VDMA M. Sc. Tobias Corneli FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Thema: Einfluss von Molekülstruktur und Additiven auf die Gleitlänge in der hydrodynamischen Schmierung Vortragender: M. Sc. Tobias Corneli Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703410 Forschungsstelle: Institut für Fluidsystemtechnik (FST) der TU Darmstadt Zielsetzung: Hydraulikflüssigkeiten dienen der Kraftübertragung. Zur Erfüllung dieser Aufgabe werden in der Fluidtechnik überwiegend mineralölbasierte Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt. Neben der Aufgabe der Kraftübertragung werden dem Hydraulikfluid zusätzliche Aufgaben zuteil wie Schmierung, Kühlung oder Transport von Verunreinigungen. Um all diese Aufgaben erfüllen zu können, bestehen typische Hydrauliköle aus einem Basisöl und verschiedenen Additivpaketen. 09 Ergebnisse für ein Polyalphaolefin (PAO 6) bei einer Temperatur von 40 °C Die tribologischen Eigenschaften von Hydraulikflüssigkeiten werden heute üblicherweise noch allein durch die kinematische Viskosität des Basisöls spezifiziert. Bei Bauteilprüfungen kommt es bei der Verwendung konkurrierende Öle gleicher Spezifikation zu gänzlich unterschiedlichen Ergebnissen. Bei diesen Tests treten sowohl Versagen nach wenigen Betriebsstunden als auch Durchläufer auf. An diesen Ergebnissen wird deutlich, dass die bestehende Spezifizierung von Hydraulikflüssigkeiten nicht ausreichend ist, um das tribologische Verhalten eines Hydrauliksystems praxistauglich hinsichtlich Reibung und Verschleiß zu beschreiben. Als kontinuumsmechanische, quasi alle Einflüsse subsumierende Systemeigenschaft dient die von Navier und Maxwell im 19. Jahrhundert eingeführte Gleitlänge. Gleiten an der Wand tritt unter der Berücksichtigung der Wandschubspannungen auf, wenn die typischen Strömungsgeometrien in der Größenordnung der typischen Molekülgrößen und Molekülabstände der verwendeten Hydraulikflüssigkeit liegen. Um dem Vorhaben, eine physikalische Größe zur Beschreibung von Tribosystemen zu etablieren, gerecht zu werden, ist ein systematisches und mehrstufiges Vorgehen erforderlich. Zunächst werden Basisöle hinsichtlich der Variation der Gleitlänge untersucht, anschließend der Einfluss von Additiven und Additivpaketen quantifiziert. Zusammenfassung und Ausblick: Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden erste systematische Messungen zur Bestimmung der Gleitlänge für ein Polyalphaolefin durchgeführt. Bei diesen Messungen konnte gezeigt werden, dass sich Gleitlängenmessungen mit einer Genauigkeit ± 30 nm reproduzieren lassen. Die beschaffte Temperaturprüfkammer ermöglicht die systematische Messung von Gleitlängen in einem Bereich von 20 bis 80 °C. Diese werden zunächst für das bisher untersuchte Polyalphaolefin durchgeführt (Bild 09). Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden die Messungen für die Variation des Grundöls durchgeführt. 70 O+P – Fluidtechnik 7-8/2016
VDMA M. Sc. Mario Stoll Thema: Einfluss der Oberflächenrauheit von Hydraulikstangen auf Reibung und Leckage Vortragender: M. Sc. Mario Stoll Förderung: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft (BMWi); Nr. 18054N/1 Forschungsstelle: Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart 10 Gegenlauffläche und Probenkörper der Triboversuche Zielsetzung: In dem vorliegenden Forschungsprojekt wird eine funktionale Beschreibung der physikalischen Vorgänge im Dichtspalt erarbeitet, die den Einfluss der Oberflächentopografie der Hydraulikstange auf die Dichtungsreibung und Leckage beschreibt. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Topografie der Stange, da im geschmierten Dichtkontakt das Grundmaterial keine so große Rolle spielt. Das Grundmaterial hat jedoch indirekt Einfluss auf die Topografie, da durch dessen Charakteristik und dessen Bearbeitung eine spezifische Topografie entsteht, die wiederum Reibung und Leckage beeinflusst. Zusammenfassung und Ausblick: Das Verständnis des Abdichtmechanismus von Hydraulik-Stangendichtungen beruht im Wesentlichen auf einem makroskopischen Ansatz aus den 60er Jahren – Reibung und Leckage lassen sich damit nicht ausreichend erklären. Besonders der Einfluss der Stangenoberfläche auf das Dichtsystem ist bisher nur unzureichend erforscht. Ziel des Projekts ist deshalb die genauere Untersuchung des Einflusses der Hydraulik-Stangenoberfläche auf das Dichtsystem. Vereinfacht ausgedrückt soll durch eine Messung und 3D-Auswertung eines Oberflächenausschnitts einer Hydraulikstange beurteilt werden können, ob mit hoher Reibung oder gegebenenfalls mit Leckage zu rechnen ist. Zu diesem Zweck wurden im Forschungsprojekt gezielt 15 Hydraulikstangen und acht Gegenlaufflächen für Triboversuche hergestellt und mit zwei Werkstoffen (PU und PTFE) experimentell am Prüfstand untersucht (Bild 10). Mit Hilfe der Versuchsergebnisse konnten bereits Oberflächenstrukturen identifiziert werden, welche das Reib-, Verschleiß- und Leckageverhalten beeinflussen. Einen negativen Einfluss auf das Dichtsystem zeigten dabei insbesondere Strukturen, welche in Bewegungsrichtung der Stange orientiert sind. In den weiteren Arbeitsschritten des Projekts werden dreidimensionale Oberflächenkennwerte zur Vorhersage der Reibung, des Verschleiß und der Leckage identifiziert. Erste Erfolge wurden hierbei schon für die Vorhersage der Leckage bei PU-Nutringen erzielt. O+P – Fluidtechnik 7-8/2016 71
5445 07/08 Juli/August 2016 ORGAN D
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