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O+P Fluidtechnik 1-2/2020

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O+P Fluidtechnik 1-2/2020

DICHTUNGSTECHNIK TITEL

DICHTUNGSTECHNIK TITEL 09 Erosionsschäden (parallele Riefen in Axialrichtung) an einem O-Ring 12 Geschädigte O-Ring Oberfläche durch Blow-by Effekte infolge harter Druckstöße: Dieses Schadensbild kann einer Strömungserosion ähneln 10 Oberflächenbeschädigung eines O-Rings durch harte Kavitation an einer nassen Zylinderlaufbuchse FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 11 Geschädigter O-Ring durch Spaltextrusion: Die Ausbrüche ähneln dem Schadensbild einer Explosiven Dekompression on ist häufig die Kavitation verbunden, die wiederum zu Verbrennungen aufgrund des sog. Dieseleffekts führen kann. Der Mechanismus kann wie folgt erklärt werden: Öl vermag bei Druckerhöhung Luft molekular zu binden, also aufzunehmen und bei Druckverminderung auszuscheiden. Durchströmt Öl eine Drosselstelle bzw. einen Spalt, so ergeben sich Druckänderungen, die zur Luftausscheidung führen. Diese Luftblasen können jedoch wegen der anwesenden Ölmoleküle zündfähige Gemische sein, so daß bei Druckvergrößerung eine Entzündung stattfindet, die von Lohrentz beobachtet und untersucht wurde.“ 14 Natürlich kann aber der Dieseleffekt auch auftreten, wenn bereits bestehende Luftblasen im Öl komprimiert werden, also nicht erst durch weiche Kavitation entstanden sind. 2.2.5 WEITERE PROBLEME DURCH „LUFT IM ÖL“ Durch einen hohen Luftanteil in der Hydraulikflüssigkeit verändern sich auf Grund der Kompressibilität von Luft die Eigenschaften der Flüssigkeit stark. Es kann zu einem Nachfedern und dem Entstehen von Schwingungen im Hydrauliksystem kommen. „Auch Dichtungen können als Erreger und Verstärker [von Schwingungen] wirken. Sie werden dadurch einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt mit der Folge einer verkürzten Betriebsdauer.“ 15 3 SCHADENSBILD 3.1 BESCHREIBUNG DES SCHADENSBILDES UND PROBLEMATISCHER BEREICHE Luft in Druckflüssigkeiten kann sehr unterschiedliche Schadensbilder auslösen, weshalb hier nach der Schadensursache unterschieden werden muss. 3.1.1 SCHÄDEN AUSGELÖST DURCH EXPLOSIVE DEKOMPRESSION 16 Direkt nach der Entspannung finden sich häufig noch Blasen an der Oberfläche, welche sich meistens wieder zurückbilden. Typische bleibende Schädigungen sind Ausbrüche an der Dichtungsoberfläche und Risse im Kern, die sich zum Teil bis zur Oberfläche fortpflanzen, siehe Bilder 02 bis 06. 3.1.2 SCHÄDEN AUSGELÖST DURCH DEN DIESELEFFEKT Beim Dieseleffekt finden sich auf der geschädigten Dichtung Bereiche, in welchen der Gummiwerkstoff regelrecht verbrannt und depolymerisiert wurde. Er ist verantwortlich für relativ starke Schädigungen. Bei thermoplastischen Dichtungswerkstoffen entstehen neben den Verbrennungen auch angeschmolzene Bereiche. (Bild 07 und 08) 36 O+P Fluidtechnik 1-2/2020

