Modellbildung metallischer Dichtsitze

 

Metallische Dichtsitze übernehmen in hydraulischen Anwendungen oftmals sicherheitsrelevante Funktionen. Trotz ihrer häufigen Verwendung und ihres scheinbar simplen Aufbaus ist es bis heute nicht möglich, die auftretende Leckage in Abhängigkeit von Konstruktions- und Betriebsparametern hartdichtender Dichtsitze korrekt vorherzusagen. Ziel der Studie durch die Modellbildung ein wissenschaftlich fundiertes Verständnis über das Dichtverhalten metallischer Dichtsitze zu erarbeiten.

 
Nutzen Vorgehen
Wissenschaftlich fundiertes Verständnis metallischer Dichtsitze Simulationsmodellbildung der Makrodeformation und Mikrodeformation
Vorhersage von Leckage an hartdichtenden Kontaktstellen Verknüpfung und Analyse der Simulationsmodelle
Validierung der Simulationsmodelle Prüfstandentwicklung zur Ermittlung des realen Ventilverhaltens

 

Modellbildung zur Makrodeformation und Mikrodeformation hartdichtender Kontakte

Zu Beginn der Modellbildung werden einfache Geometrien betrachtet. Die Komplexität wird nachfolgend erhöht bis das reale Ventilverhalten abgebildet werden kann. Bei der Makrodeformation wird analysiert wie sich die Kontaktkörper unter Einfluss von Kontaktkraft und Zeitdauer verformen und welchen Einfluss dies auf den resultierenden Leckagestrom hat.

Das Simulationsmodell der Mikrodeformation beinhaltet die Analyse der Materialstrukturänderungen auf mikroskopischer Ebene bei dem Kontakt metallischer Körper.

Durch die Verknüpfung der beiden Modelle entsteht ein Simulationsmodell, welches die Kontaktmechanik metallisch, hartdichtender Kontakte realitätsgetreu nachstellt. Das Modell wird nachfolgend durch Prüfstandergebnisse validiert.

 

Entwicklung eines Prüfstands zur Validierung der Simulationsergebnisse

FEM des Dichtkontakts einer Kugel

Die Entwicklung des Prüfstands geschieht unter Berücksichtigung der durch die Simulation darstellbaren Erkenntnisse. Um wissenschaftlich sinnvolle Ergebnisse zur erhalten ist vor allem die Auswahl und Positionierung der Messtechnik von entscheidender Bedeutung. Zudem ist die Positionierung des Dichtkörpers und des Dichtsitzes zueinander von besonderer Wichtigkeit. Nicht zu vernachlässigen ist ebenfalls die reproduzierbare Fertigungsqualität der Dichtkörper. Als Dichtkörper wird eine Kugelform gewählt sowie ein Dichtsitz mit einer kegelförmigen Bohrung.

 

Danksagung

Das Forschungsprojekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Es handelt sich um ein Verbundvorhaben, welches das ifas zusammen mit dem Peter Grünberg Institut (PGI) des Forschungszentrums Jülich druchgeführt.