Einfluss der Wellenlauffläche auf das Dichtverhalten von Radial-Wellendichtringen

FKM 1998
Heft Nummer 239
Vorhaben Nr. 211

Kurzfassung:

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss unterschiedlich hergestellter Wellenlaufflächen (WLF) auf das Abdichtverhalten von Radial-Wellendichtringen (RWDR) untersucht. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand dabei das Förderverhalten der WLF aufgrund von Förderstrukturen und deren Auswirkungen auf die Dichtqualität des Dichtsystems. Der Nachweis von periodischen Förderstrukturen erfolgte durch Topographiemessung und Auswertung mittels Korrelationsfunktionen. Die Versuche mit .förderneutralen RWDR zum Förderverhalten von unterschiedlich hergestellten Wellenoberflächen haben gezeigt, dass das Ziel einer direkten Förderwertbestimmung der WLF mit diesen Dicht- ringen nicht erreicht werden konnte. Die erzielten Ergebnisse waren jedoch im Hinblick auf das weitere Vorgehen im Projekt von entscheidender Bedeutung. Das qualitative Förderverhalten von bestimmten Fertigungsverfahren für Wellenlaufflächen konnte erkannt werden. Ausgehend von den Ergebnissen mit den .förderneutralen RWDR wurde mit handelsüblichen Standard- RWDR ein neu es Verfahren zur Förderwertbestimmung einer Wellenlauffläche entwickelt. Bei diesem Verfahren wird der Förderwert des RWDR in der Auswertung rechnerisch eliminiert und somit der Förder- wert der WLF bestimmt. In Versuchen mit hartgedrehten WLF, die eine eindeutige Förderstruktur zeigen, konnten übereinstimmende Ergebnisse mit der erwarteten Förderrichtung erzielt werden. Unterschiede in der Feinheit der Struktur spiegeln sich in der Höhe des Förderwerts der WLF wieder. Im Einstich geschliffene Wellenlaufflächen zeigen fast immer eine Förderung. Dies deutet auf Förderstrukturen auf der Oberfläche hin, auch wenn keine periodischen Drallstrukturen nachgewiesen werden können. In den Dichtheitsversuchen haben sich verschiedene Alternativen zu den herkömmlichen, im Einstich geschliffenen WLF, als brauchbar erwiesen. Geeignet hartgedrehte Wellenoberflächen sind prinzipiell zur Abdichtung mit RWDR geeignet. Im Einstich geschliffene WLF sind trotz Förderstrukturen dichtungstechnisch beherrschbar. Um die Funktionsweise auf den unterschiedlichen Oberflächen zu verstehen und einen dichtungstechnisch sicheren Fertigungsprozess zu erreichen, sind weiterführende Untersuchungen insbesondere hinsichtlich dem Drehen notwendig. Verschleißuntersuchungen mit handelsüblichen RWDR zeigen auf harten und weichen Wellenoberflächen keine nennenswerten Unterschiede. Auch das Fertigungsverfahren der Wellenlauffläche hat keinen signifikanten Einfluss auf den Wellenverschleiß. Versuche mit unterschiedlichen, abrasiven ölzusätzen haben gezeigt, dass die Partikelgröße entscheidend für den Wellenverschleiß ist. Nur sehr kleine Partikel, die während des Betriebs unter die Dichtkante gelangen, werden dort wirksam. Das Ziel der Untersuchungen, die Veränderung der Oberflächenrauheit und der Oberflächenstruktur in Bewegungsrichtung zu ermitteln, konnte noch nicht erreicht werden. Eine Messtechnik zur Erfassung und Darstellung von regelmäßigen Drallstrukturen auf Wellenoberflächen wurde während des Projekts vorgestellt und weiterverfolgt, um weitere Erkenntnisse über die Drallstruktur- Erkennung zu gewinnen. Grenzen dieses Verfahrens liegen darin, dass nur periodische .Grobstrukturen, aber keine stochastisch verteilten .Feinstrukturen erfasst werden können. Diese scheinen aber von der Wirksamkeit her entscheidend zu sein. Die bisher praktizierte Fadenmethode ist bis dato ein unzuverlässiges Verfahren zur Erkennung von Drallstrukturen auf der Welle. Eine quantitative Aussage ist mit ihr kaum möglich. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Berichtsumfang:
149 S., 90 Abb., 22 Taf., 9 Lit. Beginn der Arbeiten:
01.05.1996 Ende der Arbeiten:
30.06.1998 Zuschussgeber:
BMVVi/AIF-Nr.10670 Forschungsstelle:
Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart Leitung: Prof. Dr.-lng. G. Lechner Projektleitung:
Privatdozent Dr.-lng. habil. W. Haas
Bearbeiter und Verfasser:
Dipl. -lng. H. Raab Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. D. Frey, Zahnradfabrik Friedrichshafen Vorsitzender des Beirates:
Prof. Dr.-lng. H. Kipphan, Heidelberger Druckmaschinen AG