DICHTUNGSTECHNIK 3.1.3 SCHÄDEN AUSGELÖST DURCH LUFTBLASENEROSION Bei der Luftblasenerosion gelangen komprimierte Bläschen durch den Dichtspalt. Durch die hohe Energie der Bläschen und der axialen Bewegungsrichtung entstehen parallele Riefen. Diese Riefen bilden Kanäle für den Folgeschaden einer Strömungserosion. Diese beiden Schadensbilder lassen sich nur schwer voneinander trennen. (Bild 09) 3.1.4 SCHÄDEN AUSGELÖST DURCH KAVITATION Bei Schäden durch Kavitation finden sich punktuelle, kraterförmige Ausbrüche. Diese können sowohl auf der Dichtung als auch am metallischen Gegenpart anzutreffen sein. (Bild 10) 3.2 AUSWIRKUNGEN DES SCHADENS Die oben beschriebenen Schadensmechanismen führen in den meisten Fällen nicht zu einem sofortigen Dichtungsausfall, sondern beginnen mit mehr oder weniger großen Leckagen. Als Folgeschäden kann eine Strömungserosion auftreten. 3.3 ABGRENZUNG ZU ÄHNLICHEN SCHADENSBILDERN Die Schädigung durch expandierende Luft (Explosive Dekompression) kann mit dem Schadensbild der Spaltextrusion verwechselt werden (Bild 11). Allerdings tritt die Spaltextrusion auf der druckabgewandten Seite auf, während es durch expandierende Luft zu Schädigungen auf der Druckseite kommt. Erosionsschäden können nicht nur durch Luft, sondern auch durch harte Druckstöße und einer daraus resultierenden Überströmung (Blow-by) verursacht werden (Bild 12). 4 PRÄVENTIONSMASSNAHMEN Die wichtigste Präventionsmaßnahme besteht darin die Luftkonzentration im Öl so gering wie möglich zu halten. Bei der Wartung von Anlagen sollten generell nie verschiedene Öle miteinander gemischt werden, da die unterschiedlichen Zusammensetzungen und Additivpakete das Luftabscheidevermögen negativ beeinflussen können. Dies erfordert innerhalb des Betriebes ein für jeden klar nachvollziehbares System, wo und wann welche Öle nachgefüllt werden dürfen und müssen. Auch wenn sich die mitunter langen Ölbezeichnungen unterschiedlicher Hersteller in nur wenigen Ziffern und Buchstaben unterscheiden, sind sie nicht gleich! Öle mit hohem Luftabscheidevermögen (LAV) sind zu bevorzugen und das Öl sollte im Betrieb möglichst sauber gehalten werden. Durch die Ölalterung (Oxidation), aber auch durch Verunreinigungen oder fälschlich zugemischtes Öl kann die Schaumneigung zunehmen. Außerdem sollte das Öl innerhalb der vorgeschriebenen Intervalle gewechselt werden. Durch regelmäßige Wartung von Dichtungen sollte sichergestellt werden, dass die Ölpumpe keine Falschluft zieht. Bei Riefen durch Luftblasenerosion ist man geneigt zuerst an eine Reduzierung des Dichtspaltes zu denken. Doch „solche Zerstörungen können auch durch engere Spalte nicht vermieden werden, denn sie haben nur insoweit mit dem Spalt zu tun, als der Druckabfall an dieser Stelle hinter der Dichtung entsteht. Nur eine Minderung des Luftanteils auf den Sättigungsgrad bei Normaldruck kann hier wirkliche Abhilfe schaffen.“ 17 Wo es konstruktiv möglich ist, sollten enge Strömungspalte oder große Querschnittsänderungen in Zusammenhang mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten reduziert oder vermieden werden. Ein gut gefiltertes Öl enthält weniger Feststoffpartikel, die andernfalls eine Strömungserosion beschleunigen und verstärken können. 5 PRAXISTIPPS Bei diesen größtenteils auf physikalischen Effekten beruhenden Schadensmechanismen gibt es von werkstofflicher Seite wenige Stellschrauben. Wie bei jeder Dichtungsanwendung sollte der Werkstoff chemisch mit den jeweiligen Druckflüssigkeiten verträglich sein und auch die üblichen Temperaturkollektive im betreffenden Hydrauliksystem ohne Schädigung aushalten können. In komprimierten Luftblasen können Temperaturspitzen zwischen 200 °C und 1 000 °C auftreten. Dies sind allerdings Bereiche, in welchen jeder polymere Werkstoff auf Dauer versagen wird. Hier wird es schnell klar, dass nur eine systematische Vermeidung solcher Temperaturspitzen Abhilfe schaffen kann, um eine nachhaltige Dichtungsfunktion zu ermöglichen. www.o-ring-prueflabor.de Autoren: Dipl.