Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Erkenntnis über tropfende Dichtungen

18.06.2012
Simulationen auf Jülicher Superrechnern zeigen: Gummiringe und andere Dichtungen schließen theoretisch eher dicht ab, als bisher gedacht. Sobald ihre Oberfläche zu mehr als 42 Prozent von dem anliegenden Anschlussstück kontaktiert wird, tritt keine Flüssigkeit mehr aus. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters veröffentlicht (10.1103/Physics.5.66).

Dichtungen erfüllen eine wichtige Funktion in allen möglichen Geräten, vom Raumschiff bis zum Wasserhahn. Die geläufigste Form besteht aus einem Gummiring und zwei festen Anschlussteilen. Wie gut Flüssigkeiten zurückgehalten werden, hängt in erster Linie davon ab, wie eng die Dichtung anliegt.


Simulation der Kontaktstellen von Dichtung und Anschlussstück, durch die Lücken zwischen den beiden Oberflächen kann Flüssigkeit ausströmen. Quelle: M. Müser/Universität des Saarlandes

Da alle Oberflächen auf mikroskopischer Ebene uneben und rau sind, liegen Dichtungsring und Anschlussstück nie völlig lückenlos aufeinander. In die kleinen Poren und Kanäle an der Kontaktstelle dringt Flüssigkeit ein, die über nach draußen durchgehende Wege austritt. Verhindern lässt sich das, indem man die Dichtung fester anzieht. Das elastische Gummi wird dann in die mikroskopischen Unebenheiten gepresst, die Kontaktfläche vergrößert sich und verschließt mehr Lücken, sodass weniger Flüssigkeit entweicht.

Mit ihrer Arbeit tragen Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und der Universität des Saarlandes dazu bei, besser zu verstehen, was passiert, wenn eine Dichtung leckt. Theoretische Modelle konnten die Zusammenhänge bisher nur unzureichend beschreiben. Ältere Modelle vernachlässigten die Elastizität des Dichtungsmaterials, anders als die aktuelle Theorie von Bo N. J. Persson, einem Mitautor der Studie aus dem Jülicher Peter Grünberg Institut. Diese enthielt allerdings einige nicht bestätigte Annahmen: „Die Vorhersagen waren besser, als sie sein sollten“, berichtet Prof. Martin Müser, Leiter des Lehrstuhls für Materialsimulation der Universität des Saarlandes und der Forschungsgruppe „Computational Materials Physics“ im John von Neumann-Institut für Computing am Forschungszentrum Jülich. „Mit den Simulationen wollten wir die Vorgänge auf mikroskopischer Ebene besser verstehen, als es experimentell möglich ist.“

Überraschenderweise müssen sich demnach nur 42 Prozent der Oberflächen von Dichtung und Anschlussstück direkt berühren, um die Verbindung undurchlässig abzuschließen – und nicht 50 Prozent, wie von bisherigen Theorien vorhergesagt. Grund dafür ist in erster Linie eine präzisere Ermittlung der Kontaktfläche. Die Forscher hatten erstmals die Elastizität des Dichtungsmaterials in die Computersimulationen miteinbezogen. Dabei zeigte sich: Mikroskopisch kleine Erhöhungen der Oberfläche, die in das weiche Gummi gepresst werden, berühren die Dichtung nicht vollständig, sondern lassen weitere kleine Lücken entstehen. Das Ergebnis könnten dazu beitragen, die Durchlässigkeit von alternden Dichtungen besser einzuschätzen. Die Jülicher Forschungsgruppe arbeitet bereits mit einem Unternehmen aus der Medizintechnik zusammen, um die Leckrate von Gummistopfen für Spritzen zu berechnen.

Originalveröffentlichung:
Wolf B. Dapp, Andreas Lücke, Bo N. J. Persson, Martin H. Müser
Self-affine elastic contacts: percolation and leakage
Phys. Rev. Lett. 108, 244301 (2012)
DOI: 10.1103/Physics.5.66
Abstract: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i24/e244301

Weitere Informationen:
Pressemitteilung mit Bildmaterial unter
http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2012/12-06-18Dichtungen.html

American Physical Society, Focus Article: Plugging Leaks in Seal Models: http://physics.aps.org/articles/v5/66

Jülich Supercomputing Centre am Forschungszentrum Jülich:
http://www.fz-juelich.de/ias/jsc/DE/Home/home_node.html
Peter Grünberg Institut, Bereich Quanten-Theorie der Materialien am Forschungszentrum Jülich:

http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-1/DE/Home/home_node.html

Lehrstuhl für Materialsimulation an der Universität des Saarlandes: http://www.lms.uni-saarland.de/

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Martin Müser
Tel. 02461 61-9095
m.mueser@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Tel. 02461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de

Das Forschungszentrum Jülich...
... betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung, stellt sich drängenden Fragen der Gegenwart und entwickelt gleichzeitig Schlüsseltechnologien für morgen. Hierbei konzentriert sich die Forschung auf die Bereiche Gesundheit, Energie und Umwelt sowie Informationstechnologie. Einzigartige Expertise und Infrastruktur in der Physik, den Materialwissenschaften, der Nanotechnologie und im Supercomputing prägen die Zusammenarbeit der Forscherinnen und Forscher. Mit rund 4 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, zu den großen Forschungszentren Europas.

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Stärkstes Biomaterial der Welt schlägt Stahl und Spinnenseide
17.05.2018 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

Tagung »Anlagenbau und -betrieb der Zukunft«

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

Wie Immunzellen Bakterien mit Säure töten

18.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics