Vernachlässigt und unterschätzt 1

Tribologiefehler bei Dichtungen.  Dichtungen sind für Instandhalter ein großes Sorgenkind, sind sie nicht selten Ursache für Wälzlagerfrühausfälle, undichte Hydraulikzylinder und Getriebe. Die Wurzel des Übels kann mitunter ein Auslegungs- oder Konstruktionsfehler sein wie beispielsweise fehlender Schmierstoff oder ein falscher. Nachfolgend einige Tipps für Konstrukteure, wie sie Tribologiefehler bei Dichtungen vermeiden können.

Dichtungen sind Polymere und brauchen wie Metalle oder andere Kunststoffe auch zur Reibungsminderung und zum Verschleißschutz einen Schmierstoff. Der Konstrukteur kann auf verschiedene Systeme  zurückgreifen und aus mannigfaltigen Produktangeboten auswählen. Für jede Anwendung gibt es auf dem Markt den passenden Schmierstoff. Die Kunst liegt also eher darin, den richtigen zu finden.

Hilfreich für die richtige Entscheidung ist, sich über das Leistungsprofil im Klaren zu sein. Wird der Schmierstoff etwa benötigt um Einbaufehler auszuschließen, hat der Schmierstoff nur über eine bestimmte Zeit die Schmierfunktion zu übernehmen und wird dann durch den Betriebsschmierstoff ersetzt, oder ist er für eine tribologische Langzeitfunktion vorgesehen? Jede Abwendungs-Kategorie ergibt ein anderes Schmierstoff-Anforderungsprofil, was in letzter Konsequenz auch ein anderes Produkt bedeutet.

Sollen mit ein und demselben Schmierstoff das Einbauverhalten verbessert und Lebensdauerschmierung realisiert werden, ist ein übergeordnetes Profil zu entwickeln. Ist das Anforderungsprofil erstellt, muss es in die Schmierstoffsprache, in typische Schmierstoffkennwerte, übersetzt werden. Diese sind dann die Basis für einen Soll/Ist-Vergleich verschiedener Produkte.

Verschleiß verschiedener Elastomere in Abhängigkeit des Schmierzustands.

Auf was ist nun zu achten? Viele der in den Herstellerinformationen und Datenblättern angeführten Kennwerte und Prüfwerte sind für die Dichtungsschmierung unpassend. Andere wichtige Informationen sind oft so vage, dass sie nicht genutzt werden können oder fehlen ganz. Wichtiges Auswahlkriterium ist bei Schmierölen und Schmierfetten die so genannte Grundölviskosität. Hier gilt eine einfache Faustregel: Je höher die Gleitgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Reibpartnern, desto geringer sollte die Viskosität sein und je niedriger sie ist, desto höher soll die Viskosität sein.

Der Konstrukteur muss kritisch hinterfragen
Ein weiteres wichtiges Auswahlkriterium ist die Schmierölart. Bei einem mineralölbasierten Produkt wird aber meistens verschwiegen, ob es sich um eine aromatische, paraffinbasische oder naphthenbasische Variante handelt. Diese Information ist aber wichtig und sollte auf jeden Fall abgeklärt werden. Auch bei den Polyglykol-, Ester- oder Siliconölen werden verschiedene Modifikationen angeboten. Auch hier sollte der Konstrukteur kritisch hinterfragen.

Bei allen Kunststoffanwendungen ist es zwingend notwendig, Informationen über Art und Anteil der Schmierstoffadditive einzuholen. Bei der Kunststoffschmierung sind Schmierstoffadditive eher störend als helfend.

Das gilt auch für Korrosionsschutzadditive und Alterungsinhibitoren. Werden diese Schutzfunktionen für eine Anwendung benötigt, ist vor der Produktfreigabe die Wechselwirkung, unter realistischen Bedingungen und mit dem Originaldichtungswerkstoff, zu überprüfen.