-Ing. Bernhard Richter, Geschäftsführer, O-Ring Prüflabor Richter GmbH, Großbottwar Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Blobner, Beratung, O-Ring Prüflabor Richter GmbH, Großbottwar Literaturverzeichnis 1 Internetinformation der Oelcheck GmbH, Brannenburg (Webseite aufgerufen am 16.09.2019): https://de.oelcheck.com/wiki/Hydraulikfl%C3%BCssigkeiten_und_deren_problematische_Vermischungen 2 Internetinformation der Oelcheck GmbH, Brannenburg (Webseite aufgerufen am 17.09.2019): https://de.oelcheck.com/wiki/Luft_und_Schaum_im_%C3%96l 3 nach PARKER Hannifin GmbH (Hrsg.): Dichtungshandbuch, August 1999, S. 14 4 Weiterführende Informationen und Schadensbilder: RICHTER, B. und BLOBNER, U.: Explosive Dekompression und Explosive Überhitzung – Starke und plötzliche Druck- oder Temperaturänderungen können gravierende Dichtungsschäden verursachen, Internetinformation des O-Ring Prüflabor Richter, März 2018, Link: https://www.o-ring-prueflabor.de/files/fachwissen-schaden-explosive-dekomp-03-2018.pdf (Zugriff auf die Webseite 16.09.2019) 5 Nach Lipphardt, P., Druckflüssigkeiten-Vorhaben Nr. 8 und 23. Untersuchungen über das Lösen und Abscheiden dispergierter Luft in Druckmedien und ihrer Wirkung in hydraulischen Kreisen, FKM-Abschlußbericht, 1976 zitiert in: KRAHL, Dominik und WEBER, Jürgen: Burning Hydraulics – Experimental Investigations of the Micro-Diesel Effect 11th International Fluid Power Conference 11. Ifk, Aachen, Group J-1, S. 539 6 PARKER Hannifin GmbH (Hrsg.): Dichtungshandbuch, August 1999, S. 106 7 SCHRADER, Klaus: Hydaulik-Dichtungen Teil II: Schadensbilder, -ursachen, -vermeidung in o+p Ölhydaulik und Pneumatik, Heft 5, Band 26, 1982, S. 358 8 PARKER Hannifin GmbH (Hrsg.): Dichtungshandbuch, August 1999, S. 103 9 GMBU – Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e. V, Fachsektion Halle.: Power Point Präsentation : 2.4 Was ist Kavitation?, Folie 2 (Webseite abgerufen am 17.09.2019): http://www.gmbu.de/cms/images/gmbu/ Halle/downloads/Folien_424_GRUNDLAGEN_II.pdf 10 Ebd., Folie 2 11 https://de.wikipedia.org/wiki/Kavitation#Technik (Webseite abgerufen am 16.09.2019) 12 GMBU – Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e. V, Fachsektion Halle.: Power Point Präsentation : 2.4 Was ist Kavitation?, Folie 19 (Webseite abgerufen am 17.09.2019): http://www.gmbu.de/cms/images/ gmbu/Halle/downloads/Folien_424_GRUNDLAGEN_II.pdf 13 Vgl. PARKER Hannifin GmbH (Hrsg.): Dichtungshandbuch, August 1999, S. 108 14 SCHRADER, Klaus: Hydaulik-Dichtungen Teil II: Schadensbilder, -ursachen, -vermeidung in o+p Ölhydaulik und Pneumatik, Heft 5, Band 26, 1982, S. 358 15 PARKER Hannifin GmbH (Hrsg.): Dichtungshandbuch, August 1999, S. 105 16 Dieses Unterkapitel wurde folgendem Fachartikel entnommen: RICHTER, B. und BLOBNER, U.: Explosive Dekompression und Explosive Überhitzung – Starke und plötzliche Druck- oder Temperaturänderungen können gravierende Dichtungsschäden verursachen, S. 2f., Internetinformation des O-Ring Prüflabor Richter, März 2018, Link: https://www.o-ring-prueflabor.de/files/fachwissen-schaden-explosive-dekomp-03-2018.pdf (Zugriff auf die Webseite 16.09.2019) 17 PARKER Hannifin GmbH (Hrsg.): Dichtungshandbuch, August 1999, S. 104 O+P Fluidtechnik 1-2/2020 37

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