Lokalisierung und Beschreibung makroskopischer Drallstrukturen in 3D-Topographien - Universität Stuttgart | Institut für Maschinenelemente
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3D-Makrodrall – Strukturbasierte 3D-Analyse von Makrodrall

FVA Eigenmittelprojekt 876 I

Strukturbasierte 3D-Analyse von Makrodrall

Die Dichtungsgegenlauffläche ist ein wichtiger Bestandteil des tribologischen Dichtsystems „Radial-Wellendichtung“. Ein wesentliches Gütekriterium einer Dichtungsgegenlauffläche ist die „Drallfreiheit“, denn Drallstrukturen können im Betrieb eine Förderwirkung von Fluid in axialer Wellenrichtung erzeugen. Drehrichtungsabhängige Folgen können Mangelschmierung oder Leckage sein und bis hin zum Ausfall des ganzen Dichtsystems führen. Um zu überprüfen, ob nach dem Herstellungsprozess Drall auf der Dichtungsgegenlauffläche vorhanden ist, muss die Wellenoberfläche messtechnisch erfasst und die Drallstrukturen in den Messdaten lokalisiert werden.

Das Projekt FVA 876 I „3D-Makrodrall“ verfolgt einen neuen strukturbasierten Ansatz zur Messung und Analyse von makroskopischen Drallstrukturen, basierend auf den Daten optischer Messsysteme. Bei der Lokalisierung der Drallstrukturen in den optisch gemessenen, hochauflösenden Topographiemessdaten wird im ersten Auswertungsschritt das Segmentierungsverfahren „Wasserscheidentransformation“ nach DIN EN ISO 25178-2 angewandt. Prinzipbedingt segmentiert dieses Verfahren eine Oberflächentopographie zunächst in sehr viele kleine muldenähnliche Merkmale. Hierbei spricht man von einer Übersegmentierung. Diese übersegmentierten Merkmale werden im Anschluss in einer im Projekt entwickelten Fusionsprozedur zu auswertungsrelevanten Strukturen zusammengeschlossen. Beim Zusammenschluss der übersegmentierten Merkmale wird die Strömung des Fluids im Dichtkontakt zwischen den Merkmalen berücksichtigt und bewertet, in welcher Richtung das Fluid aus einem betrachteten Merkmal ausströmen kann. Die Fusionsprozedur bricht ab, wenn eine lokalisierte Struktur als abgegrenztes Strömungstal erkannt wird, das Fluid fassen und bei Rotation der Welle dieses in eine bestimmte Richtung transportieren kann. Darauf aufbauend wurde systematisch eine geeignete Messmethodik ermittelt, um statistisch abgesicherte Ergebnisse durch die Lokalisierung einer ausreichenden Anzahl an Strukturen und damit korrekte Aussage bezüglich der Dichtungsgegenlauffläche erzielen zu können.

Der bedeutende Nutzen der im Projekt entwickelten Mess- und Auswertungsmethode ist die Erfassung und Beschreibung aller Arten von makroskopischen Drallausprägungen. Das sind neben dem streng periodischem Makrodrall ebenso aperiodische und stochastisch verteilte Strukturen. Diese werden unter dem Begriff „Mikrowelligkeit“ zusammengefasst. Die statistische Analyse aller gemessenen Strukturen zur Charakterisierung der Dichtungsgegenlauffläche ist zudem besonders gut geeignet, um die stochastische Natur von technischen Oberflächen zu beschreiben.

Das Projekt 876 I der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über Eigenmittel finanziert.

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