Werkstoffmodelle zur Finiten-Elemente-Analyse von PTFE-Wellendichtungen

Abstract

Steigende Anforderungen an Wellendichtungen führten in den letzten Jahren dazu, daß herkömmliche Elastomerdichtungen zunehmend durch chemisch und thermisch stabilere Dichtungen aus gefülltem Polytertrafluorethylen (PTFE) ersetzt werden. Mit dem vermehrten Einsatz der Finite-Elemente-Analyse wächst gleichzeitig der Bedarf nach beanspruchungsgerechten Werkstoffmodellen und -daten für die eingesetzten PTFE-Compounds. Infolge des komplexen mechanischen Werkstoffverhaltens stehen diese Modelle und Daten nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung. Umfangreiche Forschungsarbeit zum Werkstoffverhalten von PTFE-Compounds wurde geleistet. Darauf aufbauend wurden Werkstoffmodelle für ein typisches PTFE-Compound mit 25% Kohle entwickelt und in die Finite-Elemente-Analyse implementiert. Die Werkstoffmodelle wurden in der Finite-Elemente-Analyse auf einfache Zugproben und auf verschiedene Wellendichtungen aus PTFE angewandt, mit Messungen verglichen und so verifiziert.

The increasing demands on radial shaft seals have in recent years led to the replacement of traditional elastomer seals by chemically and thermally more stable seals made of compounded polytetrafluorethylene. With the increasing use of finite element analysis, there is a concurrent demand for robust material models and material data for the PTFE compounds used. Due to their complex mechanical material behaviour these models and data are not available in sufficient quality. Extensive research work has been conducted in the field of material behaviour of PTFE compounds. Based on this research, material models have been developed for a typical carbon filled PTFE compound and implemented in the finite element analysis. The material models were applied to simple tensile tests and various PTFE shaft seals, then compared with measurements and thus verified.