Wechselbeziehungen im Dichtsystem von Radial-Wellendichtring, Gegenlauffläche und Fluid

Abstract

Über Jahrzehnte hinweg wurde die Radial-Wellendichtung zu einem zuverlässigen Abdichtelement entwickelt. Der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung lag dabei vor allem beim Radial-Wellendichtring. Wie die vorliegenden Untersuchungen zeigen, sind jedoch alle drei Komponenten im Dichtsystem, der Radial-Wellendichtring, die Wellenoberfläche und das Fluid, an der Fluidförderung im Dichtsystem beteiligt. Hierzu wird ein Modell vorgestellt, dass zwischen aktiver und passiver Förderwirkung unterscheidet. Unter aktiver Förderwirkung sind dabei die direkte Förderwirkung der Gegenlauffläche und des Radial-Wellendichtrings zusammengefasst. Die aktive Förderwirkung entsteht sowohl an der Welle, als auch auf der Dichtkante des Radial-Wellendichtrings durch gerichtete Strukturen, die in der Lage sind, selbst einen gerichteten Fluidstrom zu erzeugen. Die passive Förderwirkung setzt sich aus der indirekten Förderwirkung der Gegenlauffläche und der indirekten Förderwirkung des Systems zusammen. Hinter der Definition der indirekten Förderwirkung der Gegenlauffläche steckt die Erkenntnis, dass die Rauheit der Gegenlauffläche, auch wenn sie selbst keinen gerichteten Fluidstrom erzeugt, die Ausbildung der förderfähigen Strukturen auf der Dichtkante stark beeinflusst. Unter der indirekten Förderwirkung des Systems sind alle äußeren Parameter, die die Höhe der Förderung im System beeinflussen, zusammengefasst. Ein Oberflächenkennwert, der eine Wellenoberfläche hinsichtlich ihrer Eignung als Gegenlauffläche beschreiben kann, muss sowohl die aktive als auch die passive Komponente der Förderwirkung der Gegenlauffläche erfassen können. Für die aktive Komponente wird ein einfaches Modell auf der Basis manuell eingebrachter Strukturen vorgestellt. Solange ein geeigneter Oberflächenkennwert, wie beispielsweise der in dieser Arbeit vorgeschlagene Kennwert SRWDR, noch nicht nur Verfügung steht, müssen alternative Bearbeitungsverfahren zum drallfreien Schleifen hinsichtlich der erzeugten Struktur auf der Welle genau betrachtet werden. In den Fällen, in denen das drallfreie Schleifen durch ein anderes Verfahren erfolgreich ersetzt wurde, sind die Fertigungs-Prozessparameter ein wichtiges Kriterium zur Sicherstellung der Oberflächenqualität.

Across the decades radial shaft seals have been developed into reliable sealing elements. At the same time radial shaft seals have been the primary focus of research and development. However existing tests indicate that all three sealing system components, the radial shaft seal, the shaft surface and the fluid are involved in transporting fluid in a sealing system. In this regard a model is being presented that distinguishes between an active and passive transport effect. The direct transport effect of the shaft surface and the radial shaft seal are summarized under active transport effect. The active transport effect is produced both on the shaft and on the seal edge of the radial shaft seal by directive structures which are able to produce a directed flow of fluid by themselves. The passive transport effect consists of the indirect transport effect of the shaft surface and the indirect transport effect of the system. Behind the definition of the indirect transport effect of the shaft surface is the realization that shaft surface roughness strongly affects the formation of structures on the seal edge with the ability to transport, even if it does not produce any directed flow of fluid itself. All external parameters affecting the level of transport in the system are summarized under indirect transport effect of the system. A surface parameter which can describe a shaft surface in respect of its suitability as a shaft surface must be able to take into account both the active and the passive component of the transport effect of the shaft surface. A simple model based on manually positioned structures is being presented for the active component. Whilst a suitable surface parameter, like, for example the SRWDR parameter proposed in this work, is still unavailable a close look must be taken at alternative machining processes for twist-free grinding with regard to the structure produced on the shaft. Manufacturing process parameters are an important criterion for ensuring surface quality in cases where twist-free grinding has been successfully replaced by another manufacturing process.