Was ist der Sinn und Zweck von Kolbendichtungen?
Allgemein werden Dichtungen, wie zum Bweispiel Kolbendichtungen, benötigt, um ungewollte Stoffverluste oder Stoffübergänge zu vermeiden. Dies ist eine Grundlage der Dichtungstechnik. Um sich ein Bild über die zur Verfügung stehenden Dichtungsarten zu machen, ist es in der Regel notwendig, sich genügend Wissen darüber anzueignen. Dafür bietet die Handwerkskammer Kurse an, welche sowohl theoretisch als auch praktisch zentrale Fragestellungen über jedwede Art von Dichtmechanismus beantworten.
Wirkmechanismen des Dichtmechanismus zwischen Reibung & Verschleiß
Die Hauptursache für Verschleiß ist die Reibung. Bereits ein Schmierfilm zwischen zwei aneinander reibenden Flächen kann dazu beitragen, Verschleißerscheinungen signifikant zu reduzieren. Zur Bestimmung des sogenannten Reibwertes beziehungsweise Reibungskoeffizienten ist es notwendig, eine Reibwertmessung vorzunehmen. Diese Messung kann sowohl für Metalle, Elastomere, Kunststoffe sowie alle anderen Formen von Feststoffen vorgenommen werden. In einem arbeitenden System, wie zum Beispiel der Maschine, ist dies ein Maß zur Langlebigkeit. Zur Realisierung einer speziellen Dichtfunktion, ist es somit zunächst notwendig, unerwünschte Einflüsse auf die Dichtung auszuschließen und eine gewünschte Pressungsverteilung vorzunehmen.
Die technischen Anforderungen an Dichtungen
Jedwede Art von Dichtung beschränkt den Stofftransport von zwei abgeschlossenen Räumen. Da zwischen diesen beiden Kompartimenten zumeist unterschiedliche Druck- und Temperaturverhältnisse vorliegen, ist die Forderung nach einer vollkommenen Abdichtung nahezu unrealistisch. Dies ist bei einer dynamischen Dichtung, wie der Kolbendichtung, umso gravierender. Hier werden zumeist kleine Minimalleckagen in Kauf genommen. Dies heißt jedoch nicht, dass damit keine optimale Dichtwirkung erzielt werden kann. Vielmehr wird die geometrische Auslegung der Dichtlippe so konzipiert, dass rechnerisch mehr Fluid in den abzudichtenden Raum zurückfließt als umgekehrt. Um eine optimale Dichtwirkung zu erreichen, ist somit die Elastizität des Ausgangsmaterial von entscheidender Natur, da dieses mikroskopisch kleine Welligkeit und Aufrauhungen ausgleichen muss.
Verschiedene Dichtungen komplettieren den Hydraulikzylinder
Bewegen sich Dichtelemente relativ zueinander, wie es beim Kolben der Fall ist, so werden für dessen Abdichtung dynamische Dichtungen benötigt. Dazu gehören neben den bereits erwähnten Kolbendichtungen ebenfalls Stangendichtungen, Abstreifer, O-Ringe und Stützringe. Des Weiteren werden Führungs- und Kombinationselemente ebenfalls zu den Dichtelementen gezählt. Diese sogenannten Hydraulikzylinder-Dichtungen müssen bestimmte technische Eigenschaften besitzen, um eine reibungslose Arbeitsweise des Maschinenbauteils zu gewährleisten. Neben der bereits erwähnten Elastizität, welche das perfekte Anschmiegen metallischer Bauelemente zueinander gewährleisten, gehört dazu ebenfalls die chemische Beständigkeit der Materialzusammensetzung. Des Weiteren sollten die Hydraulikzylinder-Dichtungen unempfindlich gegen Abrasion sowie Temperaturschwankungen sein.
Werkstoffe, welche die Qualität von Kolbendichtungen erhöhen
Materialtechnisch ist es letztendlich der verwendete Werkstoff, welcher einen erheblichen Einfluss auf die Qualität zur Verfügung stehender Hydraulikzylinder-Dichtungen hat. Diese werden zunächst in Temperaturbereiche unterteilt, wofür die Dichtung zuständig ist. Bewegt sich das Bauelement im Niedertemperaturbereich beziehungsweise normalen Temperaturbereich, ist ein thermoplastisches Elastomer auf Poly-Urethanbasis, kurz TPU, die beständigste Lösung. In hohen Temperaturbereichen ist der Werkstoffe Polytetrafluorethen, kurz PDFE, besonders gut geeignet. Um eine hohe Quellbeständigkeit zu erreichen, hat sich hingegen Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, kurz NBR, bewährt.
Kolbendichtungen in der Automobilindustrie
Mit der Verdrängung des Verbrennungsmotors sind Kolbendichtungen keineswegs vom Automobilmarkt verschwunden. Vielmehr entstehen neue Fahrzeugkonzepte, die primär von der Luft- und Raumfahrtforschung vorangetrieben werden. Eines dieser Lösungen heißt Freikolbenlineargenerator, kurz FKLG. Dabei handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der Strom erzeugt. Da dieser mit verschiedenen Kraftstoffen betrieben werden kann, könnte dieser Motor Pionierarbeit leisten, um Elektromobilität letztendlich alltagstauglich zu machen.