Simulationsmodell Druckdichtung aus vollständig simulationsbasierter Produktentwicklung

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In Zusammenarbeit haben Freudenberg Sealing Technologies und die zentrale Konzernforschung Freudenberg Technology Innovation leistungsfähigere Dichtungen mithilfe eines Simulationsverfahrens hergestellt. Die neue Methode erlaubte es, Simmerringe in entscheidenden Details besser auszulegen als bisherige, konventionell entwickelte Ausführungen.

FIRS³T heißt das neue Entwicklungswerkzeug mit dem es Freudenerg gelungen ist, die erste Druckdichtung aus einer vollständig simulationsbasierten Produktentwicklung herzustellen. Die Abkürzung steht für „Freudenberg Integrated Radial Shaft Seal Simulation Tool“. Die Lösung ist als vollständig gekoppeltes EHL-Simulationsmodell (Elastohydrodynamic Lubrication) programmiert. Freudenberg Sealing Technologies steuerte in dieser Partnerschaft sämtliche Praxisparameter für die Entwicklung der Druckdichtung bei.

Radialwellendichtung bewältigt dynamische Druckzyklen

Die Druckdichtung ist ab sofort erhältlich. Sie kann in verschiedenen Anwendungen mit Hydraulikpumpen und -motoren in unterschiedlichen Druckstufen eingesetzt werden und besitzt laut Hersteller eine erhöhte Lebensdauer und Zuverlässigkeit und somit geringere Wartungskosten und längere Wartungsintervallen. Sie hat eine geänderte Dichtlippe mit einer optimalen Berührbreite bei jedem Systemdruck. Sie punktet mit einem guten Verschleißverhalten bei einem Druck von bis zu 5 bar mit einer zugleich robusten Abdichtung bei niedrigem Druck. Durch diese Fähigkeit, dynamische Druckzyklen zu bewältigen, ist die Dichtung für anspruchsvolle Anwendungen in Fluidsystemen geeignet.

Simulierter Blick ins Hydrauliksystem

Radialwellendichtungen sind ein bewährtes und millionenfach eingesetztes Maschinenelement. Sie gewährleisten eine dynamische und statische Dichtheit an der Welle. Zugleich tragen sie zu einer optimalen Schmierstoffverteilung bei. Doch trotz aller Routine gab es viele offene Fragen, was genau im Kontakt der Dichtung mit der Welle passiert – einfach, weil man in der Praxis nicht an die relevanten Stellen schauen kann. Freudenbergs Entwicklungswerkzeug bietet diese detaillierten Blicke simulationsbasiert: Das Tool liefert eine präzise und nachvollziehbare Vorhersage der Dichtungsleistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen und ermöglicht so eine gute Auslegung und Funktionalität.

Dafür enthält das Tool erhebliches und komplexes Wissen. Numerisch beschrieben sind u. a. realitätsnahe Oberflächen im Kontakt zwischen Dichtring und Welle, makroskopische Aspekte wie etwa eine Kontaktpressungsverteilung, die Verzerrung der Dichtung im dynamischen Betrieb, eine Schmierstoffsimulation mit Viskosität und Flussfaktoren an den Oberflächen. Sämtliche Einflussgrößen lassen sich im Rechenmodell flexibel variieren und ermöglichen so den simulierten Blick ins System hinein.

Produktentwicklung in Tagen statt Monaten

Auch soll das Verfahren laut Hersteller die Entwicklung beschleunigen: Denn zur Konstruktion der Dichtung bis zum „Design Freeze“ sind nur Simulationsberechnungen notwendig. Dies dauert wenige Tage. In der Regel genügt jetzt ein Prototyp, der physisch validiert wird. Die oft langwierigen Schritte einer wiederholten Prototypenfertigung inklusive jeweiliger Werkzeugerstellung und physischer Validierung entfallen.

FIRS³T wird künftig ein Standardwerkzeug bei Freudenberg Sealing Technologies sein. Parallel verfeinern die Experten das Simulationsmodell im Praxiseinsatz kontinuierlich, um künftig immer genauere Aussagen über die Dichtungsleistung und -eigenschaften zu erhalten.

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