Abrieb und Verschleiß

Definition und Abgrenzung (Verschleiß vs. Abrieb)

Verschleiß beschreibt eine fortschreitende Veränderung von Oberflächen und Geometrie, die durch mechanische Beanspruchung im Kontakt mit Relativbewegung entsteht. In der Dichtungstechnik ist damit gemeint, dass eine Dichtung oder ihre Gegenlauffläche im Betrieb messbar „anders“ wird: Die Dichtkante verliert Material, das Profil verändert sich, oder die Oberfläche wird beschädigt. Entscheidend ist das „fortschreitend“: Verschleiß entwickelt sich über Zeit und Betriebszyklen.

Abrieb ist eine häufige Erscheinungsform von Verschleiß. Dabei wird Material durch Reiben, Kratzen oder durch Partikelkontakt abgetragen. Abrieb tritt in Dichtstellen oft dann auf, wenn harte Partikel (z. B. Staub, Metallspäne oder bereits erzeugte Abriebpartikel) zwischen Dichtung und Gegenlauffläche geraten oder wenn eine raue Gegenlauffläche wie ein Schleifwerkzeug wirkt.

In der Praxis fragt man deshalb zuerst: Wo geht Material verloren, an der Dichtung oder an der Gegenlauffläche? Wie entsteht der Kontakt (Schmierung vorhanden oder nicht)? Und was bedeutet der Materialverlust für die Funktion? Häufige Folgen sind steigende Leckage, höhere Reibung und eine verkürzte Lebensdauer.

Der fachliche Rahmen dafür ist die Tribologie. Tribologie ist die Lehre von Reibung, Verschleiß und Schmierung. Sie hilft, Abrieb nicht als isolierten Defekt zu sehen, sondern als Ergebnis eines gesamten Kontaktsystems.

Tribosystem: Wo entsteht Abrieb in dynamischen Dichtstellen?

Abrieb entsteht selten „einfach so“, sondern im Tribosystem. Ein Tribosystem besteht aus zwei Kontaktpartnern und allem, was zwischen und um ihnen wirkt. In dynamischen Dichtstellen sind das typischerweise:

• Körper 1: die Dichtung (z. B. Elastomer-, PUR- oder PTFE-Dichtung)
• Körper 2: die Gegenlauffläche (z. B. Kolbenstange, Zylinderlaufbahn, Welle)
• Zwischenstoff: Medium/Schmierstoff (z. B. Hydrauliköl) inklusive Partikeln
• Umgebung: Temperatur, Feuchte, Schmutz, Montagezustand

In Hydraulik und Pneumatik tritt Abrieb häufig an den Stellen auf, an denen eine Dichtlippe oder Dichtkante dauerhaft mit Relativbewegung über eine Oberfläche läuft. Typische Paarungen sind die Stangendichtung an der Kolbenstange, die Kolbendichtung an der Zylinderlaufbahn sowie der Abstreifer an der Stange. Der Abstreifer hat dabei eine besondere Rolle, weil er Schmutz von außen abhalten soll und dadurch selbst stark mit Partikeln konfrontiert ist.

Die Bewegungsart beeinflusst, wie sich ein Schmierfilm ausbilden kann. Hubbewegung (linear) führt oft zu wechselnden Schmierbedingungen, vor allem an Umkehrpunkten. Rotation kann eher einen stabilen Film aufbauen, erzeugt aber auch kontinuierliche Gleitstrecken. Schwenken liegt dazwischen und kann lokale Belastungsspitzen verursachen. Zusätzlich wirkt die Geschwindigkeit, weil sie die Schmierfilmdicke mitbestimmt.

Wesentlich sind die Lasten im Kontakt. Neben der Einbaupressung wirken Systemdruck sowie Seitenlasten oder Fluchtungsfehler (Misalignment). Seitenlasten verschieben die Kontaktzone und erhöhen lokal die Pressung. Dadurch kann der Schmierfilm abreißen, und der Kontakt kippt von einem tragenden Flüssigkeitsfilm in Grenz- oder Trockenlauf. Grenzlauf bedeutet, dass nur noch sehr dünne Schichten und Oberflächenkontakte tragen. Trockenlauf heißt, dass praktisch kein schmierender Film mehr vorhanden ist. In beiden Fällen steigt das Risiko für schnellen Abrieb deutlich.

Mechanismen und Einflussgrößen (Ursachen verstehen)

Verschleiß an Dichtungen lässt sich in wenige Grundmechanismen einteilen. Diese Mechanismen überlagern sich in der Praxis oft, doch die Einordnung hilft bei der Ursachenanalyse.

Abrasiver Verschleiß entsteht, wenn harte Rauheitsspitzen oder Partikel Material abtragen. In Dichtstellen ist das besonders relevant, weil schon kleine Partikel im Schmierfilm als Mikro-Schleifkörner wirken können. Adhäsiver Verschleiß tritt eher dann auf, wenn der Schmierfilm nicht trägt. Dann haften Kontaktstellen kurzzeitig aneinander und werden beim Gleiten wieder abgeschert. Ermüdungsverschleiß zeigt sich durch Risse und Ausbrüche, die aus zyklischer Belastung entstehen, etwa bei Druckwechseln und Umkehrpunkten. Tribochemischer Verschleiß entsteht, wenn Reibkontakt und chemische Einflüsse zusammen die Oberfläche verändern, zum Beispiel durch Medienbestandteile, Additive, Wasseranteile oder erhöhte Temperatur.

