DE102019007911A1

DE102019007911A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Werkstoffdaten von Dichtringen

Info

Publication number: DE102019007911A1
Application number: DE102019007911.6A
Authority: DE
Inventors: Marvin Gradtke; Michael Schnell
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-07-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Prüfung von Dichtringen (2) und/oder Validierung von Materialdaten von Dichtringen (2). Die Vorrichtung (1) umfasst einen ersten Ring (3), einen zweiten Ring (4), einen Schwingungserzeuger (5), einen Schwingungserfasser und eine Auswerteeinheit, wobei der erste Ring (3) in seiner äußeren Mantelfläche zumindest eine umlaufende Vertiefung (3.1, 3.2) zur Aufnahme eines Dichtringes (2) umfasst, ein Außenumfang des ersten Ringes (3) kleiner ist als ein Innenumfang des zweiten Ringes (4), der erste Ring (3) mit dem zumindest einen aufgenommenen Dichtring (2) in den Innenumfang des zweiten Ringes (4) derart einsetzbar ist, dass der Dichtring (2) an einer inneren Mantelfläche des zweiten Ringes (4) anliegt und in radialer Richtung komprimiert ist, und die Auswerteeinheit ausgebildet ist, anhand eines Vergleichs von Schwingungen, welche der Schwingungserzeuger (5) in den ersten Ring (3) oder den zweiten Ring (4) einbringt, mit Schwingungen, welche der Schwingungserfasser erfasst, Materialdaten des zumindest einen Dichtringes (2) zu ermitteln.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Werkstoffdaten von Dichtringen mittels einer solchen Vorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Werkstoffdaten von Dichtringen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Werkstoffdaten von Dichtringen.
Aus der DE 39 17 076 A1 ist eine Prüfeinrichtung für Gummi-Rundschnur-Dichtringe bekannt, wobei ein Prüfling auf einen sich hinter dem Prüfling erweiternden Konusdorn gesetzt und zusammen mit dem Konusdorn axial in eine umlaufende, sich in Bewegungsrichtung erweiternde Konushülse geführt wird. Der Prüfling bewegt sich unter radialer Vorspannung umstülpend und wird weiter in einem zwischen einer Innenzylinderfläche der Konushülse und einer Außenzylinderfläche des Konusdornes gebildeten Ringzylinderraum bewegt, wobei die Oberfläche des Prüflings optisch auf Fehlstellen untersucht wird.
Weiterhin ist aus der DE 1 573 500 A1 ein Verfahren zum Messen der von Dichtungsringen aus gummielastischen Materialien mit/oder von Federelementen aus Metall für solche Dichtungsringe ausgeübten Radialkräften bekannt. Der ungespannte Ring wird auf das Nennmaß eines abzudichtenden Teils durch axiale Bewegung über eine konische Fläche aufgeweitet und eine am Ende der Aufweitung auf das Nennmaß vorliegende Radialkraft wird gemessen. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, welche zwei auf das Nennmaß des zu messenden Elements aufweisende Messbacken umfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Werkstoffdaten von Dichtringen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegeben Merkmale aufweist, und mit einem Verfahren, welches die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Materialdaten von Dichtringen umfasst einen ersten Ring, einen zweiten Ring, einen Schwingungserzeuger, einen Schwingungserfasser und eine Auswerteeinheit. Der erste Ring umfasst in seiner äußeren Mantelfläche zumindest eine umlaufende Vertiefung zur Aufnahme eines Dichtringes, wobei ein Außenumfang des ersten Ringes kleiner ist als ein Innenumfang des zweiten Ringes. Der erste Ring ist mit dem zumindest einen aufgenommenen Dichtring als Innenring in den Innenumfang des zweiten Ringes derart einsetzbar, dass der Dichtring an einer inneren Mantelfläche des somit einen Außenring bildenden zweiten Ringes anliegt und in radialer Richtung komprimiert ist. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, anhand eines Vergleichs von Schwingungen, welche der Schwingungserzeuger in den ersten Ring oder den zweiten Ring einbringt, mit Schwingungen, welche der Schwingungserfasser erfasst, Materialdaten des zumindest einen Dichtringes zu ermitteln.
Die Vorrichtung ermöglicht eine Prüfung von Dichtringen und eine Validierung eines Materialmodells, insbesondere eines viskoeleastischen Materialmodells, für Werkstoffe, insbesondere viskoelastische Werkstoffe auf Bauteilebene, das heißt auf Dichtring-Ebene. Hierbei ist insbesondere eine Untersuchung eines strukturdynamischen Verhaltens eines Dichtringes, insbesondere eines Elastomer-Dichtringes, realisierbar und zu einer Finite-Elemente-Methode-Simulation (kurz: FEM-Simulation) validierbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Vorrichtung zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Materialdaten von Dichtringen,
2 schematisch eine Frontalansicht des Ausschnitts gemäß 1,
3 schematisch eine Schnittdarstellung einer Anordnung mit einem Innenring, einem Außenring und dazwischen angeordneten Dichtringen,
4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Vorrichtung zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Materialdaten von Dichtringen und
5 schematisch eine Frontalansicht des Ausschnitts gemäß 4.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Prüfung von Dichtringen 2 und zur Validierung von Materialdaten von Dichtringen 2 dargestellt. 2 zeigt eine Frontalansicht des Ausschnitts gemäß 1 und 3 eine Schnittdarstellung einer Anordnung mit einem ersten Ring 3, einem zweiten Ring 4 und dazwischen angeordneten Dichtringen 2.
