Dichtungswissenschaft: Dichtungsleistung durch Schmierstoffverträglichkeit optimieren

Eine Dichtung fungiert als kritische Barriere zwischen Kammern, die unterschiedliche Materialien enthalten oder unter verschiedenen Drücken arbeiten. Das primäre Ziel ist, Materialverlust – wie Schmierstoffe – zu verhindern und das Eindringen von Verunreinigungen wie Staub zu blockieren.

Über diese Grundfunktionen hinaus müssen Dichtungen über eine festgelegte Lebensdauer zuverlässig arbeiten. Dies kann herausfordernd sein, da Dichtungen Verschleiß durch Bewegung, Temperaturschwankungen und chemischem Angriff ausgesetzt sind. Geringe Reibung – und damit geringer Energieverbrauch – ist essenziell, und das Design sollte einfache Entfernung während der Wartung erlauben.

Wichtige schmierstoffbezogene Aspekte sind Quellung, Schrumpfung und die Auswirkungen verschiedener Öltypen – Mineralöl, PAO und Silikon – auf Dichtungsmaterialien.

Quellung und Schrumpfung

Quellung tritt auf, wenn Schmierstoff in das Dichtungsmaterial diffundiert, bis Sättigung erreicht ist. Das Ausmaß der Quellung hängt von der chemischen Struktur sowohl des Öls als auch des Polymers sowie dem Vernetzungsgrad im Polymer ab. Schrumpfung resultiert typischerweise aus Weichmacherverlust im polymeren Dichtungsmaterial.

Mineralöle

Schmierstoffe auf Mineralölbasis, besonders solche mit hohem Aromatengehalt, weisen generell schlechtere Verträglichkeit mit Elastomerdichtungen auf als hochraffinierte Öle. Esteröle zeigen tendenziell ebenfalls relativ niedrige Verträglichkeit. Bei Ölen ähnlicher chemischer Struktur nimmt die Quellneigung mit steigender Viskosität ab.

Polyalphaolefine (PAOs)

PAO-Öle sind synthetische Kohlenwasserstoffe aus identischen Molekülen, im Gegensatz zu den vielfältigen Gemischen in Mineralölen. Ihre Interaktion mit Elastomeren spiegelt die von Mineralölen wider und bietet ähnliche Verträglichkeitsmerkmale.

Silikonöle

Silikonöle besitzen eine chemische Struktur, die sich deutlich von den meisten Elastomeren unterscheidet, was oft in hervorragender Verträglichkeit mit Dichtungsmaterialien resultiert.

Elastomerdichtungen und Schmierung

Elastomerdichtungen sind von Natur aus weich und elastisch, was ihnen erlaubt, sich an Gegenflächen anzupassen. Diese Anpassung kann dazu führen, dass Dichtung und Gegenstück aneinander haften, weshalb ein Schmierstoff als Trennmedium essenziell ist. Quellung oder Schrumpfung verändert den Elastizitätsmodul, die Zugfestigkeit und Härte von Elastomeren, was die mechanische Leistung beeinträchtigen kann. Daher ist es ratsam, Verträglichkeitstests zwischen dem gewählten Schmierstoff und dem Dichtungsmaterial durchzuführen, da Elastomere derselben Klasse aufgrund von Unterschieden in Weichmachern, Weichmachergehalt oder Polymerisationsgrad unterschiedliche Quellverhalten zeigen können.