Für die Dichtungstechnik ist zudem die Werkstoffwahl zentral. Elastomere passen sich gut an, reagieren aber empfindlich auf Schmierungsabriss, Partikel und manche Medien. PUR (Polyurethan) ist häufig abriebfest, kann aber bei ungünstiger Schmierung oder hoher Temperatur ebenfalls schnell Schaden nehmen. PTFE hat eine niedrige Reibung, doch sein Verschleiß hängt stark von Füllstoffen, Gegenlauffläche und Schmierung ab. Man fragt deshalb nicht nur, welcher Werkstoff „hart“ oder „weich“ ist, sondern welche Kombination aus Werkstoff, Oberfläche und Medium tatsächlich einen stabilen Betrieb zulässt.

Auch die Gegenlauffläche ist eine typische Hauptursache. Rauheit, Riefen, Welligkeit, Härte und Beschichtungen bestimmen, ob die Dichtung über eine „freundliche“ Oberfläche gleitet oder über eine, die wie ein Schneidwerkzeug wirkt. Schon einzelne Riefen können eine Dichtkante lokal überlasten und Abrieb starten. Temperatur und Fluidchemie beeinflussen zusätzlich die Materialeigenschaften, etwa durch Erweichung, Versprödung oder veränderte Reibwerte. In der Praxis sind das oft die Faktoren, die einen zuvor stabilen Zustand plötzlich instabil machen.

Ein kritischer Punkt sind nichtlineare Kipp-Effekte: Kleine Änderungen bei Partikelgehalt, Oberflächenzustand oder Schmierung können ausreichen, um von überwiegend Flüssigkeitsreibung in Grenzreibung zu wechseln. Dann steigt Verschleiß nicht schrittweise, sondern sprunghaft.

Zwei- vs. Drei-Körper-Abrasion (Partikel im Kontakt)

Bei Abrasion unterscheidet man, wie der Abriebkörper wirkt. Diese Unterscheidung ist für Dichtstellen besonders hilfreich, weil sie direkt auf Ursachen wie Oberflächenfehler oder Kontamination verweist.

Zwei-Körper-Abrasion liegt vor, wenn die Gegenlauffläche selbst die Dichtung „abschleift“. Eine zu raue oder beschädigte Stange wirkt dann wie Schleifpapier. Drei-Körper-Abrasion entsteht, wenn Partikel zwischen Dichtung und Gegenlauffläche geraten. Die Partikel rollen oder gleiten mit und tragen Material ab. Das ist in Hydrauliksystemen häufig, weil Partikel aus externer Kontamination, aus Metallabrieb oder aus Dichtungsabrieb selbst stammen können.

Der problematische Kreislauf ist typisch: Erst entstehen kleine Riefen oder Partikel, daraus folgt mehr Abrieb, und dieser Abrieb erzeugt wieder neue Partikel. Abstreifer, Filterung und saubere Montage sind deshalb keine Nebenthemen, sondern direkte Stellhebel gegen Drei-Körper-Abrasion.

Diagnose und Bewertung: Symptome, Messgrößen, Prüfideen

Abrieb zeigt sich meist als Kombination aus Funktionsänderung und sichtbarem Schadenbild. In der Anwendung fällt oft zuerst auf, dass sich die Leckage langsam erhöht oder dass die Reibkraft steigt. Ein Reibkraftanstieg ist ein Hinweis auf verschlechterte Schmierung, Partikeleintrag oder einen ungünstigen Oberflächenzustand. Sichtbar werden häufig Riefen auf der Stange oder Laufbahn, polierte Spuren im Kontaktbereich oder eine Dichtkante, die ausgedünnt und ausgefranst wirkt. Bei Ermüdungsanteilen kommen Ausbrüche oder Risse hinzu.

Für die Bewertung sind Messgrößen hilfreich, die entweder den Materialverlust oder die Funktionsänderung abbilden. In der Praxis nutzt man vor allem diese Kenngrößen:

Eine systematische Schadensanalyse startet sinnvoll mit dem Befund und führt dann zurück ins Tribosystem: Welche Gegenlauffläche liegt vor, welche Partikelquellen sind plausibel, und wann könnte Schmierfilmabriss auftreten (Umkehrpunkt, Kaltstart, geringe Geschwindigkeit, Druckspitzen)?

Als Prüfideen dienen Modelltests wie Pin-on-Disk (genormte Gleitpaarung zur Ermittlung von Reib- und Verschleißkennwerten) oder Abrasionstests mit definierten Partikeln. Solche Tests sind nützlich, um Materialien oder Oberflächen zu vergleichen. Ihre Übertragbarkeit ist aber begrenzt, weil reale Dichtkontakte Geometrie, Elastizität, Druckverformung und wechselnde Schmierung enthalten. Deshalb sollte man Prüfergebnisse immer mit der realen Dichtstelle abgleichen.

Am Ende gilt: Abrieb ist meist kein einzelner „Materialfehler“, sondern das Ergebnis aus Oberfläche, Partikeln, Schmierung, Last und Bewegung. Wenn die Ursachen nicht eindeutig sind oder die Dichtstelle sicherheitskritisch ist, kann eine spezialisierte tribologische und dichtungstechnische Beratung sinnvoll sein.