Intelligente Wellen-Dichtungen mittels 3D-MID-Sensor-Integration [SmartSeal]
Die Forschungsvereinigung 3-D MID e.V. sucht weiterhin nach projekt-begleitenden Unternehmen. Bei Interesse, melden Sie sich gerne telefonisch (+49 911 5302-9100) bei der Geschäftsstelle oder via E-Mail. E-Mail an Geschäftsstelle
Beschreibung
In vielen technischen Anwendungen müssen rotierende Achsen und Wellen abgedichtet werden – beispielsweise in Fahrzeuggetrieben, Waschmaschinen oder Förderanlagen. Hierzu werden oft Radial-Wellendichtringe (RWDR) aus Elastomer verwendet. Der RWDR drückt mit der sogenannten Dichtkante gegen die Achse/Welle, wodurch der Dichtkontakt entsteht. Aufgrund der Relativbewegung zwischen Dichtkante und Welle entsteht im Dichtkontakt Reibwärme, die zu einem Temperaturanstieg im Kontaktbereich führt. Eine häufige Ausfallursache von RWDR ist die thermische Schädigung, bei der die Dichtkante verhärtet und/oder sich Ölkohle an dieser ablagert. Beides kann zum Ausfall des Dichtsystems und damit der gesamten Maschine führen. Um eine thermische Schädigung zu vermeiden, sind neben der konstruktiven Auslegung der Dichtstelle auch die im Betrieb herrschenden Bedingungen entscheidend.
Thermische Schädigungen und Ausfälle können vermieden werden, wenn während des Betriebs auf kritische Betriebssituationen reagiert wird. Hierzu muss die Temperatur an der Dichtkante bekannt sein. Aufgrund vieler – teils wechselseitig gekoppelter – Einflussfaktoren auf die Temperatur kann diese nicht analytische berechnet, sondern muss gemessen werden.
Abbildung 1: Radial-Wellendichtung; Quelle: Universität Stuttgart, Institut für Maschinenelemente (IMA) – Dichtungstechnik
Forschungsziel
- Im Forschungsvorhaben soll in Wellenhülsen, die als Gegenlauffläche von Radial-Wellendichtringen dienen, ein Sensor mittels 3D-MID integriert werden, der die Temperatur genau unter dem Dichtkontakt der Dichtkante misst, ohne das Dichtungsverhalten zu verändern. Mit aufeinander aufbauenden Prototypen soll ein schrittweiser Funktionsnachweis erfolgen.
- Mit Hilfe der CHT-Simulation und der Verifikation durch Thermografie soll die exakte Temperatur bei verschiedensten Betriebszuständen ermittelt und mit den Messwerten aus Ziel 1 verglichen werden. Die Auswertelogik des Sensors soll die gemessene Temperatur „korrigieren“ und die exakte Temperatur im Dichtkontakt mit einem gebräuchlichen Funkstandard übertragen.
Abbildung 2: Temperatursensor für Dichtsysteme; Quelle: Universität Stuttgart, Institut für Maschinenelemente (IMA) – Dichtungstechnik
Nutzen und wirtschaftliche Bedeutung für KMU
Von den Forschungsergebnissen profitieren Unternehmen – und insbesondere KMU aus verschiedenen Branchen
- Unternehmen, insbesondere KMU aus dem Bereich der MID erhalten anwendungsnahe, vorwettbewerbliche Forschungsergebnisse, die anschließend von den Unternehmen in neue, innovative Produkte – nämlich Dichtungskomponenten mit Temperatursensor – überführt werden können und so deren Wettbewerbsfähigkeit stärken. Durch die Kooperation der beiden Forschungsstellen wird die MID-Technologie branchenübergreifend auf den Einsatz in der Dichtungstechnik aufbereitet. Die Erkenntnisse, die im Forschungsprojekt am Beispiel der Radial-Wellendichtung gewonnen werden, können anschließend auf andere dynamische Dichtsysteme übertragen werden.
- Unternehmen aus dem Fahrzeug- Maschinen- und Anlagenbau sowie verwandten Branchen profitieren, wenn sie mit Temperatursensoren ausgestattete Dichtsystemen einsetzen. Dadurch werden Ihre Produkte smarter und können im Betrieb auf den Zustand von Dichtsystemen reagieren. Damit können Ausfälle – sowohl auf der Ebene der Dichtungen als auch auf der gesamten Maschine/Anlage – und deren ökologische und ökonomischen Schäden reduziert und längere sowie planbarere Lebensdauern realisiert werden. Dadurch werden die Produkte verbessert und die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen gestärkt.
