Ein Beitrag zum Verständnis des Verschleißverhaltens im System Radialwellendichtring

Zur Abdichtung von rotierenden Wellen können Radialwellendichtringe (RWDR) aus Elastomer eingesetzt werden. Sie sollen Leckage aus Maschinen, wie z.B. Getrieben, verhindern und dem Eintritt anderer Medien in das abzudichtende System entgegenwirken. Für ein funktionierendes Dichtsystem ist ein perfektes Zusammenspiel aus Dichtring, Wellenoberfläche, Schmierstoff und den Einsatzbedingungen dieser drei Hauptkomponenten erforderlich. Im Dichtkontakt spielt sich eine hochkomplexe Kombination mechanischer und chemisch-physikalischer Wechselwirkungen ab. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von leistungsfähigen Schmierstoffen für die Hauptkomponenten der abzudichtenden Maschine, wie z.B. Wälzlager oder Zahnräder, steht im Einklang mit dem Drang nach Erweiterung ihrer Leistungsdichte und Einsatzgrenzen sowie Steigerung der Lebensdauer solcher Systeme. All das muss das Dichtsystem Radialwellendichtring ertragen und steht daher seit seiner Entwicklung trotz vielschichtiger Forschung immer wieder vor neuen anspruchsvollen Herausforderungen und ungeklärten Phänomenen. Eine dieser offenen Fragestellungen betrifft das Verschleißverhalten der Gegenlauffläche, die bei bestimmten Materialkombinationen zu extremem Verschleiß neigen kann. Hier gibt es bei der Erklärung der Ursachen uneinheitliche Ansätze und daher Forschungsbedarf hinsichtlich der gezielten Aufklärung dieser Fragestellung. Diese Arbeit widmet sich der Identifikation und Aufklärung von Verschleißmechanismen im Dichtkontakt auf mehreren Skalen und deren oberflächen-morphologischer Ausprägung an Dichtring und Welle. In Abhängigkeit von Schmierstoff, Elastomer und Wellenwerkstoff werden Verschleißprozesse systematisch am Dichtsystem mit RWDR, als auch an einem speziellen Tribometer für den Dichtkontakt, reproduziert und analysiert. Durch den gezielten Einsatz von Oberflächenanalytik werden chemisch-physikalische Aspekte auf der mikroskopischen Ebene mit tribologischer Relevanz für den Dichtkontakt mitbetrachtet. Zentral wird so die Entstehung des Verschleißes an der Gegenlauffläche aufgeklärt. Daraus werden Gegenmaßnahmen für die Reduktion von Verschleiß abgeleitet. Um im Rahmen der Modellbildung der Wirkmechanismen auch die nicht messtechnisch erfassbaren Größen, wie die lokalen Schmierspalthöhen, den Flüssigkeits- und Festkörperkontaktdruck oder die Festkörperverformung berücksichtigen zu können, werden die Verschleißvorgänge mit Finite-Elemente-Simulationen am Dichtsystem mit RWDR und am Tribometer sowie in einem mikroskopischen Tribosimulationsmodell auf Basis experimentell ermittelter Eingangsdaten nachgebildet und analysiert