Dichtungsgegenlaufflächen genauer betrachtet

Schematische Darstellung der Prüfkammer (Bild: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH)

31.10.2020 Dichtungsgegenlaufflächen genauer betrachtet

Grundsatzuntersuchungen zum tribologischen Verhalten von HVOF-Gegenlaufflächen für translatorische Anwendungen

von M. Sc. Lena Schleinitz (Trelleborg Sealing Solution GmbH), Dr.-Ing. Mandy Wilke (Trelleborg Sealing Solution GmbH)

In einem hydraulischen Dichtungssystem bilden die Dichtung, das Hydraulikfluid und die Gegenlauffläche das tribologische System. Die Qualität der Gegenlauffläche beeinflusst das Leckageverhalten und den Verschleiß der Dichtung maßgeblich. Viele Veröffentlichungen beschäftigen sich mit der Gegenlauffläche für Dichtungsanwendungen und deren Beschreibung [1]. Die Schlussfolgerung einiger Veröffentlichungen ist, dass die üblicherweise verwendeten 2D-Oberflächenkennwerte nach DIN EN ISO 4287 [2] nicht ausreichen, um die mit unterschiedlichen Bearbeitungsverfahren hergestellten Gegenlaufflächen zu beschreiben. Alternative Beschichtungen, wie z.B. hochgeschwindigkeitsflammgespritzte (HVOF) Oberflächen, weisen eine andere Topografie auf als galvanische Beschichtungen mit anschließendem Schleifprozess.

Der deutliche Unterschied in der Topografie ist im Schichtaufbau verschiedener Beschichtungen begründet (Bild 1). Außerdem sind HVOF-beschichtete Oberflächen wesentlich härter als Chrombeschichtungen und der Aufbau der HVOF-Beschichtung weist eine höhere Dichte im Vergleich zu Chrombeschichtungen auf. Diese Unterschiede führen zu einem unterschiedlichen Einlaufverhalten des Tribosystems bei den beiden genannten Beschichtungsarten.

Durch die notwendige Substitution von Chrom (VI) in Europa kann ein genereller Trend zu alternativen Beschichtungen beobachtet werden. Diese alternativen Beschichtungen können mit den herkömmlich verwendeten 2D-Oberflächenkennwerten nach DIN EN ISO 4287 nicht ausreichend beschrieben werden.

Empfehlungen für die Oberflächenrauheit mittels des erweiterten Ansatzes

In [1] wird ein erweiterter Ansatz zur Ermittlung der Oberflächenrauheitswerte von alternativen Beschichtungen vorgestellt. Dieser Ansatz beschreibt verschiedene Beschichtungsverfahren, und berücksichtigt die unterschiedlichen Herstellungs­prozesse für Kolben- bzw. Stangendichtungsanwendungen. Zusätzlich zu den traditionell verwendeten Oberflächenkennwerten enthält der erweiterte Ansatz die Werte Rpk (reduzierte Spitzenhöhe) und Rvk (reduzierte Riefentiefe) nach DIN EN ISO 13565 [3], sowie neben oberen auch untere Grenzwerte für alle Parameter. Die Grundlage für diese erweiterten Spezifikationen bildet eine Vielzahl an dynamischen Tests mit unterschiedlichen Dichtungen, unterschiedlichen Versuchsparametern und unterschiedlichen Gegenlaufflächen, wie in [1] beschrieben wird.