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O+P Fluidtechnik 7-8/2018

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HYDRAULIKSYSTEM

HYDRAULIKSYSTEM FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED 3.3 VERGLEICH ZUM WASSEREINTRITT ÜBER LUFTFILTER UND ZUM EINTRAG FREIEN WASSERS In Abschnitt 2-1 wurde der Wassereintrag in Getriebegehäuse beim Abkühlen dargelegt. Ein Hydrauliktank zeigt die gleichen Charakteristika beim Abkühlen, wobei in der Regel größere Flüssigkeits- und Luftvolumina vorliegen. Bei einem Getriebeluftvolumen von 3 l, einer Dampftemperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchte von 30 %, was den unkritischsten Fall hinsichtlich des Wasser eintrags darstellt, der untersucht worden ist, werden bereits mehr als 1 mg Wasser in das Getriebe eingetragen. Untersuchungen für die Hydraulik in diesem Bereich haben noch nicht stattgefunden. Die Autoren schließen, basierend auf den Ergebnissen von [Jae94] und [Zel00], dass erhebliche Wassermengen auf diesem Weg ins System gelangen. Des Weiteren wurde, basierend auf der „Inversen-Reynolds- Theorie“, der Einzug freien Wassers über die Stangendichtringe in Abschnitt 2.2 abgeschätzt. Demnach wird bei dem betrachteten Beispielzylinder davon ausgegangen, dass 2,45 mg Wasser pro Hub eingezogen werden. Im Vergleich dazu ist der Eintrag von im Flüssigkeitsfilm gelösten Wassers vernachlässigbar. Im gesättigten Fall werden weniger als 2 µg eingetragen. Aufgrund der Rückfördermöglichkeit der Stangendichtringe besteht erhebliches Potential zum Eintrag freien Wassers, welches ebenfalls höher eingeschätzt wird, als der Eintrag über den Luftfilter. Untersuchungen hierzu im Rahmen des in Abschnitt 3.1 genannten Projekts stehen noch aus. Tabelle 01 stellt die ermittelten Wassereinträge gegenüber. 4. ZUSAMMENFASSUNG / AUSBLICK In dieser Arbeit wurden die Zutrittsorte von Wasser ins hydraulische System diskutiert. Der Erste ist über den Luftfilter des Tanks. Am Beispiel einer Getriebeentlüftung wurde gezeigt, dass erhebliche Mengen an Wasser mit der eingesaugten Luft ins System gelangen. Der Luftstrom in den Tank wird durch das Atmen des Systems sowie durch die Volumenänderung der Druckflüssigkeit beim Abkühlen induziert. Die zweite Zutrittsstelle sind dynamische Stangendichtelemente. Diese verfügen über Rückfördermöglichkeiten in das System, sodass bei Wasserangebot auf der Außenseite dieses mit eingefördert werden kann. Des Weiteren kann Wasser, im Film auf der Kolbenstange gelöst, mit ins System gelangen. Dazu wurde ein Modell entwickelt, basierend auf Messungen der Sättigungs kurve der Druckflüssigkeit. Den Haupteintrag des Wassers erfolgt durch freies Wasser, gefolgt vom Eintrag über den Luftfilter. Gelöst im Film gelangt im Vergleich zum freien Wasser nur wenig ins System. Tiefergehende Untersuchungen hierzu stehen aus und sind derzeit Gegenstand laufender Forschungsarbeiten. 