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 Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen
19.10.2017 | Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science

nachricht Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise