Experimentelle und numerische Modellbildung zur Bestimmung der Reibkraft translatorischer Dichtungen

Hydraulische und pneumatische Linearantriebe zeigen instationäres Bewegungsverhalten, wenn diese aus dem Stillstand anfahren oder aufgrund des begrenzten Hubs eine Richtungsumkehr erfolgt. Bei hochdynamisch betriebenen Sonderanwendungen kommt der Reibung aufgrund der Bewegungsbeeinflussung eine besondere Bedeutung zu. Im Gegensatz zu den bislang üblichen stationären Betrachtungen der Dichtungsreibung wird diese im Rahmen der Arbeit in Abhängigkeit der Dynamik experimentell ermittelt und mit numerischen Berechnungen nachgebildet. An einem Prüfstand für hydraulische Stangendichtungen, der mit einem Kurbeltrieb angetriebenen wird, werden die Reibkräfte für unterschiedliche Dichtungsgeometrien unter Variation von Druck und Temperatur bei Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s gemessen und diskutiert. Darüber hinaus wird mit einem neu entwickelten Prüfstand für pneumatische Stangendichtungen, welcher auf einem bislang nicht realisiertem Messprinzip basiert, der Einfluss von Dichtungsgeometrie, Material, Einbausituation, Druck, Schmierfett und Dichtungsabmessungen auf die Reibung systematisch analysiert. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung von analytischen und numerischen Methoden im Entwicklungsprozess von Dichtsystemen, werden zwei Simulationsansätze zur Spalthöhenberechnung und der daraus abgeleiteten Reibkraft vorgestellt. Der aus der Literatur bekannte inverse hydrodynamische Ansatz (IHL) stellt eine sehr vereinfachte Berechnungsmethode dar, wohingegen das entwickelte elastohydrodynamische Modell (EHD bzw. EHL) eine physikalisch genauere Abbildung ermöglicht. Im abschließenden Vergleich zwischen Reibkraftmessungen an einem O-Ring und zugehörigen Simulationen wird die Eignung der Berechnungsmodelle bei einem hydrodynamischen Schmierungszustand aufgezeigt.