Gegenlaufflächen translatorischer Dichtungen geeignet beschreiben – aber wie?

Dauerlaufprüfstand und Versuchsparameter (Bild: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH)

30.10.2019 Gegenlaufflächen translatorischer Dichtungen geeignet beschreiben – aber wie?

Ein neuer Ansatz beantwortet die Frage

von Dr.-Ing. Mandy Wilke (Trelleborg Sealing Solution GmbH), Dipl.-Ing. Holger Jordan (Trelleborg Sealing Solution GmbH)

Gegenlaufflächen in dynamischen Anwendungen werden mit Rauheitskennwertenf beschrieben. Ra als arithmetischer Mittenrauheitswert spielt heute noch eine große Rolle in der Definition von Anforderungen für die Gegenlauffläche für Dichtungen. Heutige Spezifikationen beziehen die Werte Rz und Rmax (Rz1max) mit dem Traganteil in die gewünschte Definition ein, um den steigenden Anforderungen in den Anwendungen gerecht werden zu können. Durch Variationen von Beschichtungstechnologien oder auch Varianten der
Grundwerkstoffe wird „eine generelle Definition“ der Rauheit den Anforderungen heute nicht mehr gerecht.

Die Funktionalität tribologischer Systeme hängt bekanntermaßen von der geeigneten Abstimmung der Tribopartner ab. Bezogen auf hydraulische Dichtsysteme sind dies die Dichtung, das Hydraulikfluid und die Gegenlauffläche. Die Qualität der Oberfläche der Gegenlauffläche bestimmt dabei wesentlich den Zustand der Schmierung und den Verschleiß im Kontaktbereich. In der Literatur findet sich eine Vielzahl an Publikationen, die sich mit der Thematik der Gegenlaufflächen und einer geeigneten
Beschreibung dieser befassen [1].

Grundsätzlich lässt sich unter dem Aspekt der notwendigen Substitution von Chrom(VI) in Europa ein Trend zu alternativen Beschichtungsverfahren feststellen [2], die hinsichtlich der Tribologie im Dichtsystem durch die üblicherweise verwendeten Werte Ra, Rz und Rmr(c) in ihrer Vielfalt mit den heutigen Katalogwerten der Dichtungshersteller nicht ausreichend gut beschrieben werden können.

Die üblicherweise verwendeten Beschreibungen von Gegenlaufflächen für Dichtungen sind der arithmetische Mittenrauwert Ra, die gemittelte Rautiefe Rz, die maximale Rautiefe Rz1max und der Materialanteil des Profils Rmr(c).

Die Katalogempfehlungen der Dichtungshersteller variieren hinsichtlich der verwendeten Rauheitskennwerte und insbesondere in der Bewertung der Firestone-Abbot-Kurve. Einige Hersteller beschränken sich auf einen konkreten Zahlenwert, der für eine Anwendung in der Praxis ungeeignet ist. Es ist kein Toleranzfeld gegeben, in dem sich die technisch hergestellte Oberfläche bewegen darf. Andere Hersteller geben hier Wertebereiche an. Allerdings ist kein einheitliches Verständnis der Beschreibung der Gegenlaufflächen erkennbar, auch wenn sich die Werte zum Teil nur wenig zu unterscheiden scheinen (Tabelle 1).

Eine Unterscheidung hinsichtlich des eingesetzten Fertigungsverfahrens und der Art der Beschichtung erfolgt nicht und die Angaben beziehen sich im Allgemeinen auf Chromschichten. Lediglich zwei Hersteller unterscheiden grundsätzlich zwischen der Oberflächenbeschaffenheit von Kolbenrohr und Kolbenstange, einer allerdings beschreibt diese nur mittels des Kennwertes Ra, der bekanntermaßen nicht ausreicht, um die tatsächlich für die Tribologie relevante Topographie und damit den Schmierfilmaufbau zu beschreiben.