
Auslegung: Übermäßiger Abrieb
- Luke Williams
- April 8, 2021
- 08:00
#1 Übermäßiger Abrieb am O-Ring: Schadensbild bei dynamischem Einsatz
Gerade bei dynamischen Anwendungen stellt der Abrieb ein großes Problem für die Haltbarkeit der Dichtung dar. Doch es gibt mehrere Ansatzpunkte für die Verringerung des mechanischen Verschleißes. Auch darauf gehen wir nach der Beschreibung des Schadensbildes und seiner Ursachen ein.
#2 Abrieb bedeutet Materialverlust
Bei einer dynamischen Abdichtung kommt mit der Reibung noch eine weitere entscheidende Komponente hinzu. Denn vor allem hierbei entsteht das Schadensbild des übermäßigen Abriebs. Bei der Schadensanalyse fällt auf, dass der O-Ring gegenüber dem Ausgangszustand deutlich an Masse verloren hat. In der Regel ist die Querschnittsfläche über den gesamten Umfang reduziert. So lässt sich der Abrieb auch von der bleibenden Verformung abgrenzen. Zwar nehmen die Querschnitte in beiden Fällen ähnliche Formen an, doch die starke Masseabnahme zeigt sich nur beim Abrieb.
#3 Die zentrale Rolle der Reibung
Bei dynamischen Anwendungen führen die Bauteile dagegen regelmäßig eine Relativbewegung zueinander aus. So ist es etwa bei Kolben und Zylinder. Hier liegt der O-Ring in einer Nut, die in den Kolben eingestochen ist. Ein Übermaß des Außendurchmessers des O-Rings gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinders sorgt für die Verpressung des O-Ring-Querschnitts. Jedes Mal, wenn der Kolben im Zylinder auf und ab gleitet, reibt der O-Ring über die Dichtfläche. Dabei entsteht Wärme, aber auch ein mechanischer Materialabtrag. Der Materialabtrag betrifft den O-Ring, denn dieser ist naturgemäß weicher als das Material, aus denen Zylinder und Kolben bestehen. Nur so kann er seine Dichtaufgabe wahrnehmen. Diese besteht darin, kleine herstellungs- oder verschleißbedingte Unebenheiten in den metallischen Bauteiloberflächen auszugleichen. Ein Mindestmaß an Reibung ist also stets nötig, um die Dichtwirkung zu erreichen.
#4 Ursachen für Abrieb am O-Ring
#4.1 Abrieb bei statischen Anwendungen
Schuld daran sind wechselnde Druckverhältnisse. Sie lassen den Dichtring über die gesamte Breite der Nut wandern. Ein hoher Abrieb ergibt sich vor allem bei der zyklischen Abfolge extremer Druckbedingungen. Das geschieht trotz des geringen Weges, den der O-Ring in axialer Richtung in der Nut zurücklegt.
#4.2 Abrieb bei dynamischen Anwendungen
Bei dynamischen Abdichtungen ist besonders auf eine hohe Oberflächengüte der Laufflächen der Dichtung zu achten. Je glatter sie sind, desto weniger Reibung entsteht. Außerdem stellen harte Partikel in den Medien ein Problem dar. Beispielsweise können kleine Metallspäne in Schmieröl die Lauffläche beschädigen und wiederum für mehr Reibung zwischen ihr und der Dichtung sorgen. Eine weitere Ursache für den erhöhten Abrieb kann eine fehlende Schmierung sein. Laufen die Dichtungen trocken, steigen Reibung und thermische Belastung an.
#5 Übermäßigen Abrieb verhindern: Mögliche Strategien
#5.1 Konstruktive Verbesserungen
#5.2 Richtige Auswahl des O-Ring-Werkstoffs
Der Markt bietet verschiedene Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Elastomeren an. Die Senkung des Reibungskoeffizienten verbessert die Gleiteigenschaften des O-Rings. Das ist nicht nur für den späteren Einsatz im Dichtungssystem relevant. Auch die voll- oder teilautomatisierte Montage von O-Ringe profitiert davon. Denn haften die Dichtungen nicht aufeinander, können sie besser vereinzelt werden. Hier geht es jedoch um Beschichtungen für den dynamischen Einsatz und nicht um solche, die in erster Linie der Montageerleichterung dienen. Moderne Beschichtungsverfahren überziehen O-Ringe und Formdichtungen mit einer Gleitlackschicht im Nanobereich. Das zusätzliche Material beeinflusst die Materialeigenschaften des O-Rings dadurch nur sehr gering. Die Kernmaterialien EPDM, NBR, HNBR oder Silikon können also weiterhin ihre individuellen Stärken ausspielen. Jedoch ist zu beachten, dass die Beschichtung stabil gegenüber den Einflüssen im Betrieb sein muss. Dazu gehört etwa die Sterilisation mit heißem Dampf oder der Kontakt mit Säuren und Laugen. Als Werkstoff für den Gleitlack kommen beispielsweise PTFE oder Polysiloxan zum Einsatz.
Auch hier sind die Ingenieure gefordert, aus der Vielzahl an Lösungen mit den jeweiligen Anforderungen konforme Beschichtungssysteme auszuwählen. Bei uns erhalten sie dabei fachkundige Unterstützung. Denn unsere Anwendungsexperten kennen die technischen Möglichkeiten genauso wie industriespezifische Anforderungen. So können sie die bestgeeignete Alternative identifizieren.

AUTOR DER DICHTUNGSAKADEMIE®
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