machbar; sie müssen sich auf Angaben der Dichtring- und Schmierstoffhersteller verlassen.

Der Grund für das unterschiedliche Verhalten der Schmierstoffe wird in der Schmierstoffbenetzung vermutet. Untersuchungen bei Radialwellendichtungen zeigten dort einen eindeutigen Einfluss der Schmierstoffbenetzung. Im beantragten Projekt soll der Einfluss der Schmierstoffbenetzung auf die Funktion (Reibung, Verschleiß, Leckage) von Stangendichtungen ermittelt werden. Die Benetzungskenngrößen sollen über die Analyse der Oberflächenenergie von Dichtringwerkstoff, Stangenwerkstoff und Schmierstoff bestimmt werden.

Es gibt drei Arbeitshypothesen: Erstens, die Bindungsenergie zwischen Schmierstoff und Stange ist entscheidend für das Leckageverhalten der Dichtung. Zweitens, die Bindungsenergie zwischen Schmierstoff und Dichtringwerkstoff ist entscheidend für das Verschleißverhalten. Drittens, der Benetzungszustand ist entscheidend für die Neigung einer Stangendichtung zum Ruckgleiten.

Das Ziel ist die Klärung der Hypothesen und die Bereitstellung eines Werkzeugs zur Quantifizierung und Bewertung von Benetzungskenngrößen. Der Anwender soll Dichtring- und Stangenwerkstoffe treffend einschätzen können und geeignete Schmierstoffe vorgeben können. Damit können auch KMU, mit moderatem Versuchsaufwand, die Abstimmung von Stangendichtungen hinsichtlich Werk- und Schmierstoffen optimieren. Die Abhängigkeit von Angaben der Dichtring- und Schmierstoffhersteller wird so deutlich reduziert.

Ergebniszusammenfassung:

Reibung und Verschleiß von Stangendichtungen werden vom Schmierungszustand und von chemischen sowie physikalischen Wechselwirkungen zwischen Dichtring, Öl und Stange beeinflusst. Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten können anhand von Benetzungskenngrößen quantifiziert werden. Der Fokus des Projekts lag auf dem Einfluss der Schmierstoffbenetzung auf Reibung und Verschleiß.

Eine Vorgehensweise zur Bestimmung von Benetzungskenngrößen wurde entwickelt und kann von KMU zur Analyse von Dichtsystemen übernommen werden.

Profil, Topografie und Werkstoff von Dichtringen beeinflussen das Reibverhalten. Versuchsergebnisse deuten auf einen Zusammenhang zwischen Reibkraft und der Oberflächenenergie des Dichtring-Werkstoffs hin. Zudem wurden Versuche mit unterschiedlichen Ölen durchgeführt, welche sich bezüglich ihrer Viskosität und Benetzungseigenschaften deutlich unterscheiden. Reibung konnte als Funktion des Produkts aus Viskosität und Geschwindigkeit abgebildet werden. Der Einfluss von Benetzungskenngrößen auf das Reibverhalten kann anhand der Ergebnisse bewertet werden. Auffällig waren geringe Reibkräfte bei Schmierung mit Silikonöl. Ergänzend wurde das Reibverhalten von Stangendichtungen mit Fettschmierung und mit Schmierung des jeweiligen Grundöls gegenübergestellt. Den Messergebnissen nach wird das Reibverhalten vom jeweiligen Grundöl maßgeblich beeinflusst. Anhand der gebildeten Referenzkurven kann die Reibung der Stangendichtungen für bestimmte Geschwindigkeiten in Abhängigkeit des Öls minimiert werden.

Es wurde eine starke Abhängigkeit des Verschleißes vom jeweiligen Öl nachgewiesen, welche nicht allein durch bisherige Ansätze und hydrodynamische Kenngrößen erklärt werden konnte. Deshalb wurde eine neue Kenngröße entwickelt, welche erstmals hydrodynamische und Benetzungs-Eigenschaften von Öl kombiniert, und somit eine verbesserte Vorhersage des Dichtring-Verschleiß ermöglicht.