Auslegung und Erzeugung von Dichtringgegenlaufflächen mit Verfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden - Dirigeo

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Schubert; Professor Dr.-Ing. Stefan Thielen
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430170022

Zur Abdichtung von Wellendurchführungen im drucklosen Betrieb oder bei geringem Druckunterschied kommen überwiegend Radialwellendichtringe (RWDR) zum Einsatz. Deren konstruktiver Aufbau führt bei einer Rotation der Welle zu einer axialen Förderung des Schmierstoffs, die immer in Richtung der Ölseite stattfindet. Die Oberflächenfeingestalt der Dichtringgegenlauffläche (DRGF) kann jedoch auch eine Förderwirkung erzeugen. Das Einstechschleifen gilt als Standardverfahren für die Endbearbeitung von DRGF, da es sich in der Regel um gehärtete Stahlwerkstoffe handelt. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten weist es aber zahlreiche Nachteile wie hohe Investitionskosten, eine geringe Flexibilität sowie einen durch das Ausfunken großen Anteil an nicht wertschöpfender Bearbeitungszeit auf. Eine Substitution des Schleifens durch Hartdrehen bietet ein signifikantes Potenzial zur Kostenreduzierung. Aktuell fehlt allerdings noch ein ganzheitliches Verständnis der Wirkzusammenhänge zwischen den Prozessparametern, der Oberflächenfeingestalt und den funktionalen Eigenschaften der DRGF. Dem Anwender stehen nur unzureichende Informationen bezüglich einzuhaltender Oberflächenkennwerte sowie zur Auswahl geeigneter Werkzeuge und Schnittwerte zur Verfügung. In der ersten Förderphase wurde ein vertieftes Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern beim Hartdrehen, der resultierenden Oberflächenfeingestalt der DRGF sowie deren funktionalen Eigenschaften im Dichtkontakt mittels Zerspanungs- und Prüfstandsversuchen sowie computergestützter Prozess- bzw. EHD-Simulationen erlangt. Im Ergebnis konnte für mit kontinuierlicher Vorschubbewegung gedrehte DRGF der Einfluss des Förderquerschnitts und Drallwinkels auf die funktionalen Eigenschaften im Dichtkontakt ermittelt werden. Die darauf aufbauenden Versuche mit einem speziellen Verfahren (Start-Stopp-Drehen) zeigten, dass so erzeugte DRGF trotz des fehlenden Dralls bzw. Nulldralls auch eine Förderwirkung haben, welche auf Abweichungen der Oberflächenfeingestalt infolge elastisch-plastischen Materialverhaltens zurückzuführen war. Eine entsprechende Anpassung des Verweilwertes auf ein ganzzahliges Vielfaches von eins führte zu einer Verminderung dieser Effekte. Die aufgrund des fehlenden Dralls (Nulldralls) vergleichsweise große Auflagelänge der Dichtlippe resultierte jedoch in einer Vergrößerung des Reibmoments. In einer zweiten Förderphase wird deshalb eine Modifikation des Drehprozesses zur Verringerung der Reibung und des Verschleißes des RWDR angestrebt. Hierbei soll der Einfluss von mittels ultraschallschwingungsüberlagerten, zweistufigen Hartdrehens gezielt eingebrachten, deterministischen Mikrostrukturen auf die hydrodynamischen Laufeigenschaften des RWDR untersucht werden. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Verständnis für die im Dichtkontakt auftretenden Wechselwirkungen zwischen Mikrostrukturgeometrie, Fluid und RWDR zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Oliver Koch