Bedeutung von FEA bei der Dichtungskonstruktion

von:Ben Lewis

Dichtungen sind kritische Komponenten von Drucksystemen. Der Trend in allen Branchen treibt die Anwendungsbedingungen und damit auch die Leistung der Dichtungen ins Extreme.

Die Entwicklung von Dichtungen für diese Anwendungen ist eine große Herausforderung. Die Temperaturen können bei Energieanwendungen über 266°C (500°F) liegen und bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt unter -51°C (-60°F) sinken. Die Drücke können von 3 bis 5 ksi (20,7 bis 34,4 MPa) in Hydrauliksystemen der Luft- und Raumfahrt bis zu 40 ksi (275,7 MPa) bei Bohrungen auf Ölfeldern reichen. Darüber hinaus können die Flüssigkeiten korrosiv sein und dynamische Bewegungen können erheblich sein.

Abbildung 1: FEA-Modell.

Eines der technischen Hilfsmittel, die bei der Konstruktion von Dichtungen eingesetzt werden, ist die Finite-Elemente-Analyse (FEA). Die FEA ist eine numerische Lösungstechnik, die zur Simulation und Vorhersage des Dichtungsverhaltens unter bestimmten Anwendungsbedingungen eingesetzt werden kann.

FEA kann bei der Dichtungskonstruktion auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Die gängigste Methode ist die Bewertung des Kontaktdruckprofils. Der Anpressdruck ist der Druck, den eine Dichtung gegen die Metallteile erzeugt, um dem Bypass des Systemdrucks zu widerstehen. Der Kontaktdruck der Dichtung ändert sich in Abhängigkeit von der Dichtungstemperatur, dem Ausmaß der Dichtungspressung und dem angelegten Systemdruck.

Diese Informationen ermöglichen es den Konstrukteuren, einen ausreichenden Kontaktdruck und eine ausreichende Länge bei allen interessierenden Temperatur-/Druckbedingungen zu erreichen. Der Kontaktdruck und die Gesamtkontaktkraft können auch zum Vergleich mehrerer Konstruktionen verwendet werden, um die beste Konstruktion für jede Anwendung zu ermitteln.

Abbildung 2: Konturdiagramme (oben) und Liniendiagramme (unten) zeigen die Abdichtung unter verschiedenen Druckbedingungen.

FEA ist eines der vielen Werkzeuge, die den Erfolg von Greene Tweed bei einigen der anspruchsvollsten Dichtungsanwendungen der Welt ermöglichen.

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