Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reibungs- und Verschleißverhalten von geometrisch komplexen, beschichteten Elastomerdichtungen

Im gebäudetechnischen oder automotiven Tür- oder Fensterbereich werden vorwiegend Hohlkammer- oder Lippendichtungen verwendet. Diese können durch Verschleißbeanspruchung ihre Funktion als Dichtelement verlieren. Der Verlust führt zu einem Austausch des Produkts und daher zur Kundenunzufriedenheit und zu Reklamationskosten. Das Reibungs- und Verschleißverhalten von Dichtungsmaterialien, welche sich in einer statischen oder dynamischen Kontaktsituation befinden, bestimmt wesentlich die Lebensdauer und somit die Qualität des Produktes.

Das tribologische System besteht aus einer Dichtung, einem Gegenmaterial (Glas, Kunststoff, lackiertes Blech) sowie den äußeren Belastungen, welche durch Kraft, Geschwindigkeit, Relativweg, Klima und Strahlung) beschrieben werden. Reibungseigenschaften werden immer vom gesamten tribologischen System bestimmt.

Für Prüfungen an geometrisch komplexen Dichtungsformen gibt es bisher keine einheitliche Vorgehensweise. In abgeschlossenen Forschungsprojekten wurde eine Reibungsprüfung entwickelt. Eine Erweiterung auf realistische Belastungsszenarien, welche ein praxisnahes Verschleißverhalten auf Dauer nachstellen und somit eine Grundlage für eine Abschätzung der Lebensdauer liefern, besteht bisher nicht. Die Erweiterung auf Änderungen der klimatischen Bedingungen sowie Einflüsse wie beispielsweise UV-Strahlung sind bisher ebenfalls nicht berücksichtigt.

Ziel des Projektes ist es, den Verschleiß an geometrisch komplexen, beschichteten Elastomeren sowohl in Abhängigkeit der Materialzusammensetzung (Elastomer, Füllstoff, Beschichtung, Geometrie) als auch unter Berücksichtigung realistischer Belastungsszenarien und Kontaktsituationen sowie alterungsrelevanter Vorgänge zu untersuchen. Dabei wird zur Beurteilung des Verschleißes der kontinuierlich aufgezeichnete Reibkraftverlauf zu Grunde gelegt. Ein daraus abgeleitetes Abhängigkeitsmodell liefert eine Grundlage für eine Lebensdauerabschätzung und ermöglicht eine praxisnahe Prüfung der Materialien.

Ergebniszusammenfassung:

Automotive Hohlkammer- oder Lippendichtungen können durch reibungsbedingte Verschleißbeanspruchung und die damit verbundene fortwährende Veränderung der Materialeigenschaften ihre Funktion als Dichtelement verlieren. Der Verschleiß hängt dabei nicht nur von Materialeigenschaften und Belastungsgrößen ab, sondern wird auch entscheidend von äußeren Bedingungen wie Feuchte, Temperatur und Drittmedien bestimmt. Ziel des Vorhabens war es, die Abhängigkeiten des Reibungs- und Verschleißverhaltens komplex-geometrischer Dichtungen von einzelnen proben- und belastungsseitigen Einflussparametern zu analysieren. Als Grundlage sollte eine Prüfmethode entwickelt werden, mit welcher der Verschleiß an verschieden aufgebauten Profildichtungen bestimmt werden kann. Der entwickelte Verschleiß-Messzyklus kann optional mit einem Klimawechsel-Programm und einer Zuführung eines Drittmediums durchgeführt werden. Er beinhaltet einen Wechsel zwischen einem Stick-Slip-Test zur Ermittlung der Knarzneigung und einem Verschleißzyklus mit einer stochastischen Anregungsform „Straßenprofil“. Die Reibung von Profildichtungen wird vor allem durch die Oberflächen- und Verformungseigenschaften beeinflusst, welche wiederum von Druck, Temperatur, Feuchte, Geschwindigkeit und Zeit abhängen können. Die Oberflächeneigenschaften werden durch die Lackierung bestimmt, die Verformungseigenschaften (viskoelastischen Eigenschaften) durch Elastomertyp, Rezeptur und Geometrie. Eine exakte Trennung der Einflüsse kann nicht vorgenommen werden. Durch die verschiedenen Auswirkungen werden jeweils Kontaktfläche, Adhäsionsneigung und Hystereseeigenschaften beeinflusst, welche die Reibeigenschaften und damit auch den Verschleiß der Materialpaarungen definieren. Wesentlicher Parameter ist die Oberflächenenergie beider Materialien sowie die Änderung der polaren und dispersen Anteile über die Zeit. Das entwickelte Prüfverfahren kann somit zur Optimierung der Materialien beitragen und Stellgrößen aufdecken.