erreichte Punktzahl Gesamt Prüfungsfach: Dichtungstechnik Abdichtung bewegter Maschinenteile

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1 Prüfungsfach: Dichtungstechnik Abdichtung bewegter Maschinenteile Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Haas Prüfungsdatum: Übungsprüfung Prüfungsdauer: 120 Minuten Teilnehmer: Name: Matrikelnr.: Aufgabe Punkte erreichte Punktzahl Gesamt

2 Aufgabe 1: Kurzfragen 40 Pkt. 1.1 Welches Dichtprinzip verwendet die Natur beim Menschen, um auch bewegte Körperteile abzudichten? Wie bezeichnet man die verwendeten Elemente? Welchen Nachteil hat diese Art von Abdichtung? Dichtprinzip: Bezeichnung Element: Nachteil: hermetisch Membran Eingeschränkte Beweglichkeit 1.2 Was versteht man unter dem Druckverformungsrest DVR? DVR: Bleibende Verformung nach der Entlastung in % Sollte der DVR eines statisch eingebauten Rechteck-Rings groß oder klein sein? Kreuzen Sie an an und begründen Sie Ihre Wahl. groß X klein Begründung: Der DVR hat ein Nachlassen der Vorspannung zur Folge, welche sich negativ auf die Dichtwirkung auswirkt

3 1. Nennen Sie die zwei Bedingungen, die bei jedem statisch eingesetzten Dichtelement erfüllt sein müssen, damit es unabhängig vom Druck dicht ist. Bedingung 1: Bedingung 2: p m > p 1 (mittlere Pressung größer als der Systemdruck) geschlossene Linie auf dem gesamten Dichtungsumfang, auf der an jeder (mikroskopischen) Stelle die örtliche Pressung größer als der Systemdruck ist. p örtlich > p Was versteht man unter einer aktiven Abdichtung? 1 Durch die Bewegung eines Teils des Dichtsystems wird ein Rückförderstrom entgegen dem Leckagestrom erzeugt. Der Rückförderstrom kann kontinuierlich (drehende Bewegung) oder diskontinuierlich (hin- und hergehende Bewegung) sein. 1.5 Beschreiben Sie stichwortartig den Vorgang der Dampfblasen-Kavitation an einer starren Wand. In Flüssigkeiten Unterschreiten des Dampfdrucks Dampfblase Druckanstieg Dampfblase implodiert sehr schneller Flüssigkeitsstrahl trifft auf die Wand Folge: Gefügezerrüttung (Lochfraß)

4 1.6 Skizzieren Sie eine eingebaute Bürstendichtung für Heißluft und kennzeichnen Sie die Seite mit dem höheren Druck mit p 1. Welchen Vorteil haben Bürstendichtungen gegenüber Drossel-Labyrinthen? Skizze: 4 Vorteil: Bei geringerer Leckage viel kleinerer Bauraum 1.7 Dargestellt sind drei mögliche Einbau-Arten von O-Ringen? Welche Art sollte man vermeiden? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. 2 wegen den Maßtoleranzen, Dreiecksnut und den Dichtflächen

5 1.7.2 Welche Art ist die Günstigste? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. 1 oder 2 ohne nähere Angaben nicht zu entscheiden 1.7. Was ist bei Einbauart 1 unbedingt zu beachten? 15 Einfahrschräge an Teil A 1.8 Wie muss der Stoßspaltverschluss eines Kolbenrings für einen Hubkolbenmotor gestaltet sein, damit er gasdicht ist und trotzdem wandern kann? 1 Der Stoßspalt muss axial und radial verschlossen sein 1.9 Worin unterscheiden sich Pneumatik- von Hydraulikdichtungen? Nennen Sie zwei wesentliche Unterscheidungsmerkmale. 2 Merkmal 1: Merkmal 2: Schmierfilmerhaltung durch ballige Dichtflächen mit flachem Pressungsgradient Geringe Anpressung wegen Reibung (Vorpressung) 1.10 Zu welcher gemeinsamen Dichtungsgattung zählen die Gewinde- Wellendichtung und die Zentrifugal-Wellendichtung? 1 Gattung: Berührungsfreie Rückförderdichtungen (Sperrdruckdichtungen /Hydrodynamische Dichtungen)

6 1.11 Welche Effekte kann man durch Strukturieren der Gleitflächen von flüssigkeitsabdichtenden Gleitringdichtungen erreichen? Nennen Sie 4 mögliche Effekte. Effekt 1: Effekt 2: Effekt : Effekt 4: geringere Leckage geringere Reibung dickerer Schmierfilm höhere Zuverlässigkeit Für welche Betriebsbedingung sind Gleitringdichtungen prädestiniert? Betriebsbedingung: hoher Druck und / oder hohe Gleitgeschwindigkeiten 1.12 Was versteht man unter dem sogenannten p v-wert? p v-wert: Produkt aus abzudichtendem Druck p und der Gleitgeschwindigkeit v als Leistungskennwert (-Funktion) für Dichtungen Was ist bei seiner Verwendung unbedingt zu beachten? zu beachten: Der p v-wert ist kein fester Wert, sondern Funktion in bar oder MPa

