29.03.2019 Schäden erkennen und vermeiden

In der Literatur wird das Schadensbild „Übermäßiger Abrieb“ auch als „Übermäßiger Abtragverschleiß“ oder „Abriebverschleiß“ bezeichnet. Dieses Schadensbild tritt vorwiegend bei bewegten Abdichtungen auf und kann sehr viele verschiedene Ursachen haben:

• Normalerweise sind Gummidichtungen um ein Vielfaches weicher als die Bauteile, in denen sie montiert sind, und daher anfällig für Verletzungen und Abrieb. Besonders ist bei bewegten Dichtungen darauf zu achten, dass die Gegenlauffläche (Bild 1) möglichst glatt ist (bis ca. 1  µm Rz) und keine scharfen Kanten oder Übergänge aufweist.
• Durch abrasive Feststoffpartikel (Hydroabrasion (Bild 2)), die in Medien gelöst sind, kommt es meist zu Riefen in den Dichtflächen, welche durch Erosion ausgewaschen und vergrößert werden.
• Beim erstmaligen Anlaufen von Maschinen erfahren dynamisch eingesetzte Dichtungen meist einen kurzen Trockenlauf, bis sie mit Schmiermittel versorgt werden. Für kurze Zeiten ist dies noch nicht problematisch. Bleibt die Schmierung im laufenden Betrieb jedoch aus, kann schon nach kurzer Zeit die Dichtung so stark abgerieben werden, dass sie komplett ausfällt.
• Ein häufiger konstruktiver Fehler ist eine zu ungenau definierte Oberflächenbeschaffenheit der Gegenlaufflächen. Es sollte nicht nur die Rauheit vorgegeben werden, sondern auch das Bearbeitungsverfahren bzw. die Topologie der Oberflächen. Durch zu geringe Vorpressung der Dichtung (z.B. fehlende Berücksichtigung des Durchmesserspiels) kann es zu einer Strömungserosion kommen.
• Bei harten Druckstößen in Hydrauliksystemen können auch statisch eingesetzte Dichtungen Abrieb erfahren. Besitzt die Dichtungsbuchse ein zu großes Axialspiel (Bild 3), kann die „statische“ Dichtung trotz des geringen axialen Hubs (wenige 1/10 mm) aufgrund der häufigen Druckstöße dennoch stark geschädigt werden.
• Ungeeignete Dichtungsrezepturen können übermäßigen Abrieb verursachen. Es empfehlen sich Mischungen mit aktiven Füllstoffen. Ebenso sind das Basispolymer und die Vernetzungsdichte der fertigen Dichtung von Bedeutung. Für extreme Anforderungen an Verschleißbeständigkeit eignen sich besonders thermoplastische Polyurethan-Kautschuke.
• Kritisch kann auch ein Wechsel des Schmierstoffes mit schlechteren tribologischen Eigenschaften werden, wenn dadurch die Mischreibungsphase erheblich verlängert wird.
• Auch eine übermäßige Dichtungsquellung (>10   %) kann ungewollten Abrieb verursachen.

Schadensbild und problematische Bereiche: Generell gilt nach Abtragverschleiß, dass die Dichtungen einen nachweisbaren Masseverlust aufweisen. Vorrangig zeigen sich an Stellen mit abgetragenem Material zwei Schadensbilder: Entweder ist die Schadensfläche glatt und glänzend (flächiger Verschleiß) oder sie zeigt Riefen mit oder ohne Partikelresten. Bei abgeriebenen Dichtungen ist normalerweise die Elastizität des Materials noch komplett erhalten, es zeigen sich also keine Alterungserscheinungen.

Abgrenzung zu ähnlichen Schadensbildern: Der Schaden „Bleibende Verformung“ kann auf den ersten Blick einem übermäßigen Abrieb ähneln. Erosionsschäden an Dichtungen durch überschießende Luft oder Blowby-Effekte können ähnlich wie bei der Hydroabrasion riefenartige Strukturen erzeugen.

Präventionsmaßnahmen: Eine wichtige Vorbeugemaßnahme gegen Hydroabrasion ist eine regelmäßige Ölwartung und der Einsatz von geeigneten Filtern. Außerdem sind Abstreifer bei Stangendichtungen, wie auch der Einsatz von abriebbeständigen, hochwertigen Dichtungsrezepturen zu empfehlen.

Praxistipps (Prüfmöglichkeiten/Normempfehlungen): Es gibt zwar Abriebprüfmethoden (z.B. DIN ISO 4649), die aber für Dichtungsanwendungen lediglich die Werkstoffvorauswahl erleichtern. Die Tauglichkeit in Bezug auf Abrieb sollte in möglichst realitätsnahen Versuchsständen nachgewiesen werden.

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Link zum ISGATEC-Werkstoffkompass

Bild 1: Übermäßiger Abrieb, verursacht durch eine schlechte Gegenlauffläche (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 2: Innenseite eines aufgeschnittenen EPDM-O-Rings aus einem Thermostatventil: In den Riefen sind deutlich Metallpartikel zu erkennen (Hydro­abrasion) (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Bild 3: Abrieb eines „statisch“eingesetzten O-Rings durch Axialhub (Bild: O-Ring Prüflabor Richter GmbH)