Prüfaufbau einer Testzelle mit Temperatursensoren für die Validierungsmessungen (links) – Wellenkegel mit Thermoelementen zur Messung der Temperatur unter der Oberfläche des Dichtkontaktes (rechts) (Bild: Technische Universität Kaiserslautern)

01.10.2018 Temperaturverhalten eines Dichtsystems

Vollvalidiertes thermisches Netzwerk eines tribologischen Ersatzsystems für einen Radialwellendichtring

von Dipl.-Ing. Christoph Burkhart (Universität Kaiserslautern - Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)), M. Sc. Dominik Weyrich (Universität Kaiserslautern - Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)), Professor Dr. Bernd Sauer (Universität Kaiserslautern - Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)), M. Sc. Julia Heimes (Technische Universität Kaiserslautern), Professor Dr. Balázs Magyar (Technische Universität Kaiserslautern)

Bei der Betrachtung von Radialwellendichtringsystemen und entsprechenden Ersatzsystemen spielen die thermischen Umgebungseinflüsse eine große Rolle für das Reibungs- und Verschleißverhalten. Da die Temperaturen an bestimmten Stellen nur mit hohem Aufwand experimentell erfasst werden können, werden Berechnungsmethoden benötigt, um das Temperaturverhalten im Dichtsystem beschreiben zu können. Nachfolgend wird ein voll validierter numerischer Modellierungsansatz vorgestellt, der Aufschluss über die Temperaturvorgänge eines Ersatzsystems für Radialwellendichtringe (RWDR) bietet.

Die Temperaturverteilung im tribologischen System Radialwellendichtring ist sowohl bei der Simulation, als auch bei der experimentellen Betrachtung eine entscheidende Größe. Aufgrund der Wechselwirkungen mit Radialkraft, Kontakttemperatur und Reibung ist eine genaue Kenntnis der thermischen Umgebungsbedingungen entscheidend. Die experimentelle Ermittlung des Temperaturverhaltens eines Dichtsystems ist aufgrund der messtechnisch schwer erfassbaren Stellen, z.B. im Kontakt zwischen Dichtkante und Gegenlauffläche, schwierig. FE-Simulationen oder CHT-Analysen (Conjunctive-Heat-Transfer) weisen hohe Rechenzeiten auf und eignen sich deshalb nicht für die Integration in andere Simulationsmodelle. Abhilfe bietet ein thermisches Netzwerk, eine Modellierungsmethode mit einem geringen Rechenaufwand. Erste Anwendung bei Radialwellendichtringen fand das thermische Netzwerk durch Upper [1] und Stakenborg und van Ostayen [2]. Weiterhin wurde diese Methode zur Beschreibung des thermischen Haushalts bei Wälzlagern [3] , Schneckengetrieben [4] und Zahnradpaaren [5] angewendet.