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O+P Fluidtechnik 7-8/2017

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VDMA EINFLUSS DER

VDMA EINFLUSS DER OBERFLÄCHENRAUHEIT VON HYDRAULIKSTANGEN AUF REIBUNG UND LECKAGE M. Sc. Mario Stoll, Institut für Maschinenelemente (IMA) der Universität Stuttgart Förderung: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi); Nr. 18054N/1 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Zielsetzung: Das Verständnis des Abdichtmechanismus von Hydraulikstangendichtungen 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 war deshalb die genauere Untersuchung des Einflusses der Hydraulikstangenoberfläche auf das Dichtsystem. Des Weiteren sollten Kennwerte identifiziert werden, welche sich zur funktionalen Beschreibung der Stangenoberflächen eignen. Zusammenfassung und Ausblick: Zu diesem Zweck wurden im Forschungsprojekt gezielt 15 Hydraulikstangen und acht Gegenlaufflächen für Triboversuche hergestellt und mit zwei Dichtungswerkstoffen (PU und PTFE) experimentell 11 Korrelation mit PU-Leckage Korrelation mit PU-Leckage Korrelation von 2D- und 3D-Oberflächenkennwerten mit Korrelation PU-Leckage von 2D und im Dauerlauf 3D-Oberflächenkennwerten mit PU-Leckage im Dauerlauf 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 –0,1 –0,2 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 –0,1 –0,2 Ra Rz Rt Rp Rv Rq Rsk Rku Rdq Rvk Rvk* Rpk Rpk* Rk 2D-Kennwerte 3D-Kennwerte Mr1 Mr2 Rmax Rmr Rdc Sq Ssk Sku Sp Sv Sz Sa Smr Smc Sxp Sal Str Std Sdq Sdr Vm Vv Vmp Vmc Vvc Vvv Spd Spc S10z S5p S5v Sda Sha Sdv Shv am Prüfstand untersucht. Dabei zeigte sich, dass „raue“ Stangen per se nicht schlecht sein müssen. Besondere Beachtung sollte dafür der Orientierung der Strukturen auf der Oberfläche gewidmet werden. Hier zeigt sich, dass je weiter Strukturen in Bewegungsrichtung, also senkrecht zum Dichtring orientiert sind, desto kritischer ist dies für das Dichtsystem. Bereits feine Riefen in Längsrichtung auf der Stange können zu exzessiver Leckage und Dichtungsverschleiß führen. In der Praxis treten solche Strukturen häufig im Betrieb durch Schmutz auf. Kommt es zu einem Ausfall des Dichtsystems sollte bei Längsriefen auf der Stange neben einem neuen Dichtring auch die Überarbeitung oder der Tausch der Hydraulikstange in Betracht gezogen werden. Nur so kann wieder die ursprüngliche Lebensdauer erreicht werden. Besonders interessant zeigten sich auch die gedrehten Stangen, welche trotz ihrer hohen Rauheit in Bezug auf Reibung, Leckage und Verschleiß sehr gut funktionierten. Bisher werden gedrehte Stangen im Bereich von Hydraulikdichtungen noch nicht eingesetzt. Hier zeigt sich ein hohes Potenzial zur günstigen Herstellung von Hydraulikstangen, welches zukünftig weiter untersucht werden sollte. Um die experimentell gewonnen Erkenntnisse für Stangenoberflächenvorgaben umsetzen zu können reichen die bekannten 2D-Kennwerte nach DIN EN ISO 4287 nicht aus. Für eine umfangreichere Beschreibung der Stangenoberflächen werden 3D-Kennwerte benötigt. Im Rahmen einer Korrelationsbetrachtung haben sich hierbei die Kennwerte Sdr (Oberflächenverhältnis), Std (Texturrichtung) und Sdq (mittlere quadratische Oberflächensteigung) der DIN EN ISO 25178 als besonders geeignet erwiesen (Bild 11). Eine einheitliche Vorgabe für Hydraulikstangenoberflächen erwies sich dabei als nicht zielführend. Grund hierfür ist der Einfluss der Betriebsbedingungen. Je nach Druck, Geschwindigkeit, Temperatur und eingesetztem Dichtring verändert sich die ideale Stangenoberfläche. Abhilfe kann hier zukünftig die Kombination von dreidimensionalen Oberflächenkennwerten mit Betriebsbedingungen sein, mit der eine sehr gute Prognose von Leckage, Reibung und Verschleiß erreicht werden kann. Dazu werden derzeit jedoch Vorkenntnisse über das Verhalten des Dichtsystems bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen benötigt. 