Die Vorrichtung 1 umfasst den als Innenring ausgebildeten ersten Ring 3, den als Außenring ausgebildeten zweiten Ring 4, einen am ersten Ring 3 angeordneten Schwingungserzeuger 5 sowie einen nicht näher dargestellten Schwingungserfasser und eine ebenfalls nicht näher dargestellte Auswerteeinheit.
Die Dichtringe 2 sind insbesondere aus einem viskoelastischen Werkstoff gebildet. Für die Dichtringe 2 liegen Materialdaten vor, welche zumindest ein komplexes Schubmodul, ein Langzeitmodul, eine Relaxationszeit, eine Kriechzeit, eine Dämpfung, eine Hysterese, eine Querkontraktionszahl und/oder Dichte beschreiben. Diese Materialdaten stammen beispielsweise aus Prüfungen der Dichtringe 2, welche in einem Prüflabor durchgeführt wurden.
Zu einer Validierung der Materialdaten werden die beiden Dichtringe 2, in anderen Ausführungsbeispielen auch eine abweichende Anzahl von Dichtringen 2, auf eine äußere Mantelfläche des ersten Ringes 3 aufgespannt. Zur Aufnahme der Dichtringe 2 umfasst der erste Ring 3 in seiner äußeren Mantelfläche zwei umlaufende Vertiefungen 3.1, 3.2.
Nach einer Anordnung der Dichtringe 2 in den Vertiefungen 3.1, 3.2, wird der erste Ring 3, dessen Außenumfang kleiner ist als ein Innenumfang des zweiten Ringes 4, gemeinsam mit den aufgenommenen Dichtringen 2 in den Innenumfang des zweiten Ringes 4 eingesetzt. Dabei werden die Dichtringe 2 eingeklemmt bzw. eingepresst und somit in radialer Richtung komprimiert. Dabei liegen die Dichtringe 2 an einer inneren Mantelfläche des zweiten Ringes 4. Der erste Ring 3 und der zweite Ring 4 sind dabei umlaufend voneinander beabstandet.
Mittels des Schwingungserzeugers 5 wird nun der erste Ring 3 mit einer dynamischen Schwingung angeregt. Dabei kann die Schwingung als Impuls, beispielsweise mittels eines Hammers, oder als erzwungene Schwingung mit harmonischer Erregung, beispielsweise mittels eines so genannten Shakers (elektromagnetisch angeregter Stift), erzeugt werden. Hierbei ist die Anordnung aus erstem Ring 3, zweitem Ring 4, dazwischen angeordneten Dichtringen 2 und dem Schwingungserzeuger 5 mittels nicht näher dargestellten Loslagern, beispielsweise mechanisch festen Bändern und/oder mechanisch elastischen Bändern in Form eines so genannten Expanders, gelagert.
Die mittels des Schwingungserzeugers 5 in den ersten Ring 3 eingebrachte Schwingung wird mittels der Dichtringe 2 auf den zweiten Ring 4 übertragen. Mittels des Schwingungserfassers wird an dem zweiten Ring 4 eine Reaktion auf die Anregung des ersten Ringes 3 erfasst, wobei der Schwingungserfasser hierzu zumindest einen zum zweiten Ring 4 beabstandet angeordneten eindimensionalen, zweidimensionalen oder dreidimensionalen Laser zur optischen Erfassung von Schwingungen und/oder eine Anzahl von mechanisch mit dem zweiten Ring 4 gekoppelten Sensoren zur Erfassung von Schwingungen umfasst, wobei die Anzahl von Sensoren einen Beschleunigungssensor und/oder einen Wegsensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor umfasst, welche jeweils einachsig oder mehrachsig angeordnet und ausgebildet sind.
Der Schwingungserfasser ist mit der Auswerteeinheit gekoppelt, welche eingerichtet ist, anhand eines Vergleichs von Schwingungen, welche der Schwingungserzeuger 5 in den ersten Ring 3 einbringt, mit Schwingungen, welche der Schwingungserfasser erfasst, Materialdaten der Dichtringe 2 zu ermitteln.
