Einfluss von statischen und dynamischen Lageabweichungen auf die Leckage eines Dichtsystems mit Rechteckdichtringen

Abstract

ZusammenfassungDort, wo in Prozessen und Anwendungen Flüssigkeiten unter hohem Druck in rotierende Systeme eingespeist werden, kommen Radialwellendichtringe an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Treten in den Dichtkontakten zusätzlich noch hohe Relativgeschwindigkeiten auf, eignen sich auch Gleitringdichtungen nicht mehr als dynamische Dichtung. Aufgrund ihrer sehr hohen thermischen Beständigkeit etablierten sich Rechteckdichtringe aus Hochleistungskunststoffen wie Polyimiden für diese Anwendungen. In ihrem Aufbau ähneln sie Kolbenringen, wie sie in Verbrennungskraftmaschinen und Kolbenmaschinen zum Einsatz kommen, weshalb im englischen Sprachgebrauch die Bezeichnung „piston ring“ verbreitet ist.Als zentrale Größe für die Belastung des Rechteckdichtrings wird das Lastäquivalent aus dem Produkt von anliegendem Fluiddruck und der Relativgeschwindigkeit im Kontakt herangezogen (auch p · v-Wert). Der p · v-Wert wird als Systemkenngröße herangezogen, um die Eignung des Werkstoffs hinsichtlich ertragbarer Reibleistungen im Kontakt für die jeweilige Anwendung zu prüfen. Vorangegangene Arbeiten befassten sich vorwiegend mit der Leckagebildung, Reibungsreduzierung sowie der Bestimmung geeigneter Materialpaarungen für das Dichtsystem. Dabei wurden Einflüsse von Lageabweichungen auf die Funktionalität der Dichtringe nicht betrachtet. Mit Hilfe eines adaptierten Prüfstands am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik der Technische Universität Kaiserslautern, der zur Untersuchung von Radialwellendichtringen unter statischen und dynamischen Auslenkungen dient, soll das Verständnis über Rechteckdichtringe unter statischen und dynamischen Auslenkung erweitert werden.Das Verhalten von Rechteckdichtringen unter statischen und dynamischen Lageabweichungen wird von sich überlagernden Einflüssen bestimmt. Hierbei hängt die auftretende Leckage des Dichtsystems vorrangig von den Betriebsgrößen wie Fluiddruck und den statischen Lageabweichungen ab. Dynamische Verlagerungen innerhalb des Dichtsystem beeinflussen das Leckageverhalten negativ, wobei kein Zusammenhang zwischen Leckage und Betrag oder Frequenz der Auslenkung herrscht. Die Querschnittsfläche des Dichtrings sowie die Geometrie der Nut führen so divergierenden Betriebsverhalten, wobei die druckabhängige Leckagebildung von anderen Verhaltensmustern überlagert werden kann.