Lubrication Management erweitert die Einsatzgrenzen, die sich aus Belastung, Reibung, Verschleiß und damit Lebensdauer ergeben. Mit FEM wurden die grundlegenden Zusammenhänge ermittelt und dann versuchstechnisch abgeglichen und belegt. Um die Besonderheiten der Einflussgrößen im Tribosystem besser beurteilen zu können, werden unterschiedliche Prüfstände mit entsprechender Variation der Prüfparameter verwendet.

Reibung wird bei unterschiedlichen Druck- und Geschwindigkeitswerten gemessen, Verschleiß bei anspruchsvollen Lastkollektiven wie zum Beispiel Temperatur, Geschwindigkeit und Druck beurteilt. Eine Bewertung der Stangenoberflächenveränderungen erfolgt im Besonderen bei Kurzhub- und Hochfrequenzbeaufschlagung der Stangenbewegung bis 50 Hertz (+/-0,5 Millimeter).

Verschleißbilder der Dichtsysteme im Vergleich, Bild: Trelleborg
Dichtungs-Profile im Vergleich: Der Vorspannungsverlust der Primärdichtung konnte mittels der verringerten Belastung durch das Lubrication-Management-Konzept an der Primärdichtung von 6,8 auf 3,8 Prozent reduziert werden. Bild: Trelleborg

Bei Betrachtung des Verschleißes der Dichtungen, der unter anderem über den Vorspannungsverlust (W-Maß Änderung) bestimmt werden kann, werden die Vorteile deutlich. Der Vorspannungsverlust der Primärdichtung konnte mittels der verringerten Belastung durch das Lubrication-Management-Konzept an der Primärdichtung von 6,8 auf 3,8 Prozent reduziert werden. Diese Effekte sind auch bei Reibkraftmessungen nachweisbar.

Vergleich von Reibkraftmesswerten, Bild: Trelleborg
Die Reibkraftmesswerte eines Standard-Polyurethan-Dichtsystems (PUR) und das Dichtsystem mit Anwendung des Lubrication Managements an der Primärdichtung (LM) unterscheiden sich deutlich. Bild: Trelleborg

Im kausalen Zusammenhang mit der gemessenen Reibung zeigen sich Vorteile im Verschleißverhalten der Primärdichtung. Insbesondere auch bei Kurzhubanwendungen verbessert sich das Verschleißverhalten der Sekundärdichtung, was Auswirkungen auf das Einlaufverhalten der Gegenlaufflächen hat. Dieser Versuch wurde auf demselben Verschleißprüfstand durchgeführt. Dabei wurde der Hub auf zehn Millimeter reduzierte und der Druck auf konstant 25 Megapascal eingestellt. Die Geschwindigkeit betrug vier Millimeter pro Sekunden bei 80 Grad Celsius über eine Million Doppelhübe. Es wurde an der Gegenlauffläche weder im Bereich der Primärdichtung noch im Bereich der Sekundärdichtung eine messbare Änderung der Rauheitskennwerte festgestellt.

Die Auswirkungen des Lubrication Managements zeigt sich auch bei hochfrequenter Belastung. Der Vorspannungsverlust der Primärdichtung und der Sekundärdichtung wurde in einem Hochfrequenzbelastungstest (1/20 Hertz, fünf Megapascal und 80 Grad Celsius) über 288 Stunden getestet.

Vorspannungsverluste von Primär und Sekundärdichtung, Bild: Trelleborg
Im Vergleich reduzieren sich mit dem Lubrication-Management-Konzept die Vorspannungsverluste. Bild: Trelleborg

Die reduzierte Belastung des Tribosystems steigert die Robustheit, was bei der Verwendung von Verschleiß fördernden Topographiestrukturen einer Gegenlauffläche die Standzeit des Dichtsystems verbessert. Beispielhaft wird hier eine Al2O3-beschichtete Kolbenstange für die entsprechende Versuchsreihe eingesetzt.

Die Topographie der verwendeten Kolbenstange zeigt die typische Stuktur dieser Art von Beschichtungen, die Rz-Werte liegen hier bei circa 2,5 Mikrometer. Die Profil- und Verschleißbilder der Versuchsdichtungen, die mit dieser Oberfläche getestet wurden, belegen die positive Auswirkung des flachen Gradienten der Kontaktpressung.

Grundsätzlich kann Lubrication Management mit allen Dichtungswerkstoffen ausgeführt werden und erweitert die entsprechenden Leistungsgrenzen der jeweiligen Werkstoffgruppen erheblich. Auch große Durchmesser sind für gedrehte Ausführungen in zum Beispiel PTFE oder UHMPE Compounds keine Schwierigkeit.