Modellbildung metallischer Dichtsitze
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Metallische Dichtsitzventile werden in allen hydraulischen Systemen verwendet. Sie haben dabei entweder als Rückschlagventile oder Druckbegrenzungsventile entscheidende und sicherheitsrelevante Rollen. Dennoch basiert ihre Gestaltung bis jetzt nur auf der Erfahrung der entwickelnden Ingenieure. Dieses Forschungsvorhaben hat, basierend auf der von Persson entwickelten Kontaktmechanik, ein Simulationsmodell entwickelt, mit welchem die Leckage berechnet werden kann. Dabei werden die Materialeigenschaften beider Körper, deren Oberflächen sowie deren Geometrie berücksichtigt. Der entscheidende Unterschied zwischen metallischen Dichten und dem Dichten von Elastomeren ist die Plastizität. Während sie bei Kunststoffdichtungen nur eine geringe Rolle spielt, ermöglicht sie das metallische Dichten überhaupt. Ohne Plastizität wäre die Leckage von Dichtsitzventilen um ein Vielfaches größer. Beim Entwickeln der Simulation hat sich gezeigt, dass bessere Ergebnisse erzielt werden können, wenn man beim Berechnen des Kontaktdruckes von einem exponentiellen Zusammenhang zwischen dem Abstand der Oberflächen und dem Druckübertrag ausgeht, anstelle des harten Übertrags idealer Kontakte. Beim metallischen Dichten spielen Partikel eine tragende Rolle. Verschmutzungen im Fluid, die zum Beispiel durch Erosion oder interne Leckage entstehen können, erhöhen die Dichtheit von Ventilen. Dies führt zu einem zeitabhängigen Dichtverhalten, das durch die Simulation noch nicht beschrieben werden kann. Insgesamt konnte das in diesem Forschungsvorhaben entwickelte Simulationsmodell erfolgreich experimentell validiert werden. Mit diesem Modell kann der Einfluss verschiedener Auslegungen von Sitzventilen analysiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental Investigation of the Hard-Hard Contact in Seat Valves”, The sixteenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, Tampere, 2020
Mielke, T.; Rückert, M.; Ayala Galindo, X.; Schmitz, K.
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Plastic Deformation of Rough Metallic Surfaces”, Tribology Letters, 68-129, 2020
Tiwari, A.; Almqvist, A.; Persson, B.
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„Contact Mechanics for Solids with Randomly Rough Surfaces and Plasticity”, Lubricants, 7(10)-90, 2020
Tiwari, A.; Wang, A.; Müser, M.; Persson, B.
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„Finite Element Analysis of the Hard-Hard Contact in Seat Valves”, 2020 IEEE Global Fluid Power Society PhD Symposium, Guilin, 2020
Fischer, F.; Niklas, B.; Murrenhoff, H.; Schmitz, K.
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„Fluid Leakage in Metallic Seals”, Tribology Letters, 68-125, 2020
Fischer, F.; Schmitz, K.; Tiwari, A.; Persson, B.
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„Cylinder-flat Contact Mechanics with Surface Roughness”, Tribology Letters, 69-73, 2021
Tiwari, A.; Persson, B.
