Neuer Modellansatz zur Berechnung von Wellendichtungen

Mit Hilfe von speziellen Radialwellendichtringen werden große Schiffsantriebswellen abgedichtet. Die Betriebsbedingungen derartiger Abdichtungssysteme sind ebenso komplex wie vielfältig. Hydrive Engineering hat in einem Projekt ein Simulationsmodell für den Wellendichtring entwickelt und damit die Basis für eine präzisere, simulationstechnische Dimensionierung ganzer Abdichtungssysteme gelegt.

Die Abdichtungen von Schiffswellen sind aufgrund ihrer Größe und ihrer Komplexität anspruchsvolle Maschinenelemente von denen ein hohes Maß an Robustheit und Zuverlässigkeit erwartet wird. Teilweise führen dynamische Vorgänge in den Dichtsystemen zu Druckspitzen, die die Dichtungen beschädigen können oder zu unerwünschten Förderbewegungen führen. Globales Ziel eines Entwicklungsprojektes mit einem Partner aus dem maritimen Bereich ist es, diese dynamischen Effekte in einem Simulationsmodell abzubilden und tiefgreifender zu untersuchen.

Das zentrale Element eines Abdichtungssystems ist der Radialwellendichtring. Insbesondere bei Schiffswellenabdichtungen steckt in diesem Bauteil ein hohes Maß an Know-How. Das betrifft einerseits die gezielte Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften und andererseits die Auswahl bzw. Abstimmung eines geeigneten Dichtungswerkstoffes. Daher ist für eine realistische Simulation des gesamten Abdichtungssystems  zunächst ein geeigneter Modellansatz für den Dichtring zu entwickeln.

Dazu werden auf der Basis von FEM-Rechnungen des Dichtungsprofils das mechanische Verhalten der Dichtung detailliert analysiert und daraus eine geeignete Modellstruktur abgeleitet. Die Umsetzung des Modells erfolgt in der Simulationsumgebung SimulationX. Das Modell ist dabei so konzipiert, dass sich ein Teil der Parameter direkt aus der Geometrie bzw. aus den Einbauverhältnissen ableiten lässt. Ein anderer Teil der Parameter wird den Ergebnissen der FEM-Berechnungen entnommen. Aufwendige Messungen zur Parametrierung des Modells sind nicht erforderlich.

Das so entstandene Modell wurde messtechnisch validiert und ist nunmehr in der Lage physikalische Effekte der Dichtung wie zum Beispiel Elastizität, Reibung und Strömungswiderstand zu beschreiben. Es bietet damit erstmals die Möglichkeit der Simulation eines ganzen Abdichtungssystems und hilft dem Anwender  wirkungsvoll bei der Auslegung und Optimierung seiner Dichtsysteme.

Abdichtungssystem für Schiffswellen von der Firma SKF Blohm + Voss Industries GmbH