56 O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA Dr.-Ing. Robert Rahmfeld (links), Prof. Dr.-Ing. Peter Post (Mitte), Dipl.-Ing. Peter-Michael Synek (rechts) Mitgliederversammlung: Der Vorsitzende des Forschungsfonds Fluidtechnik, Professor Peter Post, Festo AG & Co. KG, begrüßte die Vertreter der Mitgliedsfirmen, der Forschungsstellen sowie der Fachpresse und eröffnete die Mitgliederversammlung. In diesem Jahr standen die Wahlen des Vorsitzenden und des stellvertretenden Vorsitzenden des Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA für die Amtsperiode 2017 bis 2021 an. Zum Vorsitzenden des Forschungsfonds Fluidtechnik wurde Professor Peter Post, Festo AG & Co. KG, wiedergewählt. Ebenso wiedergewählt wurde Dr.-Ing. Robert Rahmfeld, Danfoss Power Solutions GmbH & Co OHG, zum stellvertretenden Vorsitzenden. Neue Forschungsprojekte: In diesem Jahr standen elf neue Projektskizzen zur Entscheidung. Alle Projektvorschläge wurden inhaltlich in den jeweiligen projektbegleitenden Arbeitskreisen bzw. mit Industrieexperten diskutiert, abgestimmt und eine Vorstellung auf der Mitgliederversammlung empfohlen. Folgende Projekte werden vom Forschungsfonds Fluidtechnik aufgegriffen: Eigenfinanzierung: n Parametrierung von Kavitationsmodellen für die gezielte Betriebsbereichserweiterung ölhydraulischer Komponenten und Systeme, Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden n Automatisierte Inbetriebnahme drehzahlvariabler Linearantriebe im geschlossenen Kreis, Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden Einreichung bei der AiF: n Modellgestütztes Condition Monitoring mit verrauschten Signalen, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen und Institut für Statistik und Wirtschaftsmathematik (ISW) der RWTH Aachen n Risiken und Möglichkeiten des Cloud- &-Edge-Computing für fluidtechnische Systeme, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen, RWTH Aachen n Effizienzsteigerung im Konstantdrucksystem – Selbst-Optimierende Steuerstrategie zur Verlustminimierung eines Konstantdrucksystems mit Zwischendruckleitung und 4-Flächen-Zylinder, Teilinstitut Mobile Arbeitsmaschinen, Karlsruher Institut für Technologie n Sensorgestützte Sicherheitstechnik für pneumatische Energiesparschaltungen, Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden n Maßgeschneiderte Durchfluss- und Stellkraftkennlinien von Sitzventilen, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen Nachwuchsförderung: Das 11. IFK findet vom 19. bis 21. März 2018 in Aachen statt – unterstützt durch den Fachverband und den Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA. Der Forschungsfonds Fluidtechnik wird auch 2018 wieder Studierenden, die von den jeweiligen Institutsleitern empfohlen werden, eine kostenfreie Teilnahme ermöglichen. Fachtagungen: n 75. Internationale Landtechnik-Tagung am 10. und 11. November 2017 in Hannover n 11. IFK vom 19. bis 21. März 2018 in Aachen n 20. ISC am 10. und 11. Oktober 2018 in Stuttgart n 10. Kolloquium Mobilhydraulik am 16. und 17. Oktober 2018 in Braunschweig Termin: Die nächste Mitgliederversammlung in Verbindung mit einer vorangestellten Informationsveranstaltung des Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA findet am 21. Juni 2018 in Frankfurt am Main statt. Informationen über den Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA gibt: Peter-Michael Synek, Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main, E-Mail: peter.synek@vdma.org. O+P Fluidtechnik 7-8/2017 57

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O+P Fluidtechnik REPORT 2017
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