Viele der in den Unterlagen der Schmierstoffhersteller angegebenen Reibungs- und Verschleißwerte können für die Auswahl eines Dichtungsschmierstoffes nicht herangezogen werden. Schmierstoffstandardprüfungen werden in aller Regel mit Metallkombinationen durchgeführt. Das Beanspruchungskollektiv ist also nicht kunststoffgerecht. Auch werden eventuelle Wechselwirkungen zwischen Schmierstoff und Dichtung so nicht miterfasst.

Und wie steht es mit der Verträglichkeit? In manchen Firmenprospekten werden Angaben zur Verträglichkeit zwischen Schmierstoff und Dichtungswerkstoffen gemacht. Diese können bestenfalls eine Groborientierung sein. Danach für eine Anwendung die Freigabe auszusprechen, kann zu bösen Überraschungen führen. Der Grund hierfür ist:

  • Viele Verträglichkeitstests werden häufig mit Standardreferenzelastomeren (SRE) durchgeführt. Diese haben mit einem realen Dichtungswerkstoff nur bedingt zu tun.
    Werden fertige Formulierungen getestet, werden diese oft leichtfertig auf andere Produktformulierungen übertragen.
  • Bei den meisten Verträglichkeitsprüfungen werden die Prüfkörper in den Schmierstoff voll eingetaucht. Der Sauerstoffeinfluss und dessen negative Auswirkungen können so nicht erkannt werden.
  • Die Prüfkörper sind während der Prüfung keiner Belastung ausgesetzt, was in der Praxis nicht der Fall ist.
  • Es wird ein Frischschmierstoff verwendet. Die Einflüsse der Schmierstoffveränderung durch die Alterung bleiben unberücksichtigt.

Die Schwachstellen der gängigen Verträglichkeitsprüfungen sollte der Konstrukteur bei der Produktauswahl berücksichtigen. Eine wirklich verwertbare Aussage setzt voraus, dass unter realistischen Bedingungen die Kombination Serienschmierstoff und Seriendichtung überprüft wird. Praxiserfahrungen mit ähnlichen Anwendungen können hier gut weiterhelfen.

Wer die Qualität seiner Maschine oder Anlage wirklich ernst nimmt, muss auch beim Schmierstoff sagen, was für ihn wichtig ist. Die Vorgaben hat der Konstrukteur zu machen. Bei der Dichtungsschmierung sind Produktveränderungen viel gefährlicher als bei Metallanwendungen. Durch die Globalisierung besteht heute die Gefahr mehr denn je, selbst wenn sich am Rezept und an der Rezeptur nichts ändert. Denn oft wird, wenn in fremden Ländern produziert, auf lokale Rohstoffe zurückgegriffen und die können dann ein anderes Verhalten ergeben.

Aufschluss und Sicherheit gibt ein IR (Infrarotspektroskopie) des Schmierstoffes. Abweichungen in der Zusammensetzung zeigen sich in einem Vergleich mit dem Referenzspektrum. Werden bei einer Schmierstofflieferung differierende Werte festgestellt, ist die Verwendung des betroffenen Schmierstoffes bis zur Abklärung zu stoppen. Ist bei einer Anwendung die enge Toleranz der Grundölviskosität sehr wichtig, um ein weiteres Qualitätsmerkmale anzusprechen, reicht eine pauschale Viskositätsangabe wie ISO -VG… nicht aus; die gemessene Viskosität und der Viskositätsindex sind dann wichtig.

Die Auftragstechnik nicht vergessen
Das gleiche gilt bei Schmierfettpenetration. Ist sie ein Qualitätsmerkmal für eine Anwendung, so sollte man sich nicht mit der Konsistenzklasse zufrieden geben, sondern sich die tatsächliche Penetration der Herstellcharge mitliefern lassen.

Schmieröle und Schmierfette werden bei Kleinserien-Dichtungsanwendungen oder in der Montage häufig per Hand appliziert. Hierbei ist es wichtig, dass der Konstrukteur vorschreibt, wie viel Schmierstoff und wie dieser aufzutragen ist. Für größere Serien besteht die Möglichkeit, eine Schmierstoffemulsion zu verwenden. Die Dichtung wird darin eingetaucht und kann nach dem Abdampfen des Lösungsmittels einbaut werden.