Nachwuchs-Wissenschaftler erfinden neue Struktur für Dichtringe

Fördergelder aus dem universitätsinternen Fond zum Wissens- und Technologietransfer (WTT) unterstützten die Entwicklung des sogenannten rückenstrukturierten Dichtrings.

 (c) Kovalenko

Mario Stoll (rechts) und Nino Dakov sind als wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Maschinenelemente an der Universität Stuttgart (IMA) tätig. Beide haben hier ihren Master in Maschinenbau abgeschlossen und promovieren nun. Sie haben eine interessante Erfindung gemacht. Erste Ideen dazu entstanden, als sie abends am Institut mit Kolleginnen und Kollegen zusammensaßen. Inzwischen ist die Erfindung beim Patentamt angemeldet und die beiden Nachwuchswissenschaftler stehen in engem Kontakt mit namhaften Firmen der Dichtungsbranche.

Dichtring für rotierende Systeme

Bei der Erfindung geht es um einen Dichtring für rotierende Systeme. Derartige Dichtungen kommen in Fahrzeugen zum Beispiel im Getriebe oder an der Kurbelwelle zum Einsatz – ein echtes Massenprodukt. Beim Motor muss der Dichtring die Kurbelwelle so fest umschließen, dass das Öl aus dem Motor nicht austreten kann, sich die Welle aber trotzdem möglichst reibungsarm drehen kann. Stand der Technik ist die Verwendung von Radial-Wellendichtringen aus Elastomer, die so konstruiert sind, dass sie nur wenig Berührung mit der Welle haben. Durch eine minimale Pumpwirkung wird möglicherweise austretendes Öl im Betrieb wieder zurück gefördert. Diese Radial-Wellendichtringe sind allerdings nicht sehr beständig gegenüber Hitze und Chemikalien.

Erste wesentliche Neuerung seit Jahrzehnten

 In den vergangenen Jahrzehnten gab es bei der Entwicklung der verwendeten Dichtungen designtechnisch nicht viel Neues. Der Dichtungstechnikspezialist Lothar Hörl, Ingenieur am IMA, hatte dann schon vor einigen Jahren eine ganz neue Idee für die Gestaltung der Dichtungen. Die zwei jungen Wissenschaftler haben diese nun gemeinsam mit ihm aufgegriffen.

 (c) IMA

Der neuartige Dichtring besteht aus dem Fluorkunststoff PTFE unter anderem bekannt als Teflon. Auf der Rückseite des Ringes haben sie sehr kleine schweifförmige Strukturen eingebracht. Wenn man nun den Dichtring auf die Welle montiert, wird er über dem Wellenumfang ungleichmäßig gedehnt und nur die Räume zwischen den Strukturen berühren die Welle. Dazwischen sind hauchdünne Kanälchen entstanden, die auch eine minimale Pumpwirkung erzeugen.

Null Leckage

Mario Stoll und Nino Dakov haben ihre Dichtringe schon auf vielfältige Weise getestet. Zunächst gaben sie von außen Öl auf die Versuchsanordnung und warteten gespannt, was passiert. Das Öl wurde durch die kleinen Kanälchen in den Innenraum gepumpt und verschwand. „Dieses so deutliche Ergebnis gleich beim ersten Versuch hatten wir nicht erwartet“, schildert  Mario Stoll. Auch ein Test auf dem Prüfstand unter praxisnahen Bedingungen mit hohen Drehzahlen sowie ein 1.000-Stunden-Test überstand die Versuchsanordnung mit dem neuen Dichtring bravourös.

Erfindung erzielt große Aufmerksamkeit in der Branche

Im Dezember 2016 meldeten die beiden Wissenschaftler den rückenstrukturierten Dichtring zum Patent an, zunächst national dann international. Im Frühjahr 2017 beantragten sie erfolgreich die Förderung über das WTT in Höhe von 35.000 Euro. Damit haben sie Materialien, z.B. für Demonstratoren und Personalkosten finanziert. Mit den Demonstratoren sind sie dann zu Firmen der Dichtungsbranche gegangen und haben große Beachtung erzeugt „nicht nur auf der Fachebene, sondern auch beim Management“. Auch auf einer internationalen Tagung in Manchester im März 2018 erzielten die Ingenieure mit ihrer Erfindung Aufmerksamkeit und erhielten einen Preis für ihre Veröffentlichung.

Beratung ist hilfreich

Die große Resonanz finden beide sehr spannend: „Für uns ist das noch ganz ungewohnt. Wenn man etwas vermarkten will, gelten plötzlich ganz andere Spielregeln.“ Die Beratungen durch den Patentanwalt, die Forschungsabteilung des Dezernats I und über die Projektförderung mit Prorektor Prof. Thomas Graf waren sehr hilfreich, berichten die jungen Ingenieure.

„Wie groß das Interesse der Firmen aus der Branche ist, sieht man daran, dass gleich mehrere Firmen die Dichtringe bei sich testen. Dass sie ihre Prüfkapazität für unsere Idee zur Verfügung stellen, darauf können wir stolz sein“, erklären Mario Stoll und Nino Dakov. Wenn alles gut läuft, wird eine der Firmen die Lizenz für die neuartigen Dichtringe von der Universität erwerben.

 

Mario Stoll

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Maschinenelemente

 

Nino Dakov

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Maschinenelemente

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