Bedeutung von FEA im Dichtungskonzept

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

Dichtungen für diese Anwendungen zu entwerfen, ist eine große Herausforderung. Bei Energieanwendungen können die Temperaturen über 500 °F (266 °C) liegen und bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt unter -60 °F (-51 °C) fallen. Die Drücke können von 3–5 ksi (20,7–34,4 MPa) in Hydrauliksystemen für die Luft- und Raumfahrt bis zu 40 ksi (275,7 MPa) bei Ölfeldbohrungen reichen. Hinzu kommt, dass die Flüssigkeiten korrosiv und die dynamischen Bewegungen erheblich sein können.

Abbildung 1: FEA-Modell.

Eines der technischen Werkzeuge, die bei der Konstruktion von Dichtungen genutzt werden, ist die Finite-Elemente-Analyse (FEA). FEA ist eine numerische Lösungstechnik, mit der das Verhalten von Dichtungen unter bestimmten Anwendungsbedingungen simuliert und vorhergesagt werden kann.

FEA kann bei der Konstruktion von Dichtungen auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Die gängigste Methode ist die Bewertung des Kontaktdruckprofils. Der Kontaktdruck 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 Dichtungsquetschung und dem angelegten Systemdruck.

Diese Informationen ermöglichen es den Konstrukteuren, ausreichenden Kontaktdruck und -länge bei allen interessierenden Temperatur/Druck-Bedingungen zu erreichen. Kontaktdruck und Gesamtkontaktkraft können auch genutzt werden, um mehrere Designs zu vergleichen und das beste Design für jede Anwendung zu bestimmen.

Abbildung 2: Konturdiagramme (oben) und Liniendiagramme (unten) zeigen die Dichtung 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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