Zusammenfassung
An moderne Getriebegehäuse in Leichtbauweise werden hinsichtlich der Dichtheit und der Betriebssicherheit sehr hohe Anforderungen gestellt. Kritische Gehäusebereiche sind Trennfugen, Dichtflansche, Verschraubungen und die sich daran anschließenden Gehäuseflächen, die sich im Betrieb mehr oder weniger stark verformen.
Das Dichtungsmaterial, als mechanisches Koppelglied zwischen den Gehäuseteilen, verliert durch die dauernd wechselnden Verformungszustände seine Fähigkeit, die zur Dichtheit notwendige Flächenpressung aufrecht zu erhalten. Die elastischen Nachgiebigkeiten der Verschraubung und der Flansche reichen schließlich nicht mehr aus, um den Verlust der Anpressung der Dichtung an die Dichtflansche auszugleichen; das Gehäuse wird undicht.
Die am IMA durchgeführten Arbeiten lassen sich in vier Bereiche aufteilen: Dies waren zum einen umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Serienprüfgehäusen, die Entwicklung und Anwendung von analytischen Näherungsberechnungsverfahren, die Erstellung eines Konstruktionskatalogs und schließlich Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode.
Die experimentellen Untersuchungen mit dem Gehäusedichtungsprüfstand (GDP) konzentrierten sich im wesentlichen auf Versuche an zwei unterschiedlichen Serienprüfgehäusen. Dies war zum einen ein Industriegetriebe-Prüfgehäuse aus Grauguß und ein Fahrzeuggetriebe-Prüfgehäuse aus Leichtmetall. An diesen Getriebegehäusen in Topfbauweise wurden in dynamischen Dauerversuchen dichtungstechnisch relevante Parameter, wie das Dichtungsmaterial, die Dichtungsgeometrie, Prüföltemperatur und Schraubenvorspannkräfte variiert.
Die Versuchsergebnisse an beiden Prüfgehäusegeometrien stimmten in der Tendenz des Ausfallverhaltens der Dichtverbindung gut überein. Aufgrund der hohen dynamischen Last kommt es zu einem verstärkten irreversiblen Setzen von Weichstoffdichtungen. In Abhängigkeit von den konstruktiv gegebenen Schraubenvorspannkraftreserven durch die Schraubenklemmlänge, führt die irreversible Zusammenpressung des Dichtungsmaterials zu Schraubenvorspannkraftänderungen. Kann konstruktiv nur eine kurze Klemmlänge realisiert werden, so kann es durch das Betriebssetzen zum teilweisen vollständigen Verlust der Schraubenvorspannung kommen. Es wird deshalb empfohlen auf konstruktivem Wege für möglichst hohe elastische Schraubenvorspannkraftreserven zu sorgen und bei Verwendung von Weichstoffdichtungen auf möglichst dünne Dichtungen mit hoher elastischer Rückfederung zurückzugreifen.
Im Gegensatz zu den Weichstoffdichtungen lassen sich mit Hilfe von dauerplastischen und anaerob aushärtenden Flüssigdichtungen äußerst setzarme Dichtverbindungen mit geringen Schraubenvorspannkraftverlusten realisieren. Bei Verwendung dieser Dichtungen in hochbelasteten Getriebegehäusen und bei Auftreten hoher Schermomente ist bei der Auslegung auf eine Mindestflächenpressung zu achten. Eine anaerob aushärtende Flächendichtung mit hoher Schersteifigkeit und genügend hoher Elastizität ist einer anaerob aushärtenden Flächendichtung mit ausgeprägt sprödem Materialverhalten vorzuziehen. Bei der Auswahl dieser Dichtungswerkstoffe ist besonderes Augenmerk auf die zulässige Gebrauchstemperatur zu legen.
Weiter waren innovative Flächendichtungen in Form von elastomerbeschichteten und gesickten Metalldichtungen Gegenstand der experimentellen Untersuchungen. Hier zeigte sich, daß die Metallsickendichtungen im Bezug auf das Setzverhalten und in der Temperaturbeständigkeit den Weichstoffdichtungen weit überlegen waren. Ein weiterer Vorteil der gesickten Metalldichtungen liegt in ihrer Fähigkeit, durch variable Gestaltung der Sickenform die Anpressung der Dichtflansche in Bereichen geringer Steifigkeit positiv beeinflussen zu können. Durch die hohen auftretenden Scherbelastungen im Prüfbetrieb kam es dennoch zu hohen Relativbewegungen in der Dichtfuge. Die adhäsive Haftung der Elastomerbeschichtung auf dem Metallträger reicht derzeit offensichtlich nicht aus, um den hohen Scherbelastungen in den Trennfugen standzuhalten.
Die Ergebnisse der durchgeführten experimentellen Untersuchungen, die auf analytischem Wege ermittelte Ergebnisse und Erkenntnisse aus den Finite-Elemente-Berechnungen konnten in einem "Konstruktionskatalog" zusammengefaßt und bildlich dargestellt werden.
Die FEM sollte als Werkzeug bei der Auslegung von hochbeanspruchten Dichtverbindungen verstärkt eingesetzt werden. Mit deren Hilfe ist es möglich, das komplexe Betriebsverformungsverhalten von Flächendichtverbindungen in guter Näherung zu simulieren.
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