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O+P Fluidtechnik 7-8/2017

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VDMA ANALYSE DER

VDMA ANALYSE DER SCHALLEMISSION PNEUMATISCHER KOMPONENTEN M. Sc., M. Sc. Maximilian Waerder, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703290 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Zielsetzung: Das vorgestellte Projekt beinhaltet die Untersuchung der Entstehung und Ausbreitung der Schallemission von pneumatischen Komponenten. Die Forderung nach der Einhaltung von Grenzgeräuschpegeln ist inzwischen gesetzlich verankert, da Lärmbelästigung erwiesenermaßen zu psychologischen wie auch physiologischen Beschwerden führt. Die Pneumatik steht durch die Verwendung des Druckmediums Luft und die damit verbundenen Kompressions- und Expansionsvorgänge in direktem Zusammenhang mit der Entstehung von Luftschall. Durch eine Interaktion von Fluidströmung und Starrkörperdynamik ist ein weiterer Schallentstehungsmechanismus durch den sogenannten Körperschall gegeben. Zusammenfassung und Ausblick: Ziel des Forschungsvorhabens ist daher ein genormtes Messverfahren zu verwenden, um pneumatische Komponenten zu vermessen und Produkte mit hohem Reduktionspotenzial zu definieren. Nach 09Stationäre Strömungssimulation eines 2/2 Wege Proportionalventils Stationäre Strömungssimulation eines 2/2-Wege-Proportionalventils Netz Modell Turbulenzmodell k-omega SST Randbedingungen Fluid: Luft (kompressibel) Einlass: p 1 = 1,77 bar Auslass: p 2 = 1,68 bar Validierung Q O,sim = 883,36 Nl/min Q 0,mess = 807,2 Nl/min Ergebnisse Δp = 0,09 bar ṁ = 0,0174 kg/s v max = 219,9 m/s den Empfehlungen durch ISO 3740 wurde die Schallmessung nach ISO 3744 als geeignet klassifiziert. Zur Einordnung und methodischen Anwendung der Schallmessung wurde eine erste Messreihe von unterschiedlichen Schalldämpfern im institutseigenen Schallmessraum durchgeführt. Dabei wurden die Randbedingungen, welche zur Anwendbarkeit und Gültigkeit der Messung eingehalten werden müssen, aufgezeichnet und überprüft. Die notwendigen Umgebungs- und Fremdgeräuschkorrekturwerte wurden bestimmt und bei der Ermittlung des gemittelten, A-bewerteten Gesamtgeräuschpegels berücksichtigt. Die Messungen haben ergeben, dass eine freie Entlüftung zu Lärmpegeln bis 80 dB(A) führt, was oberhalb vorgeschriebener Grenzwerte liegt. Auch wenn die Verwendung handelsüblicher Schalldämpfer zur Pegelreduktion führt, ist kritisch zu bewerten, dass komplexere und größere pneumatische Antriebe bei höheren Systemdrücken und -volumenströmen zu einer signifikanten Steigerung des Gesamtgeräuschpegels führen können. Darüber hinaus bestehen die meisten pneumatischen Anlagen aus mehreren Komponenten, die jeweils eine Quelle von Schallemission darstellen. Die Einflüsse der Systemparameter (wie z. B. Systemdruck, Bewegungsrichtung, Lastmasse und Einstellung der Endlagendämpfung) konnten anhand ausgewählter pneumatischer Linearantriebe evaluiert werden. Das Simulationsmodell, welches die Strömungsgrößen des Luftstroms mit den Schwingungsgrößen der Ventilstruktur und der umgebenden Luft verknüpft, konnte für ein ausgewähltes Beispiel eines 2/2-Wege-Proportionalventils geschlossen werden (Bild 9). Die Simulation hat gezeigt, dass der Rechenaufwand selbst für kleine Komponenten nicht tragbar ist, da für das gesamte Hörspektrum eine Rechenzeit von über vier Jahren auf einem Standardsimulationsrechner erreicht wird. Deshalb sollen im letzten Projektteil alternative Verfahren zur Bestimmung des Schallfeldes untersucht werden, um eine wirtschaftliche Methodik zu etablieren, die sinnvoll in den Konstruktionsprozess eingebunden werden kann. 54 O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA EINFLUSS VON MOLEKÜLSTRUKTUR UND ADDITIVEN AUF DIE GLEITLÄNGE IN DER HYDRODYNAMISCHEN SCHMIERUNG M. Sc. Tobias Corneli, Institut für Fluidsystemtechnik (FST) der TU Darmstadt Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703410 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. Zusammenfassung und Ausblick: Die tribologischen Eigenschaften von Hydraulikflüssigkeiten werden heute noch allein durch die kinematische Viskosität des Basisöls spezifiziert. Dessen ungeachtet und ungeachtet von Ölspezifikationen nach geltenden Normen, kommt es bei Bauteilprüfungen, z. B. an Schrägscheibenpumpen, bei der Verwendung konkurrierender 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. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden systematische Messungen zur Bestimmung der Gleitlänge in Abhängigkeit der Temperatur für ein Polyalphaolefin (PAO) 6 durchgeführt. Der stochastische Fehler der Einzelmessung konnte durch Wiederholungsmessungen auf 8 nm reduziert werden. Durch das an der TU Darmstadt entwickelte Kalibrationsverfahren für Absolutmessungen mit kapazitiven Abstandssensoren in Öl konnte erstmals die Gleitlänge für das technische System Stahl/PAO/Stahl in einem Temperaturbereich von 10 bis 60 °C gemessen werden. Die Gleitlänge nimmt mit zunehmender Temperatur von 950 ± 200 nm bei 10 °C auf 350 ± 200 nm bei 60 °C ab. Im Rahmen des Projekts konnte erstmals gezeigt werden, dass die Gleitlänge in Abhängigkeit der Temperatur durch eine Arrhenius-Beziehung beschrieben werden kann (Bild 10). Der Forschungsstelle ist auch kein anderes Experiment bekannt, in dem systematische Messungen zur Temperaturabhängigkeit der Gleitlänge durchgeführt wurden. Im Folgenden wird nun systematisch der Projektplan abgearbeitet. Die Restlaufzeit des Projekts beträgt noch neun Monate. Laut Projektplan sollten aktuell die Variationen der Additivierung vermessen werden. Momentan werden noch die Basisöle vermessen. Dieser Projektverzug stellt aber infolge der Automatisierung kein Problem dar. Durch die Vollautomatisierung ist es möglich pro Monat für 2,5 unterschiedliche Öle Arrhenius-Beziehungen zu messen, das macht bei neun Monaten Restlaufzeit 22 Ölvariationen. Bei den ursprünglich veranschlagten sechs Wochen pro Ölspezifikation wären im Rahmen des Projektes ohne die Automatisierung lediglich 17 Variationen möglich gewesen. 10 VERSCHIEBUNGSFAKTOR , Arrhenius-Beziehung für Gleitlänge und dynamische Viskosität Arrhenius-Beziehung für Gleitlänge und dynamische Viskosität 101 PAO 6 T 0 =313.15 K log ( ) ( 0 ) = 1 1 − 0 10 0 log ( ) ( 0) = 1 1 − 0 2.8 3 3.2 3.4 x10-3 10 -1 1/TEMPERATUR in 1/K O+P Fluidtechnik 7-8/2017 55

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