O+P Fluidtechnik 6/2018

Gewichtsänderung
HYDRAULIKSYSTEM
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED
03
04
Schädigungsstellen an einem dreifachen Ester [Boy02], [Tot03]
Hydrolyse
Thermolyse
6%
5%
4%
3%
2%
1%
0%
-1%
-2%
Oxidation
Gewichtsänderung der Axialscheibendichtelemente aus Polyamid [Tum82]
freihängend im Tank
Einbauzustand
0%
und eine ohne Wasser durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen
sind in Bild 02 gezeigt.
Die Neutralisationszahl und damit die Menge der sauren Oxidationsprodukte
ist mit Wasser jeweils deutlich größer als ohne. Noch
deutlicher wird der Einfluss des Wassers, wenn der zeitliche Verlauf
der Oxidationszahlen berücksichtigt wird. Während es beim
Kupferkatalysator 3000 h dauerte, um die Neutralisationszahl ohne
Wasser zu erreichen, dauerte es mit Wasser nur 100 h. Bei Wasser
und Eisen wurde die Neutralisationszahl nach 400 h bestimmt. Alle
anderen Versuche dauerten länger als 3500 h.
Bioverträgliche Flüssigkeiten, wie z.B. auf Esterbasis, werden
insbesondere in ökologisch sensiblen Gebieten der Land- und
Forstwirtschaft sowie in Trinkwasserschutzgebieten verwendet. Sie
zeichnen sich durch schnelle Abbaubarkeit aus. Der Grund hierfür
ist die Hydrolyse, die durch Anwesenheit von Wasser stattfindet. In
Bild 03 sind verschiedene Schädigungsstellen an einem dreifachen
Ester gezeigt (links). Eingekreist ist die Schädigungsstelle durch
Hydrolyse. Im rechten Teil des Bildes ist die Zersetzungsreaktion
gezeigt.
Die zweiwertige Alkoholgruppe (im Bild links, eingekreist) weist
nur eine geringe hydrolytische Stabilität auf. Wasser löst diese Stelle
auf und bildet einen Alkohol. Der abgespaltete Molekülrest wird zu
einer Säure (im Bild rechts). Dadurch kann eine Versäuerung des
O
1%
Wassergehalt (Volumen-%)
O
H 2
O R 1
C
H +
R 1
O
H + R 2
R2
5%
C
OH
OH
Systems entstehen, wodurch metallische
Komponenten korrosiv angegriffen
werden können. Des
Weiteren greift die Säure Farben,
Kunststoffe und Dichtelemente an,
was weitere Schäden im System
nach sich zieht. Insbesondere kann
es durch Partikelablösungen zu einer
beschleunigten Beeinträchtigung
der Zuverlässigkeit und einen
beschleunigten Verschleiß der
eingesetzten hydraulischen Komponenten
kommen [Boy02, Jac12].
2.2 DICHTELEMENTQUEL-
LUNG UND -SCHWINDUNG
Dichtelemente in hydraulischen
Systemen haben die Aufgabe, das
Austreten von Flüssigkeit in die
Umgebung zu verhindern. Dadurch
wird die ordnungsgemäße Funktion
des Systems gewährleistet. Dichtelemente
kommen direkt mit der
Flüssigkeit in Kontakt und reagieren
mit dieser. Durch Wasserkontamination
der Druckflüssigkeit können
Dicht elemente Quellen oder
Schwinden [Tum82]. Wenn spezifische
Grenz werte überschritten
werden, nimmt im Quellfall das
Volumen sowie bei dynamischen
Dichtelementen die Reibung zwischen
den abzudichtenden Partnern
zu und es besteht die Gefahr, dass
das Element aus seiner Montagenut
gequetscht wird, wodurch die Dichtwirkung
schlagartig wegfällt. Beim
Schwinden nimmt das Volumen des
Dichtelements ab wodurch es zu
Leckage kommen kann.
In [Tum82] wird der Einfluss von
Wasser in Druckflüssigkeiten auf
Dichtelemente aus Polyamid, einem Thermoplast, die die
Axialscheiben einer Innenzahnradpumpe gegen das Gehäuse
abdichten, untersucht. Als Kriterium wurde die Gewichtsänderung
der Elemente nach einer definierten Zeit unter Einwirkung
verschie dener Flüssigkeitstypen und Wassergehalte herangezogen.
Die Dichtelemente wurden im eingebauten Zustand und frei
hängend im Tank untersucht.
Bild 04 zeigt die Ergebnisse der Untersuchungen mit der Druckflüssigkeit
HLP. Die Proben wurden der Flüssigkeit mit unterschiedlichen
Wassergehalten für 2000 h ausgesetzt. Die resultierenden
Gewichtsänderungen sind auf der Ordinate aufgetragen.
Es zeigt sich ein Einfluss des Wassergehaltes der Flüssigkeit auf
die Gewichtsänderung des Bauteils. Bei trockener Flüssigkeit
(0% Wassergehalt) verlieren die Dichtelemente an Gewicht. Das
kann durch das Herauslösen von Weichmachern und anderen
löslichen Stoffen erklärt werden. Bei höheren Gehalten wurde
Quellen beobachtet was mit einer Gewichtszunahme verbunden
war. Wasser diffundiert aus der Flüssigkeit in den Dichtungswerkstoff.
Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je höher der Wassergehalt
in der Flüssigkeit ist.
Hersteller von Dichtelementen geben für die eingesetzten
Materialien Beständigkeitslisten mit Umgebungsmedien, sowie
Empfehlungen aus, an denen sich Anwender orientieren können.
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