Wann eine Gummidichtung leck wird, lässt sich zukünftig besser einschätzen. Denn eine neue Simulation deutscher Forscher zeigt, dass elastische Dichtungen selbst dann noch lückenlos halten, wenn nur 42 Prozent ihrer Fläche am Anschlussstück anliegen. Entgegen bisherigen Annahmen bleibt sie demnach selbst mit mehr Lücken als Kontaktstellen dicht. Das liege daran, dass die Kontaktstellen sich so verbinden, dass sie möglichen Lecks den Weg abschneiden, erklären die Wissenschaftler um Martin Müser vom Forschungszentrum Jülich und der Universität des Saarlandes im Fachmagazin „Physical Review Letters“.
Sie vergleichen das Prinzip mit dem eines Schweizer Käses: Auch Käselaib kann mehr Löcher als Käse beinhalten. Aber er enthält vorwiegend einzelne, voneinander getrennte Löcher und keine durchgehenden, miteinander verbundenen Gänge. Eine Flüssigkeit kann daher nicht von einer Seite des Käses bis zur anderen hindurchfließen. Auf ähnliche Weise sorge auch die elastische Dichtung dafür, dass es keine durchgehenden Lücken gebe und Flüssigkeit nicht durchkomme.
Wie die Forscher berichten, könnte ihr Ergebnis dazu beitragen, künftig die Durchlässigkeit vor allem von älteren Dichtungen besser einzuschätzen. Denn diese werden im Laufe der Zeit weniger elastisch und beginnen dann zu lecken. Wann dieser Punkt erreicht sei, lasse sich nun besser bestimmen, sagen die Forscher. Sie arbeiten bereits mit einem Unternehmen aus der Medizintechnik zusammen, um zukünftig die Dichtigkeit von Spritzen besser ermitteln zu können. Bei diesen sorgt ein Gummiring dafür, dass das flüssige Medikament nicht nach hinten aus der Spritze hinausläuft, sondern in die hohle Nadel gepresst wird.
Winzige Lücken eröffnen der Flüssigkeit den Weg nach außen
Die häufigste Form einer Dichtung besteht aus einem Gummiring und zwei festen Anschlussteilen. Der Ring hält Flüssigkeiten zurück, weil er eng an den beiden Anschlussteilen anliegt. Weil aber alle Oberflächen im mikroskopischen Maßstab uneben und rau sind, liegen Dichtungsring und Anschlussstück nie völlig lückenlos aufeinander. Bilden die winzigen Lücken einen durchgehenden Weg, kann Flüssigkeit hindurch dringen und nach außen austreten. Ob und wann dies geschieht, versuchen Forscher mit Simulationen zu erfassen.
Wie die Autoren der Studie berichten, gingen die Modelle bisher davon aus, dass eine Dichtung mindestens mit der Hälfte ihrer Kontaktfläche fest auf dem Rohr oder einem anderen Anschlussstück aufliegen muss, um noch dicht zu sein. Diese Berechnungen hätten aber nicht berücksichtigt, wie sich das elastische Dichtungsmaterial auf mikroskopischer Eben verhält, sagen die Forscher. Sie haben diese Elastizität nun erstmals in ihre Simulationen einbezogen.
In ihrem Modell gingen Müser und seine Kollegen davon aus, dass die Oberfläche des festen Anschlussstücks Unebenheiten verschiedener Größe aber ähnlicher Form enthält. Wenn Gummidichtung und diese raue Oberfläche aneinander gepresst werden, verformen die größeren Erhebungen die elastische Oberfläche der Dichtung und beeinflussen dadurch auch, wie gut die kleineren Wölbungen und Senken abgedeckt werden. In welchem Maße dies geschieht und wo sich dann Lücken und Lückenwege auftun, haben die Forscher in ihrer Simulation nachgebildet. (doi:10.1103/PhysRevLett.108.244301)
(Physical Review Letters, 19.06.2012 – NPO)
