Dual-Schicht reduziert Reibung von Dichtungen für translatorische Bewegungen

In einem umfassenden Benchmark von Kolbendichtungen hat Freudenberg Simrit die verschiedenen Bauarten – Verbund-Kolbendichtung, O-Ring, D-Ring, eine Kombination aus O-Ring mit PTFE-Gleitring und Nutring – miteinander verglichen. Kriterien für diesen Abgleich waren:

Eine Kombilösung aus PTFE- und O-Ring erwies sich hinsichtlich eines geringen Reibverhaltens als führend. Die Grundidee für die Entwicklung zukunftsweisender Dichtungen für translatorische Bewegungen war damit geboren: Es sollen die jeweils besten Eigenschaften dieser Lösungen durch das feste Verbinden einer PTFE-Folie mit einem Elastomerelement oder Elastomer-Metall-Verbundteil vereint werden.

Mit diesem Entwicklungsansatz zeichneten sich faszinierende Lösungen beispielsweise für den hydraulischen Schaltkolben in der Getriebetechnik ab. Gerade hier erwies sich bisher das komplexe Reibungsverhalten der Schaltkolbendichtung als Bremsklotz auf dem Weg zu höherem Schaltkomfort und optimierter Leistung. Dieses Verhalten wird von zahlreichen Parametern beeinflusst, denn Gummi als Dichtungswerkstoff zeigt je nach Temperatur, Schmiermittel und Bewegungsgeschwindigkeit immer ein unterschiedliches Reibverhalten und demzufolge der Getriebekolben ein nichtlineares Bewegungsverhalten. Zudem verhindern bisher Losbrechmomente, Stick-Slip-Effekte und eine Hysterese zwischen Ein- und Ausfahren des Kolbens das Erreichen eines definierten und über Millionen von Schaltzyklen reproduzierbaren Schaltverhaltens. Diese komplexen Reibeigenschaften erfordern Kompromisse in der Applikation und Auslegung der Schaltstrategie. Sie erwiesen sich damit auch als wesentliches Hemmnis für Komfort- und Leistungsverbesserungen.

Auf Basis der Elastomer-PTFE-Kombination wurde die Getriebekolbendichtung Torque Control Seal (TCS) entwickelt, welche die sehr guten Gleiteigenschaften von PTFE mit der Steifigkeit, Zentrierung und der nutringähnlichen Lippengeometrie der bisherigen Verbund-Getriebekolbendichtungen mit Metallträger kombiniert.

Das Aufbringen der PTFE-Folie auf ein Elastomer-Metall-Verbundteil ist ein komplexer Vorgang, den Freudenberg Simrit in den letzten 15 Jahren für unterschiedliche Dichtungslösungen im Maschinenbau jetzt als Dual-Schicht-Veredelung perfektioniert hat. Mit der Torque Control Seal wird dieses Verfahren jetzt erstmals auch im Automobil für eine Getriebekolbendichtung verwendet. Untersuchungen mit TCS-Mustern gemeinsam mit Automobil- und Getriebeherstellern in Realgetrieben zeigen die außergewöhnlich guten Reibeigenschaften.

Die Vorteile dieser Technologie und die signifikante Verringerung der Reibung eröffnen völlig neue Entwicklungsansätze auch für andere Dichtungslösungen. Freudenberg Simrit hat auf diese Weise einen D-Ring mit PTFE-Veredlung als Low Energy Piston Seal für alle industriellen Anwendungsbereiche entwickelt. Diese vielfältig einsetzbare Kolbendichtungslösung, die erstmals auf der Hannover Messe 2011 vorgestellt wurde, bietet ein sehr geringes Losbrechmoment, extrem niedrige Reibungsbeiwerte und eine hohe Temperaturbeständigkeit. Die Montage ist einfach, richtungsunabhängig und erfolgt ähnlich wie bei einem O-Ring, ist aber zudem verdrillsicher. Diese Kolbendichtung ist sehr resistent gegen Spaltextrusion und kann in einer großen Geometrievielfalt in unterschiedlichsten Durchmessern hergestellt werden. Die Dual-Schicht-Veredelung wird auch auf weitere Dichtungsformen und -bauarten transferiert werden.