Spezifikation von Gegenlaufflächen für dynamische Dichtungen Dr.-Ing. Mandy Wilke

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Eike Lenz
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1 Spezifikation von Gegenlaufflächen für dynamische Dichtungen Dr.-Ing. Mandy Wilke

2 Agenda Das µ Formabweichungen 2. bis 4. Ordnung Aufbau eines Oberflächenmessinstrumentes und einer Messprobe Messbedinungen nach DIN EN ISO 4288 u Filterung der Messwerte Vertikale Oberflächenparameter nach DIN EN ISO 4287 (4768) Ra, Rz, Rmax, Rt Materialtraganteil Rmr Familie der Rk: Cref, Rpk, Rk, Rvk Neuigkeiten und erweiterte Spezifikation der Rauheitswerte 2 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

3 Was bedeutet ein µ 50 µm Laser-Abtast- Strahl 1 µm 6 µm 4 µm 1.5 µm 5 / 2 µm Menschliches Haar Staub Fingerabdruck Zigarettenrauch Messtasterdiamant Schmierfilm auf einer Kolbenstange: < 0,5 µm 3 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

4 Gestaltabweichung nach DIN 4760 Gestaltabweichung Bezeichnung Art der Abweichung 1. Ordnung Formabweichung Geradheitsabweichung Ebenheitsabweichung Rundheitsabweichung Zylindrizitätsabweichung Profilabweichung einer beliebigen Linie Profilabweichung einer beliebigen Fläche 2. Ordnung Welligkeit z. B. Rattermarken 3. Ordnung Rauheit z. B. Rillen 4. Ordnung Rauheit z. B. Riefen und Schuppen 5. Ordnung Abweichung in der Gefügestruktur des Werkstoffs 6. Ordnung Abweichungen im Gitteraufbau des Werkstoffs 4 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

5 Alles hängt vom Diamanten ab 0,75 mn 60 Grad r=2µm Die Rauheitsmessung beginnt mit der Messtastspitze Die Form der Tastspitze ist ein Diamantkonus von 90 bzw. 60 Die Spitze hat einen Radius von 2 µm oder 5 µm Die Messkraft des Tasters beträgt +/- 0,8 mn 5 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

6 Aufbau eines Oberflächen Messgerätes A D µp Vorschubgerät bewegt die Tastspitze Die Auslenkung der Tastspitze erzeugt Trägerfrequenzsignal, welches ein Signalwandler aufbereitet Der Meßverstärker und der Digitalfilter bereiten das Signal für den A/D Umwandler auf PC berechnet Rauheitskennwerte und steuert den Meßablauf Rauheitsprofil 6 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

7 Aufbau eines Tasters Messspule Gehäuse Anschlußstecker Schutzrohr Kufe Tastspitze Tastarm Steinlager Wandler 7 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

8 Der Filter Primärprofil P P Tiefpass lc / Digital Gauß Hochpass Welligkeitsprofil W Rauheitsprofil R In der Oberflächenmesstechnik ist ein digitaler Gauß Filter M1 vorgeschrieben Wellenfilter lc trennt die Welligkeit und Rauheit Die Auswahl des Filters hängt von der Rauheit ab 8 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

9 Tabelle zur Bestimmung des Filters lc Grafik: Jenoptik 9 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

10 Einfluss lc 0,8 <mm lc 0,25 mm R-profile W-Profile P-Profile R-Profile W-Profile P-Profile ok zu klein 10 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

11 Wellenlänge des Filters (Cut Off) lc Wellenlänge desjenigen Wellenanteils im Profil, dessen Wellentiefe beim Passieren des Filters genau auf die Hälfte (50%) verringert wird Wellentiefe Sinus-Wellenlänge 0,8 mm 100 % 50 % ohne Filter lc =0,8mm lc 0,08 / 0,25 / 0,8 / 2,5 / 8 Nach DIN EN ISO 4288 / 3274 Je kleiner der gewählte Filter desto kleiner auch die R-Werte 11 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

12 Einfluss auf Rz Rz =7mm lc = 0,8mm Rz = 4mm lc = 0,25mm 12 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

13 Oberflächenrauheitswerte RSm R3z RPc Ra Rz Rmax RSk Rq Wt Rt Rmr Rk Rpk Rvk Pt nur einige der definierten Werte! 13 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

14 Ra Arithmetischer Mittenrauwert Mittellinie Ra = 2 µm 14 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

15 Rz gemittelte Rautiefe 15 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

16 Rz1max maximale Rautiefe 16 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

17 Rt Gesamthöhe des Rauheitsprofils 17 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

18 Rz und Rmax sind Kennwerte, die bei Ähnlichkeit eine gleichmäßige Oberflächenbearbeitung indizieren hilfreich sind, wenn Oberflächenfehler nicht tolerierbar sind empfindlicher auf Änderungen reagieren als der Ra aber nicht ausreichen eine Gegenlauffläche für eine translatorische Dichtung zu beschreiben! 18 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

