Prüfungsfach: Dichtungstechnik Abdichtung bewegter Maschinenteile Prüfer: Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Haas Prüfungsdatum: Übungsprüfung 1 Prüfungsdauer: 120 Minuten Teilnehmer: Name: Matrikelnr.: Aufgabe RW Punktzahl 1 30 2 24 3 14 4 10 5 12 6 30 Gesamt
Aufgabe 1: Kurzfragen (30 Punkte) 1.1 Skizzieren Sie das Strömungsprofil einer eindimensionalen Schlepp-Druckströmung in dem dargestellten Dichtspalt. Erläutern Sie das Zustandekommen dieser Schlepp-Druckströmung. 1.2 Das Bild zeigt eine statische DichtsteIle mit O-Ring und großem Spalt zwischen Welle und Gehäuse. 1.2.1 Wie versagt der O-Ring wenn der abzudichtende Druck p zu hoch wird (Begriff + Skizze)? 1.2.2 Nennen und skizzieren Sie zwei Maßnahmen wodurch dieser Ausfall verhindert wird. p 1.3 Schutzdichtungen 1.3.1 Wie sind die in Wälzlagern verwendeten Dichtelemente Dichtscheibe und Deckscheibe aufgebaut, wie unterscheiden sie sich? 1.3.1 Zeichnen Sie links eine Dichtscheibe und rechts eine Deckscheibe ein.
1: Kurzfragen 1.4 Dichtspalt 1.4.1 Was versteht man unter einem starren bzw. dynamischen Dichtspalt? Nennen Sie je ein Beispiel für Dichtsysteme mit starrem und mit dynamischen Dichtspalt. 1.4.2 Durch welche Mechanismen bildet sich ein dynamischer Dichtspalt? 1.5 Eine Radialdichtung aus PTFE mit einer Dichtkantenbreite von 0,2 mm bei einem WeIlendurchmesser von d = 50 mm hat eine initiale Radialkraft Fr von 200 N. Wie sehe prinzipiell der dich.. tungstechnisch optimale Verlauf der Radialkraft Fr über dem Druck p der abzudichtenden Flüssig.. keit aus? Skizzieren und begründen Sie den Radialkraft..Verlauf. 300 N 200 N 100 N 10 MPa P 1.6 Leiten Sie aus dem dargestellten Grundschema eines Dichtsystems die Weichpackung-Stopf.. buchse ab. Fertigen Sie eine Skizze (Halbschnitt) an und übertragen Sie alle Grundelemente und Funktionen auf Gehäuse Anlegekraft F ihre Skizze. abzudichtende Flüssigkeit mit Druck p ---;"i""" Dichtkörper Nebenabdichtung Kontaktfläche mit dynamischen Dichtspalt da Breite b Umfangsgeschwindigkeit v Leckage Welle Skizze:
Punkte) 1.7 In Skizze einer entlasteten Gleitringdichtung für Druckumkehr sind Fehlerenthalten. Bitte markieren Sie eindeutig mindestens drei FehlersteIlen und geben Sie kurze Begründung warum dies ein Fehler ist.._._._'.-.-. _ f 1...-._.~.- 1.8 Welche'wichtige Funktionen muß der Ölfilm zwischen dem Verdichtungsring (1. Kolbenring) und der Zylinderwand erfüllen?
Unten ist die Abdichtung einer Hydraulikstange abgebildet. 2.1 Benennen Sie die BauelementeA - E und deren Werkstoffe. 2.2 Was ist der Einsatzbereich dieser Dichtungsanordnung? Wie wird sie genannt und warum wird sie verwendet? Beurteilen Sie die einzelnen Dichtelemente und die Anordnung bezüglich Dichtwirkung und Reibung. 2.3 Sehen Sie Optimierungspotential? Wenn ja, nennen und begründen Sie Ihre Verbesserungsvorschläge. Element: Werkstoff: A: B: C: D: E:
(14 Bei einer Konstruktionsänderung wird ein Drehbearbeitungszentrum mit einem schneller laufenden Motor rüstet. Die Lagerung ist ausreichend dimensioniert, so daß sie nicht verändert werden muß. Die hohen Anforderungen an die Arbeitgenauigkeit machen es notwendig, daß die bisher mit einem Radialwellendichtring abgedichtete Spindel zukünftig berührungsfrei abgedichtet werden muß. Ältere Maschinen sollen, sofern der Kunde es wünscht, nachgerüstet werden. Am Spindelstock (2) sollen dabei nur einfache Bohrarbeiten notwendig werden. Die Spindel (1) wird im Werk nachgearbeitet und sollwiederverwendet werden. Entwerfen Sie ein Zwei-Karnmer-Dlchtsystern das diese Anforderungen erfüllt.
