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.