19 Profilparameter Pt und Wt Pt ist die maximale Profilhöhe des ungefilterten Primärprofils Wt ist die maximale Profilhöhe des gefilterten Welligkeitsprofils 19 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

20 Rauheitskennwerte Rk-Werte Rk, Rpk, Rvk 20 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

Oberflächenstruktur und Materialtraganteil Bei Gleitflächen können herausragende Spitzen für erhöhte Reibung und frühzeitigem Verschleiß sorgen

21 Oberflächenstruktur und Materialtraganteil Bei Gleitflächen können herausragende Spitzen für erhöhte Reibung und frühzeitigem Verschleiß sorgen Plateauartige Oberflächen mit ausgeprägten Riefen sorgen für einen guten Schmierfilm und beste Gleiteigenschaften 21 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

22 Auswahl der Schnitthöhe C Rmr wird ausgehend von der höchsten Profilspitze berechnet Zur Berechnung der Schnitthöhe c empfiehlt TSS folgende Formel: C = 0.25 x Rz TSS verschiebt deshalb die Nulllinie Cref abhängig von der Beschichtung der Gegenlauffläche auf bis zu 5 % in das Material 22 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

23 Rmr(c) Materialtraganteil des Profils 5% 23 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

24 TSS Empfehlung Rmr = 50% bis 70% Schnitttiefe C = Rz gemessen x 0,25 cref = 5% hartverchromte Oberfläche cref = 2% nitrierte Oberflächen cref = 0% keramische Oberflächen Unterschiedliches Einlaufverhalten der Gegenlauffläche erfordern unterschiedliche Cref 24 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

25 Einfluss von Cref auf Rmr Cref 5% Cref 0% Rz x 0,25 = 0,5 60% 30% 25 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

26 Standard 2D-Messung 26 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

27 Global Surface Competence Team?Kunde Global organisierte Kunden werden möglicherweise durch unterschiedliche Oberflächenempfehlungen von den verschiedenen TSS MC s irritiert. 27 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

28 ISO Standard Messbedingungen Oder? 28 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

29 Filterung nach Norm beides zulässig! 29 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

30 Verfügbare Informationen? CUSTOMER 30 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

31 Global Surface Competence Team Henrik Sindmark Gert Iversen Thomas Larsen John Mclaughlin Brian Bowen Yaqi Hou Holger Jordan Mark Sitko Thilo Horwath Mandy Wilke Eric Xiao Patrick Quinn Markus Hammeley and Bernhard Wagner (Unterstützung bei Messungen) 31 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016

32 Erweiterte Oberflächenspezifikation Stangen, hartchrom Stangen, geschweißt und gesprüht Schichten <45 HRC Mineralöl / HFC Turcon Mineralöl / HFC Zurcon 32 TRELLEBORG SEALING SOLUTIONS Innovation Weeks 2016 Ra Rz Rpk Rvk Rmr* Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max 0,05 0,3 0,6 2 0,05 0,3 0,05 0,8 50% 70% 0,05 0,4 0,6 2 0,05 0,4 0,05 0,8 50% 70% 0,05 0,3 0,6 2 0,05 0,3 0,1 0,8 70% 90% Stangen, HVOF, keramisch geschweißte und gesprühte 0,05 0,2 0,3 1,5 0,03 0,15 0,05 0,3 70% 90% Schichten 45 HRC Bohrung, Zylinder gehont / geschliffen Mineralöl / HFC Turcon / Zurcon 0,05 0,4 0,6 2,5 0,05 0,4 0,1 1,4 50% 70% Bohrung, Zylinder rolliert 0,05 0,4 0,3 2 0,03 0,3 0,1 1,4 60% 90% Bohrung, einzelne Speicher gehont / geschliffen Bohrung, Einzelne Speicher rolliert / poliert 0,05 0,3 0,6 2 0,05 0,3 0,1 1 50% 70% 0,05 0,3 0,6 2 0,05 0,2 0,1 1 60% 90% Rmr festgelegt bei einer Schnitttiefe von C = 0,25 x Rz, relativ zur Referenzlinie Cref = 5 % für weiche Schichten und Chrom, Cref = 2 % für nitrierte und gehärtete Schichten Cref = 0 % für keramische Schichten

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Oberflächen und Kanten Die Vorlesung erfolgt nach dem Lehrbuch Hoischen in der jeweils gültigen Ausgabe. Bitte den Hoischen unbedingt mitbringen! Für weitere Detail- und Hintergrundinformationen sind nachfolgend