Der neue 8-Zellen Dauerlaufprüfstand am IMA exklusiv in kem Die Autoren sind Marco Remppis, Dr. Frank Bauer sowie Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Haas vom Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart

Mit einem 8-Zellen-Dauerlaufprüfstand hat sich der Fachbereich Dichtungstechnik am Institut für Maschinenelemente der Uni Stuttgart der Herausforderung gestellt, die Wechselwirkungen in komplexen tribologischen Systemen und deren Auswirkung auf die Dichtfunktion realitätsnah zu untersuchen.

Die Abdichtung rotierender Wellen ist eine schwierige Aufgabe, die sich Konstrukteuren in allen Bereichen des Maschinenbaus stellt. Kaum ein Produkt kommt ohne funktionierende Dichtungen aus. Eine hohe Zuverlässigkeit ist daher von großer Bedeutung. Aktuelle Themen, wie Klimaveränderung und Umweltschutz, verschärfen die Anforderungen an die Dichtelemente zusätzlich.

Gewöhnlich bestimmen Dichtungen nur einen relativ geringen Anteil der Gesamtherstellkosten eines Produkts, weshalb der Auslegung und Auswahl des Dichtsystems häufig eine eher geringe Aufmerksamkeit geschenkt wird. Dass die Folgekosten eines Ausfalls der Dichtfunktion oftmals umso größer sind, wird dabei außer Acht gelassen.

Die Schwierigkeit in der Auslegung eines Dichtsystems besteht in der Vielzahl der Parameter, die seine Funktion beeinflussen. In den sehr komplexen, tribologischen Systemen lassen sich die Wechselwirkungen bei sich ändernden Randbedingungen (beispielsweise dem Einsatz neuer Wellenwerkstoffe) und deren Auswirkung auf die Dichtfunktion trotz moderner Simulationstechniken nicht mit ausreichender Sicherheit vorhersagen. Für eine zuverlässige Abdichtung ist eine vorherige Überprüfung immer noch unerlässlich. Eine Herausforderung, der sich der Fachbereich Dichtungstechnik am Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart seit nunmehr über 40 Jahren stellt.

Weiterentwicklung eines Prüfstandkonzepts

Seit August 2009 ist am Institut ein neuer 8-Zellen-Dauerlaufprüfstand in Betrieb, der die Prüfkapazitäten weiter ausbaut. Der neue Prüfstand ist die konsequente Weiterentwicklung eines am IMA bereits bewährten Konzepts. Die acht Prüfzellen verfügen jeweils über einen separaten Motor, welcher die Spindel über einen Rippenriemen antreibt. Somit kann jede Prüfzelle mit einer individuellen Drehzahl betrieben werden. Durch das Übersetzungsverhältnis des Riementriebs sind Drehzahlen bis 10 000 min-1 möglich. Eine Heizpatrone sowie Kühlwasserkanäle erwärmen beziehungsweise küh- len das Gehäuse. Die Temperierung des Ölsumpfes wird somit indirekt über die Wände der Kammer erreicht, was einer thermischen Schädigung des Öls vorbeugt.

Höchste Flexibilität für Dauerlaufuntersuchungen

Ein konstruktiv ausgeklügeltes Konzept ermöglicht eine einfache und flexible Montage verschiedener Aufnahmeadapter, Laufhülsen und Gehäusedeckel. Dadurch können Dichtungen für Wellendurchmesser bis 120 mm getestet werden. Die Aufnahmeadapter der Laufhülsen werden mit einer Spannzange in einem Hohlschaftkegelsystem (HSK) justiert, welches auf Grund hervorragender Rundlaufei- genschaften auch bei Werkzeugmaschinenspindeln eingesetzt wird. Der Prüfstand eignet sich zur Leckage- und Förderwertmessung und zur Untersuchung dynamischer Elastomerverträglichkeit. Radialwellendichtungen nahezu jeglicher Art und Größe können mit verschiedenen Fluiden (mit oder ohne Additive), Wellenoberflächen und -durchmesser kostengünstig und unter veränderbaren Bedingungen (Temperatur, Drehzahl, Druck) getestet werden. Während des gesamten Prüflaufs besteht freie Sicht auf die Dichtstelle. Wichtige Parameter des Dichtsystems, wie die Leckage oder die Temperatur an der Dichtkante (indirekt die Reibleistung), können somit problemlos mit Hilfe einer Thermografiekamera untersucht werden.

Kapazitäten für Forschungsprojekte

Eingesetzt wird der neue Prüfstand in den zahlreichen am IMA laufenden Forschungsprojekten. Außerdem stellt das Institut seine Prüfkapazität und Analysemöglichkeiten auch Industriepartnern zur Verfügung.

Das Leistungsspektrum geht weit über Dauerlaufuntersuchungen hinaus. Es beginnt bei der Beratung, Begutachtung, Schadensanalysen und geht über Oberflächenanalysen, experimentelle Untersuchungen, die numerische Analyse und Optimierung von Dichtungen mittels FEM, bis hin zur Entwicklung innovativer Dichtkonzepte.

Online-Info

www.kem.de/0610413