Browsing by Author "Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil)"

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    Entwicklung und Untersuchung inverser Wellendichtsysteme
    (2004) Schöllhammer, Gerd; Haas, Werner (Prof. Dr.-Ing. habil)
    Zuverlässig funktionierende Dichtsysteme sind eine wichtige Vorraussetzung für wettbewerbsfähige, wirtschaftliche und umweltschonende Produkte. Das Versagen einer einzelnen Abdichtstelle, kann zum Stillstand der gesamten Maschine oder Anlage führen. Gegenwärtig werden Fluide an rotierenden Bauteilen größtenteils mit berührenden Dichtungen wie z.B. einem RWDR abgedichtet. Dieser Art von Abdichtvarianten gemeinsam ist, dass die „harte“ Welle im dynamischen Dichtkontakt glatt und die Dichtkante, insofern vorhanden, immer an der „weichen“ Dichtung angeformt ist. Für die Dichtringe bedeutet dies, dass die relativ kompliziert geformten Maschinenelemente nur von Spezialfirmen (Dichtungshersteller) kostengünstig herstellbar sind. Kostengünstiger wäre es, relativ einfach geformte Dichtringe, z.B. Rechteckringe, zur dynamischen Abdichtung einzusetzen. Die Dichtkante müsste für solche Anordnungen an der Welle oder am Gehäuse, also dem „harten“ Kontaktpartner, vorhanden sein. Dynamische Dichtsysteme, bei denen die „weiche“ Dichtung einen „einfachen“ Querschnitt hat und die Dichtkante am „harten“ Kontaktpartner (Welle) angeformt ist, werden als inverse Wellendichtsysteme bezeichnet. Sie sind Gegenstand der Untersuchungen der vorliegenden Arbeit Übergeordnete Ziele der vorliegenden Arbeit sind abgesicherte Richtlinien und Empfehlungen, basierend auf experimentellen Grundlagenuntersuchungen, für den Einsatz von inversen Wellendichtsystemen sowie konstruktive Vorschläge praxisrelevanter Bauformen inverser Wellendichtsysteme. Als globales Ergebnis aller experimentellen Untersuchungen ist festzuhalten, dass unabhängig der untersuchten Anordnung, der Effekt einer Veränderung des fluidseitigen Kontaktflächenwinkels auf die Zielgröße Leckage immer größer war als der Effekt einer Veränderung des luftseitigen Kontaktflächenwinkels. Das heißt, durch Veränderung des ölseitigen Kontaktflächenwinkels ist eine größere Reduktion der Leckage zu erzielen als durch eine Veränderung luftseitigen Kontaktflächenwinkels. Die im dynamischen Betrieb auftretende Leckage wird minimal, wenn beide Kontaktflächenwinkel steil sind. Gleichzeitig nimmt aber der Verschleiß des Dichtrings stark zu. Im Rahmen der Grundlagenuntersuchungen verursachten Dichtkanten mit luftseitig flachem (10 … 20°) und fluidseitig steilem Kontaktflächenwinkel (50 … 60°) minimale Leckage bei gleichzeitig geringem Dichtungsverschleiß. Die Reibung im Betrieb ist gegenüber Dichtkanten mit steilen Kontaktflächenwinkeln geringfügig erhöht. Die Abmessungen der Spitzengeometrie der Dichtkante sind generell klein zu wählen. Radien sind verschleißgünstiger als Fasen. Die Anpressung ist auf das notwendige Minimum zu reduzieren, in den Grundlagenuntersuchungen lag diese im Bereich 27 ... 46 N. Generell hängt auch bei inversen Wellendichtsystemen die Wahl des Elastomerwerkstoffs primär von den chemischen und physikalischen Randbedingungen im Betrieb ab. Als Elastomerhärte hat sich der Bereich 70 … 80 … 90°Shore A als günstig erwiesen. Verschiedene praxisrelevante inverse Wellendichtsysteme wurden entwickelt und experimentell untersucht. - Dichtringe vom Typ WKDR-R1.5 und WKDR-M1 - Generell hat sich gezeigt, dass unter vergleichbaren Versuchsbedingungen mit Dichtringen vom Typ WKDR-M1 - besonders bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten - ein reibungs- und verschleißärmerer Betrieb möglich ist als mit Dichtringen vom Typ WKDR-R1.5. Gleichzeitig sind die zu erwartenden Endleckagen geringerer. Dichtringe vom Typ WKDR-R1.5 besitzen die Eigenschaft, dass Wellenbewegungen gegen die Reibung an der Nebenabdichtung nachgeführt werden müssen. - Dichtringe vom Typ „WKDR-Q45“ im Standardeinbau - Für die entwickelten WKDR-Q45-Dichtringe kann gesagt werden, dass die im Betrieb auftretende Reibung und Leckage der im Standard-Einbau für vergleichbare Versuchsbedingungen höher sind als für Dichtringe Typ WKDR-M1 und niedriger als für Dichtringe Typ WKDR-R1.5. Die nach Versuchende gemessenen Laufspurtiefen bewegen sich in der Größenordnung der WKDR-R1.5-Dichtringe. Durch radial schwimmend gelagerten Einbau lässt sich eine merkliche Absenkung der Reibung und somit der thermischen Belastung der angrenzenden Bauteile erreichen. Bei Abdichtung druckbeaufschlagter Fluide steigen die Anforderungen an die quasi-linienförmige Anlagefläche der Nebenabdichtung. Durch Reduktion der Dichtringbreite lässt sich für schwimmend gelagerte WKDR-Q45-Dichtringe nochmals eine deutliche Absenkung der Reibung erzielen. Als weiterer Effekt nimmt der Verschleiß der Dichtringe ebenso ab. Grund ist die verbesserte Dichtring-Elastizität solcher WKDR-Q45s- Dichtringe. Die Leckage in diesen Versuchsreihen war unerwartet hoch, ein Grund hierfür konnte nicht gefunden werden.