MCP - Merkel Counter Surface Parameters

De nieuwe weg naar optimale loopvlakken in hydrauliekcilinders
MCP - Merkel Counter Surface Parameters

Wrijving en slijtage zijn voorname factoren voor storingen bij hydrauliekcilinders. Merkel Freudenberg heeft met de Merkel Counter Surface Parameter (MCP) een innovatief concept ter beoordeling van loopvlakken ontwikkeld, dat met de specifieke eisen van hart/zacht-contact rekening houdt.

Ter beoordeling van tegenloopvlakken voor afdichtingen werden tot nu toe de parameters voor metaal/metaal-contacten gebruikt. Omdat een zuiger- en stangenafdichting in hydrauliek systemen echter altijd een hard/zacht-contact is, is de beoordeling van de tegenloopvlakken met betrekking tot abrasiviteit, gedrag over lange tijd en oliedepots maar beperkt informatief. Het gevolg was hogere wrijving en snellere slijtage van de afdichtingelementen in het tribologisch systeem.

Merkel Counter Surface Parameter (MCP) is een nieuw, innovatief concept ter beoordeling van de tegenloopvlakken van afdichtingen.

Meer betrouwbaarheid en langere standtijd

MCP zorgt nu voor meer betrouwbaarheid en langere standtijd omdat de oppervlakte profielen volgens een beproefde aftastwerkwijze wordt vastgesteld.
In de eerste plaats worden daarbij de voor een hard-zacht-contact kengrootten uit de Abbott Firestone Curve afgeleid (afbeelding 4). De daarbij gedefinieerde kengrootten (afbeelding 5) – kernruwheid R_k, tophoogte R_pk, R_pkx en groefdiepte R_vk, R_vkx – geven een precieze beschrijving van oppervlakken als tegenloopvlakken voor afdichtingen.
Daarmee kunnen in de afdichtingtechniek belangrijke eigenschappen van de oppervlaktetopografie bepaald worden.

• de toppen die voor de abrasieve eigenschappen en de slijtagehoeveelheid verantwoordelijk zijn
• de voor het gedrag over een langere periode verantwoordelijke profielkern
• de groeven die het mediumtransport (de lekkage respectievelijk hydrodynamische smeerfilm) beïnvloeden.
  

5 nieuwe parameters voor de exacte productie van tegenloopvlakken

Op deze basis heeft Merkel Freudenberg Fluidtechnic de 5 Merkel Counter Surface Parameters (MCP) R_k, R_pk ,R_pkx, R_vk en R_vkx en hun grenswaarden afgeleid, die de gebruikelijke grenswaarden voor R_a met 0,05 tot 0,30µm en R_max tot 2,50µm goed aanvullen.

R_pk en R_pkx voor profieltoppen

Deze parameters beschrijven de profieltoppen en daarmee de mogelijke abrasiviteit. De aanbevelingen voor de grenswaarden, die Merkel Freudenberg Fluidtechnik op grond van gefundeerd onderzoek ontwikkeld heeft zijn voor staaloppervlakken.

Rpk	0,00 tot 0,50µm
Rpkx	0,00 tot 0,50µm
Rk	voor het gedrag over langere tijd

Het gedrag over langere tijd wordt door de Kernruwheid R_k zeer goed gekenschetst. Voor R_k gelden 0,25 en 0,70µm als onder en boven grenswaarde.

R_vk en R_vkx voor oliedepots

Oppervlakte dalen kenmerken de abrasiviteit door groeven ofwel beschrijven oliedepots met de parameters R_vk en R_vkx.
Enerzijds worden deze parameter zo gekozen dat een zekere hoeveelheid medium zorgdraagt voor smering en koeling van de afdichting, anderzijds niet te veel medium als lekkage eruit gesleept wordt. Hiervoor gelden de volgende grenswaarden:

Rvk	0,20 tot 0,65µm
Rvkx	0,20 tot 2,00µm

Afbeelding 1. inloopstuk, uitloopstuk

Rz=(1/5)(Z1+Z2+Z3+Z4+Z5)

R_z en R_max blijken zwakke parameters te zijn voor de beoordeling van tegenloopvlakken voor afdichtingen. Zo is hier bijvoorbeeld R_max door een onkritische dal in deel 3 overheerst. De sterke abrasiviteit in deel 1 wordt niet gesignaleerd. Ook R_z als gemiddelde ruwheid toont deze abrasiviteit bij Z1 niet.

Afbeelding 2. Vlakken met de profieltoppen, metaal, vlakken met profieldalen, lucht

Ra = (1/Lm) IM0 ∫ Iy(x)dx

De aritmetische gemiddelde ruwheid R_a is uitstekend voor de beoordeling van oppervlakken bij hard-hard-contact, maar is niet veelzeggend voor oppervlakken bij hard-zacht-contact in de afdichtingtechniek, want de toppen (metaal) en dalen (lucht) worden hierbij gemiddeld.

Afbeelding 3. Slijtage oliedepot gedrag over langere tijd

Beslissend voor een optimaal tribologisch systeem bestaande uit medium, afdichting en tegenloopvlak is de beschrijving van grenswaarden voor het slijtage aandeel en de oliedepots in het oppervlakprofiel evenals de definitie van grenswaarden voor een optimaal gedrag gedurende langere tijd.

Afbeelding 4. Abbott-Firestone curve

Uit het oppervlakte profiel (boven) wordt de materiaal aandeel curve (onder) afgeleid. Hier worden het procentuele aandeel ernstige abrasiviteiten evenals het aandeel van de groeven zoals mogelijke oliedepots zichtbaar.

Afbeelding 5. Actuele stand van de ontwikkeling van de grenswaarden

Waarden zie norm DIN ISO 4287 en DIN ISO 13565-1 en 2.
De Merkel Counter Surface Parameters (MCP) uit de R_k- groep met R_k, Rp_k, R_pkx, R_vk en R_vkx maken een exacte onderscheiding mogelijk van abrasiviteit, gedrag over langere tijd en oliedepots. Daarbij gelden de volgende grenswaarden voor R_a 0,05 tot 0,30µm, R_max tot 2,5µm.