Elastohydrodynamik pneumatischer Dichtsysteme

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Niklas Bauer

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Dichtungen sind unverzichtbarer Bestandteil fluidtechnischer Komponenten. Bei dynamischen Dichtungen tritt während des Betriebs Reibung auf, die sich negativ auf das Systemverhalten auswirken kann. Insbesondere in Ventilen können bereits geringe Reibkräfte einen starken Einfluss auf die Dynamik des Ventils und somit der nachgeschalteten Komponenten nehmen. Obwohl Pneumatiksysteme bereits seit vielen Jahrzehnten industriell eingesetzt werden, ist das Reibverhalten pneumatischer Dichtkontakte bis heute noch nicht vollständig verstanden. Für hydraulische Dichtkontakte hat sich bereits seit dem Beginn des einundzwanzigsten Jahrhunderts die Modellierung mittels Elastohydrodynamik-Simulationen (EHD) etabliert. Ziel dieser Arbeit ist die Beantwortung der Forschungsfrage, inwieweit sich das Reibungsverhalten translatorischer pneumatischer Dichtkontakte mittels elastohydrodynamischer Simulationen beschreiben lässt. Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurde ein EHD-Simulationsmodell zur Beschreibung pneumatischer Dichtkontakte aufgebaut und zur Modellierung eines exemplarischen Dichtkontakts in einem Pneumatikventil verwendet. Dieses berücksichtigt die gemessene Oberflächentopographie, die Eigenschaften des Schmierfettes sowie ein Mangelschmierungsmodell und ein vereinfachtes konzentriertparametrisches Systemmodell. Zur Evaluierung des Modells wurden die Simulationsergebnisse mit experimentell gemessenen Reibkräften verglichen. Der in dieser Arbeit entwickelte Simulationsansatz ist imstande, das komplexe transiente Reibkraftverhalten in pneumatischen Dichtkontakten zu beschreiben.