antriebstechnik 4/2019

PEER REVIEWED
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Wellendrehzahl gewählt. Unmittelbar im Anschluss an die 96 h
wurde die Drehrichtung der Welle für 1 h umgekehrt. In Bild 16 ist
die Leckage in dieser einen Stunde aufgetragen. Die Versuche mit
den Wellen 1–4 (Bild 16 links) wurden bei einer Wellendrehzahl von
1 000 min -1 durchgeführt. Die Versuche mit den Wellen 9–12 (Bild 16
rechts) wurden bei einer reduzierten Wellendrehzahl von 100 min -1
durchgeführt. Die Betriebsbedingungen wurden in Anlehnung an
die Bedingungen der Konditionierung für die Funktionsuntersuchungen
gewählt. Daher wurden die Dauerlaufuntersuchungen
mit einer Ölsumpftemperatur von 60 °C durchgeführt.
Die Dauerlaufuntersuchungen bestätigen die Ergebnisse der
Funktionsuntersuchungen. Bei einem Drehrichtungswechsel der
Welle tritt bei fast allen Dichtsystemen sofort Leckage auf. Die Versuchsdurchführung
mit der reduzierten Wellendrehzahl 100 min -1
führt zu einer deutlichen Reduzierung der Leckage. Vereinzelte
Dichtsysteme sind sogar dicht. Dies ist auf die reduzierte Reibung
zurückzuführen und passt mit den Ergebnissen der Funktionsuntersuchungen
hervorragend überein.
HYPOTHESE ZUR KONDITIONIERUNGS­
RICHTUNGSABHÄNGIGEN DICHTFUNKTION
RWDR aus Elastomer bilden im Betrieb axiale Verschleißstrukturen
aus. Diese sind maßgeblich am Rückfördermechanismus des
Dichtrings beteiligt. Die Rückförderwirkung entsteht durch die
betriebsbedingte Verzerrung dieser Strukturen in Umfangsrichtung.
Der Rückfördermechanismus bildet sich in beide Wellendrehrichtungen
aus, da das Elastomer auch in beide Richtungen
gedehnt werden kann. Bei längerem Betrieb in eine Wellendrehrichtung
treten Alterungsvorgänge im Elastomer auf. Diese
äußern sich in einer Elastomerverhärtung, bedingt durch Nachvernetzungseffekte
der Schwefelbindungen im NBR. Diese Nachvernetzungsvorgänge
führen zu einem „Einfrieren“ der Verschleißstrukturen
in Richtung der Wellenrotation. Trotz der zunehmenden
Verhärtung der Dichtkante bleibt die Förderwirkung erhalten, weil
die notwendige Verzerrung der Verschleißstrukturen gewährleistet
bleibt. Erfolgt jedoch nach längerem Betrieb des Dichtsystems
in eine Wellendrehrichtung eine Drehrichtungsumkehr
der Welle, können die Verschleißstrukturen aufgrund der geringeren
Verformungsfähigkeit des Elastomers nicht mehr so stark ausgelenkt
werden. Die geringere Verzerrung der Verschleißstrukturen
nach einem Drehrichtungswechsel der Welle führt zu einer
geringeren Förderwirkung des Dichtrings. Im Extremfall kann
dies sogar zu einer Förderwirkung führen, die nach außen gerichtet
ist. In diesem Fall ist mit einem Ausfall der Dichtung infolge
Leckage zu rechnen.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei längerem Betrieb in eine Wellendrehrichtung bilden RWDR aus
NBR eine Vorzugsrichtung aus. In Vorzugsrichtung weist der Dichtring
eine ausgeprägte Förderwirkung auf. Wird die Wellendrehrichtung
umgekehrt, weist der Dichtring nur noch eine deutlich
verminderte Förderwirkung auf. Aus diesem Grund kommt es bei
Drehrichtungswechseln nach längerem Betrieb in eine Wellendrehrichtung
häufig zu Leckage.
Das Förderwertverhältnis zwischen den Wellendrehrichtungen
hängt stark von den Betriebsbedingungen ab. Hier konnte ein Zusammenhang
zwischen dem Reibverhalten und dem drehrichtungsabhängigen
Förderverhalten des Dichtrings hergestellt werden.
Je größer die Reibung im Dichtkontakt, desto größer ist auch
die Drehrichtungsabhängigkeit der Förderwirkung.
Dauerlaufuntersuchungen bestätigen diese Erkenntnisse. Bei
einem Drehrichtungswechsel der Welle nach einer Laufzeit von
96 h und einer Wellendrehzahl von 1 000 min -1 tritt bei allen durchgeführten
Dauerlaufuntersuchungen unmittelbar Leckage auf.
Werden die gleichen Versuche mit einer reduzierten Wellendrehzahl
von 100 min -1 durchgeführt, fällt die Leckage unmittelbar nach
dem Drehrichtungswechsel der Versuchswelle deutlich geringer
aus. Vereinzelte Versuche sind sogar dicht.
Literaturverzeichnis:
[1] Forschungsvereinigung Antriebstechnik 696 I: Lastkollektive RWDR.
Abschlussbericht eingereicht. 2015
[2] DIN 3760 – Radial-Wellendichtringe. Mai 1972
[3] MÜLLER, H. K.: Abdichtung bewegter Maschinenteile. Waiblingen:
Medienverlag Müller. 1990
[4] JENISCH, Bernhard: Abdichten mit Radial-Wellendichtringen aus Elastomer
und Polytetrafluorethylen. Universität Stuttgart. Dissertation. 1991
[5] KAMMÜLLER, Matthias: Zur Abdichtwirkung von Radialwellendichtringen.
Universität Stuttgart. Dissertation. 1986
[6] RINNBAUER, Meike: Technische Elastomerwerkstoffe. Verlag Moderne
Industrie. 2006
[7] BAUMANN, Matthias: Abdichtung drallbehafteter Dichtungsgegenlaufflächen
– Messung, Analyse, Bewertung und Grenzen. Universität Stuttgart.
Dissertation. 2017
[8] Forschungsvereinigung Antriebstechnik 570 III: Einfluss weichgeschliffener
Gegenlaufflächen auf das Dichtverhalten von Radial-Wellendichtungen.
FVA-Heft Nr. 1230. 2017
DIE AUTOREN
Dipl.-Ing. Jan Totz,
Akademischer Mitarbeiter
Dichtungstechnik,
Universität Stuttgart
Dr.-Ing. Matthias Baumann,
Leiter Messtechnik,
Universität Stuttgart
Dr.-Ing. Frank Bauer,
Bereichsleiter Dichtungstechnik
& StutCAD,
Universität Stuttgart
www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/04 153