O+P Fluidtechnik 10/2016

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG DICHTUNGEN STICK SLIP: BERÜHRENDE DICHTUNGEN IM WECHSEL VON HAFT- ZU GLEITREIBUNG Dr.-Ing. Mandy Wilke, Holger Jordan Neben der immer weiter steigenden Leistungsdichte und der gleichzeitig geforderten konstruktiven Gestaltung in Applikationen (z. B. Leichtbau) ist das Auftreten von Stick-Slip in Reibkontaktstellen mit Dichtungen vor Allem bei niedrigen Geschwindigkeiten ein für schwingungssensible Anwendungen kritisches Phänomen. Stick Slip oder Ruckgleiten kann in diesen Anwendungen zu störenden Vibrationen oder Geräuschbildungen führen. 76 O+P Fluidtechnik 10/2016

DICHTUNGEN 1 EINLEITUNG Das Ruckgleiten (Stick Slip) beschreibt den Reibkraftunterschied bei einer Relativbewegung von zumindest zwei zueinander beweglichen Maschinenteilen. Wechselnde Bedingungen der Reibung im Kontaktspalt bedingen das Variieren zwischen Haftreibung und Gleitreibung, was dann zu einem diskontinuierlichen Gleiten führt. Ist dieser Betriebszustand erreicht und wird die relative Geschwindigkeit weiter erhöht, findet keine Veränderung zum Haftreibungsbereich mehr statt und man befindet sich im Bereich der Gleitreibung mit kontinuierlicher Bewegung, vgl. [1]. Das Stick Slip Verhalten speziell in der Betrachtung mit Dichtelementen tritt also eher bei niedrigen Geschwindigkeiten auf beziehungsweise immer dann, wenn der Übergang von Haft- zu Gleitreibung stattfindet, siehe Bild 01. Die tribologischen Zustände im Dichtspalt sind beliebig komplex, so dass Randparameter wie Oberflächentexturen in Verbindung mit dem Druckfluid, dem Werkstoff der Dichtung und deren Geometrie unter dem variablen Einfluss von Druck und Temperatur alle in direkter Abhängigkeit untereinander die relevanten Parameter für die Reibung bestimmen. Beispielsweise beeinflusst die Temperatur einerseits die Ölviskosität andererseits aber auch den Modul des Dichtungs- werkstoffes, über die Laufzeit hingegen ändert sich die Gegenlauffläche zusätzlich an den Dichtkontaktstellen. All das hat direkten Einfluss auf das Reibverhalten der Dichtung. 2 THEORETISCHE BETRACHTUNG DER DICHTSTELLE Überträgt man das Feder-Dämpfer-Prinzip auf elastomere Werkstoffe in der Anwendung mit dynamischen Hydraulikdichtungen, so bedeutet dies das Heranziehen der entsprechenden Werte aus der Elastomer Technologie wie Speichermodul E´ und Verlustmodul E´´ zu E* (iω,T) = E‘ (ω,T) + E‘‘ (iω,T) (1) wobei der Verlustwinkel δ den Phasenversatz zwischen Dehnung und Spannung bezeichnet und sich rechnerisch aus dem Quotienten von Verlustmodul und Speichermodul ergibt: E '' tanδ = (2) E ' (2) Großes ∆F führt zu Stick Slip Neigung 01 Exemplarische Reibkraftmessungen von Stangendichtungen mit Stick-Slip-Neigung im niedrigen Geschwindigkeitsbereich [1] O+P Fluidtechnik 10/2016 77