Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Elastomerdichtungen durch Reibungsminimierung

Abstract

In dieser Arbeit werden die Reibeigenschaften verschiedener Elastomermischungen gegen starre, raue Gegenlaufflächen untersucht. Dadurch soll, insbesondere für die hydrodynamische Elastomerreibung, ein besseres Verständnis erzielt werden, um z. B. Potentiale zur Energieeinsparung durch Reibungsminimierung zu erkennen. Es werden drei unterschiedliche Anwendungsbeispiele behandelt. Das Ziel ist bei allen, die Reibeigenschaften hinsichtlich einer bestimmten Anwendung zu optimieren. In den hier betrachteten Fällen bedeutet dies eine Minimierung der auftretenden Reibkräfte, die entweder durch einen flüssigen Schmierstoff oder durch eine intrinsische Schmierung, hervorgerufen durch eingebrachte Festkörperpartikel mit speziellen Eigenschaften, erreicht wird. Dazu werden, neben einer umfassenden Charakterisierung der beteiligten Materialien, vor allem stationäre und oszillatorische Reibuntersuchungen mit einem Lineartribometer durchgeführt. Im ersten Anwendungsbeispiel werden RWDR aus NBR oder FKM mit einem Mineralöl oder PAG als Schmierstoff untersucht. Im zweiten Anwendungsbeispiel wird die Wirkung von Bremsflüssigkeiten aus Polyglykol auf Bremszylinder aus EPDM und Pumpenkolben betrachtet. Im dritten Anwendungsbeispiel wird die Möglichkeit einer Reibreduzierung durch schichtförmige, kohlenstoffbasierte Festkörperpartikel in verschiedenen Elastomermischungen aus EPDM, NBR oder einem NR/BR-Blend untersucht. Alle Anwendungsbeispiele werden durch jeweils geeignete Modellsysteme nachgestellt. RWDR sind besonderen Anforderungen ausgesetzt, falls die Welle oszillierende Bewegungen ausführt. Auch längere Stillstandszeiten führen zu hohen Kräften beim Anfahren und hängen mit dem Spreitparameter zusammen. Tribologische Messungen sind geeignet, um Bremsflüssigkeiten hinsichtlich ihrer Wirksamkeit zu bewerten. Bei einem zu hohen, negativen Gradienten des Reibwerts im Mischreibungsbereich tritt verstärkt Stick-Slip auf und lassen zu raue Dichtungen schneller verschleißen. Die Stick-Slip-Frequenz wird mit der Rauheit des Gummis und der Geschwindigkeit in Zusammenhang gebracht. Durch GnP wird auf glatten Gegenlaufflächen in Elastomermischungen eine deutliche Reibungsminimierung im Gegensatz zur Verwendung von Ruß erreicht. Die übrigen mechanischen Eigenschaften sind jedoch schlechter und eine gute Dispersion der GnP ist eine Herausforderung. Die Verwendung von beiden Füllstofftypen in Kombination kann die Vorteile vereinen.