Hierzu rechnet die Auswerteeinheit die erfasste Reaktion auf die Anregung in eine Anregungsfunktion um und modelliert die Vorrichtung 1 und die Anregung in einem Finite-Elemente-Methode-Modell, kurz FEM-Modell. Weiterhin wird der Dichtring 2 auf Basis von viskoelastischen Materialdaten, welche zumindest ein komplexes Schubmodul, ein Langzeitmodul, eine Relaxationszeit, eine Kriechzeit, eine Dämpfung, eine Hysterese, eine Querkontraktionszahl und/oder Dichte beschreiben, modelliert. Anhand der Anregungsfunktion und anhand einer Simulation, welche mittels der modellierten Daten durchgeführt wird, wird jeweils eine Übertragungsfunktion gebildet und die gebildeten Übertragungsfunktionen werden miteinander verglichen. Bei diesem Vergleich werden die Übertragungsfunktionen übereinandergelegt, wobei bei einer Abweichung der Übertragungsfunktionen voneinander erfasst wird, dass Materialdaten eines geprüften Dichtringes 2 nicht mit für diesen hinterlegten Materialdaten, beispielsweise Materialdaten eines Prüflabors, übereinstimmen. Bei einer Übereinstimmung der Übertragungsfunktionen können die hinterlegten Materialdaten dagegen validiert werden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 zur Prüfung von Dichtringen 2 und zur Validierung von Materialdaten von Dichtringen 2. In 5 ist eine Frontalansicht des Ausschnitts gemäß 4 dargestellt.
Im Unterschied zu dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist der zweite Ring 4 nicht mit Loslagern gekoppelt, sondern mit einer Standvorrichtung 6 verbunden. Die Standvorrichtung 6 weist dabei eine Masse auf, welche insbesondere um ein Vielfaches größer als eine aus Einzelmassen des ersten Ringes 3, zweiten Ringes 4, des Schwingungserzeugers 5 und der Dichtringe 2 gebildete Gesamtmasse ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Dichtring
3: erster Ring
3.1: Vertiefung
3.2: Vertiefung
4: zweiter Ring
5: Schwingungserzeuger
6: Standvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3917076 A1 [0003]
DE 1573500 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Prüfung von Dichtringen (2) und/oder Validierung von Materialdaten von Dichtringen (2), gekennzeichnet durch - einen ersten Ring (3), - einen zweiten Ring (4), - einen Schwingungserzeuger (5), - einen Schwingungserfasser und - eine Auswerteeinheit, wobei - der erste Ring (3) in seiner äußeren Mantelfläche zumindest eine umlaufende Vertiefung (3.1, 3.2) zur Aufnahme eines Dichtringes (2) umfasst, - ein Außenumfang des ersten Ringes (3) kleiner ist als ein Innenumfang des zweiten Ringes (4), - der erste Ring (3) mit dem zumindest einen aufgenommenen Dichtring (2) in den Innenumfang des zweiten Ringes (4) derart einsetzbar ist, dass der Dichtring (2) an einer inneren Mantelfläche des zweiten Ringes (4) anliegt und in radialer Richtung komprimiert ist, und - die Auswerteeinheit ausgebildet ist, anhand eines Vergleichs von Schwingungen, welche der Schwingungserzeuger (5) in den ersten Ring (3) oder den zweiten Ring (4) einbringt, mit Schwingungen, welche der Schwingungserfasser erfasst, Materialdaten des zumindest einen Dichtringes (2) zu ermitteln.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (5) am ersten Ring (3) oder am zweiten Ring (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserfasser zumindest einen Laser zur optischen Erfassung von Schwingungen umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserfasser eine Anzahl von mechanisch mit dem ersten Ring (3) und/oder zweiten Ring (4) gekoppelten Sensoren zur Erfassung von Schwingungen umfasst, wobei die Anzahl von Sensoren einen Beschleunigungssensor und/oder einen Wegsensor und/oder einen Geschwindigkeitssensor umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (4) mittels zumindest eines Loslagers gelagert ist, wobei das zumindest eine Loslager zumindest ein mechanisch festes Band und/oder zumindest ein mechanisch elastisches Band umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ring (4) mit einer Standvorrichtung (6) verbunden ist, wobei die Standvorrichtung (6) eine Masse aufweist, welche größer als eine aus Einzelmassen des ersten Ringes (3), des zweiten Ringes (4), des Schwingungserzeugers (5) und des Dichtringes (2) gebildete Gesamtmasse ist.
Verfahren zur Prüfung von Dichtringen und/oder Validierung von Werkstoffdaten von Dichtringen mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - mittels des Schwingungserzeugers (5) der erste Ring (3) oder der zweite Ring (4) mit einer dynamischen Schwingung angeregt wird, - mittels des Schwingungserfassers an dem zweiten Ring (4) bzw. dem ersten Ring (3) eine Reaktion auf die Anregung des ersten Ringes (1) bzw. des zweiten Ringes (4) erfasst wird, - die erfasste Reaktion auf die Anregung in eine Anregungsfunktion umgerechnet wird, - die Vorrichtung (1) und die Anregung in einem Finite-Elemente-Methode-Modell modelliert werden - der Dichtring (2) auf Basis von viskoelastischen Materialdaten modelliert wird und - anhand der Anregungsfunktion und anhand einer Simulation, welche mittels der modellierten Daten durchgeführt wird, jeweils eine Übertragungsfunktion gebildet und die gebildeten Übertragungsfunktionen miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei - bei einer Abweichung der Übertragungsfunktionen voneinander erfasst wird, dass Materialdaten eines geprüften Dichtringes (2) nicht mit für diesen hinterlegten Materialdaten übereinstimmen und - bei einer Übereinstimmung der Übertragungsfunktionen die hinterlegten Materialdaten validiert werden.