7 1.1 Skizzieren Sie eine gängige Rotordichtung im eingebauten Zustand. 4 Für welche Betriebsbedingungen kommen Rotordichtungen zum Einsatz? Betriebsbedingung: hoher Druck und geringe Gleitgeschwindigkeit bei drehender Bewegung 1.14 Wie oder mit was dichten Sie Wasser mit einem Druck von MPa ab? nicht lösbar - Geschwindigkeit rotierend oder translatorisch? - Zuverlässigkeit - Lebensdauer usw Was versteht man bei Radial-Wellendichtringen unter Hydrodynamischen Dichthilfen (auch als Drall bezeichnet) 2 Drall: Erhabende Strukturen auf der luftseitigen Dichtkantenfläche die mit der Dichtkante Keilspalte bilden und durchgedrungene Flüssigkeit zurückfördern

8 Aufgabe 2: Berührungsfreie Dichtung 12 Pkt. Ein schnelllaufendes hydrostatisches Gleitlager mit erheblichem Lagerseitenfluss soll zu Werbezwecken mittels handelsüblichen berührungsfreien Schutzdichtungen der Firma XYZ vollkommen leckagefrei bei allen Drehzahlen abgedichtet werden. Die Bilder zeigen die zur Verfügung stehenden Dichtelemente. In diesen Bildern sind sie als Schutzdichtungen für fettgefüllte Wälzlager gegen Verschmutzung eingesetzt. 2.1 Konstruieren Sie das gewünschte Dichtsystem für das hydrostatische Gleitlager. Saubere Freihandzeichnung genügt. Die Befestigungselemente sind mit darzustellen.

9 Welche alternativen Dichtsysteme wären eigentlich für solche Abdichtaufgaben prädestiniert? Nennen Sie 2 Alternativen 2 Alternative 1: Alternative 2: Fanglabyrinthdichtung Sperrluftdichtung

10 Aufgabe : Hydraulikdichtungen 0 Pkt. Um einen Hydraulikzylinder abzudichten stehen Ihnen folgende Maschinenelemente zur Verfügung: Element: x x 2x 10x 4x Name: Stufen- Nutring Rechteck- O-Ring / Führungsband dichtung dichtring Spannring Werkstoff: PTFE/Bz PU PTFE z.b. NBR PTFE / Gewebe.1 Geben Sie für jedes Element einen gängige Bezeichnung (Namen) und einen gängigen Werkstoff an..2 Skizzieren Sie ein vollständiges Dichtsystem für den Kolben des Hydraulikzylinders unter Verwendung eines Teils der zur Verfügung stehenden Maschinenelemente. 4

11 . Skizzieren Sie ein Dichtsystem für die Kolbenstange, wenn bei sehr hohem Druck (0MPa) beste Dichtheit bei geringer Reibung und sehr guter Führung der Kolbenstange benötigt wird. 7 A (.5).4 Angenommen, die Kolbenstange wäre nur mit einem Element 2 abgedichtet und die Kolbenstange tauche außen in ein Wasserbecken ein. Mit wie viel Wasser im Öl muss man nach 100 Hüben rechnen? Der Pressungsverlauf für das Element 2 sei für Ein- und Ausfahren gleich. Nicht gegebene Werte bitte geeignet annehmen. Daten: 10 Hublänge: Kolbenstange: Ölviskosität: Viskosität Wasser Ausfahrgeschwindigkeit: Einfahrgeschwindigkeit: H = 1 m d = 100 mm η Öl = 10-2 Pa s η Wasser = 10 - Pa s u a = 10-2 m/s u e = 1 m/s

12 Pressungsverlauf: Steigungswerte: A w A = 100 MPa/mm B w B = 200 MPa/mm C w C = 0 MPa/mm D w D = 50 MPa/mm E w E = 25 MPa/mm F w F = 10 MPa/mm G w G = 40 MPa/mm H w H = 5 MPa/mm Berechnung: h a = 2 9 η u a = 2 w a max Pa s MPa mm = 10,5 nm m s = 1, mm = 1, µm h e = 2 9 η u e = 2 w e max 9 10 Pa s 1 50 MPa mm m s = 6, mm = 0,066 µm = 66 nm h = (66 10,5) nm = 55,5 nm V = π d H n h = π 100 mm 1 m ,5 nm = 174,6 mm³ = 1,74 cm³ Es befinden sich nach 100 Hüben etwa 1,74 ml Wasser im Öl.

