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

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

Zur Abdichtung von Wellen im drucklosen Betrieb oder bei geringem Druckunterschied kommen oft Radialwellendichtringe zum Einsatz. Deren konstruktiver Aufbau führt bei einer Rotation der Welle zu einer axialen Förderung des Schmierstoffs, die immer in Richtung der Ölseite stattfindet. Jedoch kann auch die Oberflächenfeingestalt der Dichtringgegenlauffläche (DRGF) eine Förderwirkung erzeugen. Als maßgebliche Ursache gelten sogenannte Drallstrukturen. Unter Makrodrall werden periodische, gerichtete Strukturen, wie beispielsweise Vorschubriefen, verstanden. Als Mikrodrall gelten Mikrostrukturen, deren Hauptrichtung eine Rechtwinkligkeitsabweichung zur Werkstückachse aufweist. Die DRGF sollte deshalb möglichst drallfrei sein, wobei bis heute keine einheitlichen Grenzwerte für Makro- bzw. Mikrodrallkenngrößen existieren. Das Schleifen im Einstich gilt als Standardverfahren für die Endbearbeitung von DRGF, da es sich in der Regel um gehärtete Stahlwerkstoffe handelt. Mit diesem Verfahren lässt sich eine Drallreduzierung durch eine gezielte Gestaltung des Abricht- und Fertigungsprozesses erreichen. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten weist es jedoch zahlreiche Nachteile wie hohe Investitionskosten, eine geringe Flexibilität sowie einen durch das Ausfunken hohen Anteil an nicht wertschöpfender Bearbeitungszeit auf. Eine Substitution des Schleifens durch Hartdrehen bietet ein hohes Potenzial zur Kostenreduzierung. Jedoch fehlt es bislang an einem ganzheitlichen 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. Ziel dieses Vorhabens ist ein vertieftes Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern beim Hartdrehen, der resultierenden Oberflächenfeingestalt der DRGF sowie deren funktionalen Eigenschaften im Dichtkontakt. Hierzu sollen Zerspanungs- und Prüfstandsversuche sowie die computergestützte Prozess- und EHD-Simulation eingesetzt werden. Ein weiteres Ziel ist die Ermittlung von Kenngrößen zur funktionsbezogenen Beschreibung hartgedrehter DRGF. Für das Außenlängsdrehen soll durch eine Variation der Schnittwerte und der Schneideneckengeometrie zunächst der Einfluss der genormten Makrodrallkenngrößen auf den Förderwert und das Reibmoment der DRGF untersucht werden. Anschließend ist eine gezielte Beeinflussung des stochastischen Anteils der Rauheit durch die Auswahl unterschiedlicher Schneidkantengeometrien und Korngrößen des CBN-Schneidstoffs unter Berücksichtigung des Werkzeugverschleißes geplant. Die Erkenntnisse sollen anschließend in die Qualifizierung des Start-Stopp-Drehens einfließen. Es handelt sich hierbei um ein speziell entwickeltes Drehverfahren, bei dem DRGF mit einem ausgeprägten Nulldrall erzeugt werden, die in Voruntersuchungen bereits sehr geringe Förderwerte aufwiesen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen