Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einfluss des Reibwertes sowie der Verlustleistung auf die Vorgänge in der Dichtzone einer Öl-Elastomer-Paarung

Die im Betrieb eines Radialwellendichtrings (RWDR) auftretenden Wechselwirkungen zwischen Öl und Elastomer führen häufig zu Schadensbildern (z.B. Blasen, Risse, Ölkohle) in der Dichtzone. Die Bewertung der Schadensbilder an der Dichtkante eines RWDR nach dem Betrieb/Testlauf ist ein entscheidendes Kriterium bei der Beurteilung des Dichtungssystems. In diesem Forschungsvorhaben soll die Auswirkung einzelner Betriebsparameter auf die Entstehung solcher Schadensbilder an einem an der Technischen Universität Hamburg-Harburg entwickelten RWDR-Tribometer untersucht werden.

Die Blasenbildung, ein Schadensbild mit hoher Komplexität, soll anhand einer exemplarischen Öl-Elastomer-Paarung unter verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht werden. Neben der Auswirkung von Linienlast, Umfangsgeschwindigkeit und Sumpftemperatur soll die Auswirkung der Versuchszeit, der Verlustleistung und des Reibwerts auf die Schadensbilder betrachtet werden. Eine definierte Verlustleistung bzw. ein definierter Reibwert kann am RWDR-Tribometer durch die Regelung eines oder mehrerer Betriebsparameter/-s eingestellt werden.

Durch die systematische Untersuchung der Einflüsse der Betriebsparameter werden Größenbereiche dieser Parameter ermittelt, die bei den untersuchten Öl-Elastomer-Paarungen zu den in der Praxis auftretenden Schäden führen. Anhand gewonnener Erkenntnisse soll eine effiziente Versuchsvorschrift für allgemeine Öl-Elastomer-Paarungen abgeleitet werden. Ferner sollen grundsätzliche Erkenntnisse hinsichtlich der Entstehung und dem Grad der Schädigung aufgezeigt werden.

Da die Problematik des Zusammenwirkens von Öl und Elastomer beim RWDR-Einsatz weit verbreitet und branchenübergreifend von Bedeutung ist, gibt es für das RWDR-Tribometer ein sehr weites Anwendungsfeld. Die systematische Untersuchung am RWDR-Tribometer anhand standardisierter Prüfkörper führt direkt zur Reduktion von RWDR-Versuchen und steigert dadurch die Wettbewerbsfähigkeit der KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden mögliche Einflüsse auf die Entstehung von Schädigungen in der Dichtzone eines RWDR aufgezeigt. Neben der Bildung von Rissen und Ölkohle stand die Blasenbildung im Fokus der Untersuchungen. Es konnte zwischen unterschiedlichen Ausprägungen von Blasen unterschieden und deren Abhängigkeit von Betriebsparametern dargestellt werden. Die erwartete Komplexität der Schädigung in Form von Blasen hat sich bestätigt. Es wurde deutlich, dass auch im dynamischen Versuch nicht allein die Temperatur für die Blasenbildung maßgeblich ist. Ein Zusammenspiel aus mehreren Versuchsgrößen, bei denen die Scherrate, die Temperatur und die radiale Belastung besonders relevant scheinen, führt zu einer Situation in der Dichtzone, die Blasenbildung begünstigt oder diese vermeidet. Dabei entscheiden nicht allein die maximalen Werte von Sumpftemperatur und Umfangsgeschwindigkeit über die Entstehung von Blasen. Für Voruntersuchungen von Öl-Elastomer-Paarungen ergibt sich dadurch die Empfehlung, den gesamten Parameterbereich der Anwendung zu überprüfen, wenn die Neigung zu Schädigungen ermittelt werden soll. Ausgehend von den Versuchsergebnissen wurde außerdem ein denkbares Szenario zur Blasenentstehung erläutert.

Bei der Rissbildung wurde eine klare Abhängigkeit von Sumpftemperatur und Verlustleistung gezeigt. Die stärkste Rissbildung trat somit bei hohen Temperaturen in der Dichtzone auf, unabhängig davon, wie die Verlustleistung entstanden ist. Für die Bewertung dieses Schadensbild gilt somit genau wie bei der Ölkohle, dass die Bereiche maximaler Belastung (als Kombination aus Sumpftemperatur, Umfangsgeschwindigkeit und Linienlast) getestet werden sollten.