13 .5 Was für ein Element, das Ihnen nicht zur Verfügung steht bräuchten Sie um den Wassereintrag zu mindern? Skizzieren Sie das Element. Bezeichnung des Elements: Abstreifer Skizze des Elements: 4 Markieren Sie in der Skizze zu.2 bzw.. die Stelle an der das Element sitzen müsste mit einem A. In.2 kein Abstreifer einbaubar, da es sich in dieser Anwendung um einen Kolben handelt.

14 Aufgabe 4: Wellendichtungen 8 Pkt. Es gibt Wellendichtungen die radial und solche die axial angepresst werden. Darüber hinaus gibt es Wellendichtungen für sehr niedrigen Druck (drucklos) und solche für höhere Drücke. 4.1 Skizzieren Sie halbwegs maßstäblich einen Radial-Wellendichtring aus Elastomer für drucklosen Betrieb. Er soll einen rillierten statischen Dichtsitz 4 haben und eine berührende reibungsarme Schutzlippe. 4.2 Geben Sie die Größenordnung den Dichtkantenwinkel α und β an und tragen 2 Sie diese in Ihre Skizze ein. 4. Was passiert wahrscheinlich, wenn die Größenordnung der Dichtkantenwinkel umgekehrt ist? Skizze: 2 Dichtkantenwinkel: α = β = 20-0 Dichtkantenwinkel umgekehrt: Folge: Dichtring ist wahrscheinlich undicht

15 4.4 Skizzieren Sie in ähnlicher Größe einen Radial-Wellendichtring aus Elastomer mit dem Flüssigkeiten unter Druck abgedichtet werden können. (ohne Schutzlippe und ohne Rillierung) Skizze: 4.5 Wo verschleißt dieser Dichtring bei höherem Druck (außer die Dichtkante 1 selbst). Kennzeichnen Sie den Bereich in Ihrer Skizze. 4.6 Welche 2 Maßnahmen bringen die Druckbelastbarkeit. Welcher Nachteil entsteht? Maßnahme 1: Maßnahme 2: Nachteil: kürzere Membran dickere Membran viel geringere Radialbeweglichkeit Skizzieren Sie ein axial dichtendes Element mit Welle und Gegenlauffläche, dessen Dichtlippe bei höherer Umfangsgeschwindigkeit von der Gegenlauffläche abhebt. Sichern Sie das Element gegen Verrutschen auf und Abheben von der glatten Welle. Skizze:

16 4.8 Die Gegenflächen der Dichtelemente dürfen bestimmte Rauheitswerte nicht überschreiten. Ordnen Sie den Elementen die Oberflächengüten: fein 1 ; mittel 2 ; grob zu. 2 drucklos: mit Druck: axial: Nr: Bei 500 1/min liegt das Dichtelement mit einer Axialkraft von F a = 10 N auf einem Durchmesser von d = 100 mm an der Gegenlauffläche an. Die experimentell für diese Bedingungen ermittelte Reibzahl beträgt µ = 0, Berechnen Sie die Verlustleistung P 1 bei diesen Betriebsbedingungen N 0, 50mm s 785 Nmm s 7,85 Nm s 7,85 W Die Drehzahl wird auf /min erhöht. Steigt oder fällt das Reibmoment? Begründen Sie Ihre Entscheidung. fällt X Reibmoment: steigt Begründung: Dichtlippe wird durch die Fliehkraft entlastet F a wird geringer 4.9. Wie verhält es sich unter den Bedingungen von Punkt mit der Reibleistung. Begründen Sie Ihre Entscheidung. Reibleistung: fällt steigt Begründung: M fällt n steigt Aussage nicht möglich

17 4.10 Skizzieren Sie eine Manschettendichtung aus PTFE-Compound mit breiter Anlage an der Welle. Skizze: 4.11 Nennen Sie 2 gängige Füllstoffe für PTFE-Compounds bei Wellendichtungen. 1 Füllstoff 1: Füllstoff 2: Glasfaser Kohlenstoff

18 4.12 Schätzen Sie das Reibmoment der Dichtstelle unter den folgenden Randbedingungen ab: Randbedingungen: Pressung der Manschette auf der Welle: p = 1 MPa Vollschmierung mit Schmierfilmdicke: h = 1 µm Berührbreite: Wellendurchmesser: Drehzahl: Fluidviskosität: Dichte. Manschettendicke: b =,18 mm d = 0,1 m n = 000 1/min η = 100 mpa s ρ = 900 kg/m³ l = 1 mm 6 Reibmoment: 2 2 ² ³ mpa s ² 0,1³ m³ 000,18 mm min 2 60 s 1 μm 0,1 N π² 10 m 10,18 10 m 120 m² 10 m 78,46 Nm