(10 In einer 20-stufigen Magnetflüssigkeitsdichtung aufgrund der Rotation der Welle eine spannung in der Magnetflüssigkeit (Wellendurchmesser D = 30 mm, n= 500 mirr', 11 = 0,5 Pas, Spalthöhe h = 0,05 mm, Polbreite b 0,5 mm). 4.1 Nennen Sie die drei Grundbestandteile einer Magnetflüssigkeit und deren Aufgabe in Stichworten. 4.2 Wie hoch ist die Schubspannung in der Magnetflüssigkeit? 4.3 Welches Moment wirkt dadurch auf die Welle? 4.4 Welche Leistung geht aufgrund der Dichtungsreibung verloren? 4.5 Welche Druckdifferenz kann mit dieser Dichtung mindestens abgedichtet werden. (Begründung) Lösung: 4.1 : 4.2: 1:= 4.3: M= 4.4: p= 4.5:
(12 Punkte) 5.1 Welche (makrogeometrische definierbare) Bedingung muß unbedingt erfüllt sein, damit ein stomer-radialwellendichtring (RWDR) bei rotierender Welle dicht ist? 5.2 Welchen Elastomerwerkstoff schlagen Sie für einen RWDR vor, der Motorenöl bei 140 0 C dichten hat? 5.3 Welchen Elastomerwerkstoff schlagen Sie für einen RWDR vor, der Getriebeöl bei 80 C abzudichten hat? Weshalb verwenden Sie nicht denselben RWDR wie unter 5.2? 5.4 Skizzieren Sie einen Wellendichtring aus PTFE derfür die unter 5.2 genannte Aufgabe geeignet ist. 5.5 Berechnen Sie die spezifische Reibleistung eines PTFE-Wellendichtrings bei Mischreibung (Reibungszahl J.L =0,04), bei dem die mittlere Dichtflächenanpressung etwa so groß wie der abzudlchtendedruck (p =2 MPa) ist, wenn die Drehzahl n = 300 rnln' und der Wellendurchmesser 50 mm beträgt. Skizze zu 5.4) L._._.~
(30 Punkte) Das Bild dieser Seite zeigt eine im teten Flüssigkeit (Öl oder wässrige Flüssigkeit) kann bis 150 0 C Zur Beantwortung der folgenden Fragen machen Sie Ihre Eintragungen in dem Bild. Die GLRD zweimal dargestellt, um Ihnen übersichtliche Eintragungen zu ermöglichen. 6.1 Benennen Sie die Teile "A I., "8", "C" 6.2 Welchen Werkstoff schlagen Sie für die Teile "A", IIB II, "C" vor? 6.3 Das Teil"D II hat zwei Funktionen. Beschreiben Sie diese. 6.4 Zum sicheren Funktionieren der GLRD fehlen im Bild mindestens drei wesentliche Elemente. Benennen Sie diese, erläutern Sie deren Funktion und skizzieren Sie die Elemente im oberen Bild. 6.5 In welchem Raum sollt sich "im Normalbetrieb" die unter Überdruck stehende Flüssigkeit befinden? Ist die Gleitringdichtung in diesem Normalbetrieb entlastet? (Begründung!) 6.6 Warum funktioniert dies GLRD auch, wenn im "Ausnahmebetrieb" der höhere Druck auf der andern Seite wirkt? 6.7 Ist die GLRD im "Ausnahmebetrieb" entlastet? (BegründungI) 6.8 Welche Funktion hat das Teil 11Eil? 6.9 Welches Problem kann entstehen, wenn dieglrd bei kleinem Druck mit hoher Drehzahl läuft? c A E o B