Im Rahmen dieser Arbeit wird der axiale, dynamische Dicht-kontakt von Rechteckdichtringen (REDR) in Drehdurchführungen von Kfz-Getrieben untersucht. Im Fokus steht der Einfluss struktu-rierter Dichtkontaktflächen auf Reibung und Verschleiß. Um struk-turabhängige Einflussfaktoren zu ermitteln, werden verschieden strukturierte Gegenlaufflächen sowie REDR-Dichtkontaktflanken analysiert. Dies geschieht sowohl auf Basis von Bauteilversuchen als auch theoretischen Betrachtungen. Die Ergebnisse tragen zum verbesserten Verständnis des Reibungs- und Schmierungszustands bei und legen Potential zur Reibungsreduktion offen.
In Bauteilversuchen wird zunächst das Reibungsverhalten bei Einsatz konventioneller Rechteckdichtringe und Gegenlaufflächen anhand typischer Kenngrößen Reibmoment, Reibungskoeffizient und Verschleiß beurteilt. In Relation dazu werden nach unter-schiedlichen Fertigungsparametern hergestellte Rauheitsstrukturen auf den Gegenlaufflächen sowie makroskopische Taschenstruktu-ren in den REDR-Kontaktflanken untersucht und deren Einfluss auf Reibung und Verschleiß bestimmt. Die hydrodynamisch-statische Tragfähigkeit der Makrostrukturen wird ergänzend mittels Simula-tion analysiert, woraus optimierte Strukturen resultieren. Beglei-tend werden optische Messungen von Schmierfilmhöhen und Kavi-tationseffekten im Dichtkontakt durchgeführt.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass unter praxisnaher Betriebslast im Dichtkontakt dauerhaft von Mischreibung auszuge-hen ist. Durch die gezielte Optimierung der Gegenlaufflächenstruk-turen können jedoch verschleißfördernde und verlustbehaftete Fest-körperreibanteile im Mischreibungsgebiet reduziert und das Ein-lauf- und Betriebsverhalten verbessert werden. Gleiches erfolgt bei Einsatz makroskopischer Taschenstrukturen, wobei diese ein we-sentlich größeres Potential zur Reibungsreduktion aufweisen.
Für den Anwender liefert die Arbeit konkrete Hinweise zur Fertigung verschleißoptimierter Gegenlaufflächen. Zudem ergeben sich Auslegungshinweise sowie ein verbessertes Verständnis zum Einfluss geometrischer Gestaltungsparameter von Makrostrukturen.
In this thesis, the axial, dynamic sealing contact of rectangular shaft seals in rotating connections of automotive transmissions is investigated. Focusing on the impact of contact surface topography on friction and wear, the effects of different micro-structured coun-terfaces and macro-structured shaft seal surfaces are analyzed. Therefor experimental as well as theoretical investigations were car-ried out. The results contribute to a better understanding of lubrica-tion conditions and reveal potential for friction improvement.
In component tests the friction characteristics of conventional seals and counterfaces are determined on the basis of typical para-meters like friction torque, coefficient of friction or wear. In compa-rison the influence of different manufactured counterfaces as well as macroscopic pocket structures in the seal contact is investigated and the influence on friction and wear reduction is determined. The hydrodynamic and hydrostatic load carrying capacity of macro-structures is additionally analyzed by means of numerical simula-tion, which lead to optimized macrostructures. Optical investiga-tions identify the impact on the fluid film thickness and show the occurrence of cavitation regions in the contact.
According to the test results it can be assumed that typical operating conditions with high pressures lead to mixed lubrication within the sealing contact. However, optimized counterface struc-tures can lead to a significant reduction of abrasive wear as well as a reduced running-in time and stabilized friction characteristics. A significant friction reduction could be obtained with the application of macro-structures.
Finally, this work provides specific information for the user to manufacture wear-optimized counterfaces. It also provides design guidelines and an improved understanding of the influence of geo-metric design parameters on macrostructures.
