Tribologie von Radial-Wellendichtungen

Dichtungen spielen für die Funktion von Maschinen eine zentrale Rolle. Sie verhindern

den Austritt von Schmierstoffen aus dem Innenraum in die Umgebung und das Eindringen

von Schmutz von Auÿen. Neben einer möglichst guten Abdichtung ist jedoch auch

die durch die Dichtung auftretende Reibung von immer gröÿerer Bedeutung für die

Funktionalität von Maschinen und Anlagen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden

Arbeit untersucht, welche wesentlichen Einflussfaktoren das Reibmoment, bzw.

den Reibwert von Radialwellendichtungen, beeinflussen. Experimentelle Untersuchungen

erfolgen dafür an einem speziell entwickelten Versuchstand. Dabei wird ersichtlich,

dass die Umfangsgeschwindigkeit, die Schmierstoffviskosität und die Temperatur

im Dichtkontakt die wesentlichsten Einflussfaktoren bei einer festen Kombination aus

Dichtung und Gegenlauffläche darstellen. Im Vergleich zwischen verschiedenen Dichtungen

spielt zudem die Radialkraft der Dichtung eine entscheidende Rolle.

Des weiteren wird ein komplexes Modell entwickelt, welches die Effekte im tribologischen

Kontakt beschreibt und so das Reibmoment der Dichtung berechenbar macht.

Berücksichtigt werden dabei sowohl die durch Oberflächenstrukturen beeinflusste Fluidreibung

im Schmierspalt, als auch die Hysteresereibung im Dichtungsmaterial und die

Temperatur im Dichtkontakt. Durch die Kopplung der Einzelmodelle wird zudem die

gegenseitige Beeinflussung berücksichtigt. Die Simulationsergebnisse ermöglichen einen

tiefen Einblick in das Zusammenwirken der Phänomene im Dichtkontakt. Das Modell

erlaubt die Berechnung des Reibwertes der Dichtung anhand der Betriebsbedingungen.

Der Vergleich zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen zeigt eine sehr

gute Übereinstimmung.

Ein weiteres, vereinfachtes Modell auf Basis der Gümbelzahl ermöglicht die direkte

und extrem schnelle Berechnung des Reibwertes der Dichtung. Das reduzierte Modell

kann hierbei sowohl von experimentellen als auch numerischen Ergebnissen parametriert

werden.