5. DANKSAGUNGEN Das Projekt „Wassereinzug über Stangendichtungen“ (FKM-Nr. 703360) wird durch einen industriedominierten Arbeitskreis des Forschungsfonds des Fachverbandes Fluidtechnik im VDMA begleitet und unterstützt. Die Autoren danken allen Beteiligten für die finanzielle Förderung und die fachliche Unterstützung. Des Weiteren danken die Autoren der Fuchs Schmierstoffe GmbH für die durchgeführten Wassergehaltsbestimmungen. Literaturverzeichnis [Bau11] Bauer, F; et. al. „Messen in der Fluidtechnik – Teil7 (Fortsetzung): Ölzustand“, O+P, Ausgabe 3, 67-75, 2011 [Blo63] Blok, H. „Inverse Problems in Hydrodynamic Lubrication and Design Directives for Lubricated Flexible Surfaces”, Proc. Symp. On Lubrication and Wear, Houston USA, 1963 [Dah08] Dahmen, W.; Reusken, A. „Numerik für Ingenieure und Naturwissenschaftler”, Lehrbuch, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-540-76492-2, 2008 [DIN16] N.N. „Mineralölerzeugnisse-Bestimmung des Wassergehaltes durch Titration nach Karl Fischer“, DIN 51777:2016-08, DIN-Norm Entwurf, Beuth-Verlag, 2016 [Haa15] Haas, W. „Grundlehrgang Dichtungstechnik“, Vorlesungsumdruck, Universität Stuttgart, 2015 [Hoe02] Hörl, L., Haas, W. „Innovative Dichtungsbewertung durch Schmierfilm-Dickenmessung“, 12th International Sealing Conference, Stuttgart, S. 434-446, 2002 [Jae94] Jäckle, M. „Entlüftung von Getrieben”, Dissertation, Universität Stuttgart, 1994 [Mur12] Murrenhoff, H. „Grundlagen der Fluidtechnik – Teil 1: Hydraulik”, Vorlesungsumdruck, RWTH Aachen, Shaker-Verlag, ISBN 978-3-8440-1223-1, 2012 [Niß15] Nißler, U. „Dichtheit von Hydraulikstangendichtringen aus Polyurethan”, Dissertation, Universität Stuttgart, ISBN 978-3—936100-62-4, 2015 [Zel00] Zelßmann, H., et. al. „Getriebeentlüftungen. Untersuchungen zur Reduzierung des Stoffdurchsatzes“, antriebstechnik 39, Nr.1, 49-56, 2000 [Tao91] Tao, J.. „Untersuchung der physikalischen Vorgänge im Dichtspalt und des Reibverhaltens von Hydraulik-Stangendichtungen”, Dissertation, RWTH Aachen, 1991 [Hyd17] N.N. https://www.hydac.com/de-de/produkte/sensorik/verschmutzungssensoren/as-1000.html, abgerufen am 29.09.2017, 15:31 Uhr Autoren: Tobias Mielke, M.Sc., Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hubertus Murrenhoff, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Katharina Schmitz, Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme der RWTH Aachen University Formelzeichen d Stangendurchmesser [m] D Kolbendurchmesser [m] h Spalthöhe [m] ∆h Spalthöhendifferenz [m] h a * Spalthöhe im Druckmaximum [m] H Zylinderhub [m] m Öl Druckflüssigkeitsmasse [kg] m W , m Wasser Wassermasse [kg] m W,max Maximal lösbare Wassermasse [kg] p Druck [Pa] p HD Systemdruck [Pa] p ND Umgebungsdruck [Pa] V Öl Druckflüssigkeitsvolumen [m³] V Wasser ,V W Wasservolumen [m³] V W,max Maximal lösbares Wasservolumen [m³] u Stangengeschwindigkeit [m/s] x räumliche Spaltkoordinate [m] Rh, x Relativer Wassergehalt [-], [%] γγ Ausdehnungskoeffizienten [1/K] ηη dynamische Viskosität [Pas] θθ Temperaturdifferenz [K] ξξ max Maximale Sättigung [mg/kg] ρρ Dichte [kg/m³] ρρ 0 Bezugsdichte [kg/m³] 50 O+P Fluidtechnik 7-8/2018

3D-DRUCK SETZT SICH IM MASCHINENBAU DURCH RUBRIZIERUNGSEBENE FLUIDTECHNIK Additive Fertigungsverfahren nehmen im Maschinenbau eine immer größere Bedeutung ein – nicht nur, um Prototypen zu erstellen, sondern als ernst zu nehmende ergänzende Fertigungstechnologie. Laut einer aktuellen Umfrage der VDMA- Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing spielen bereits in fast der Hälfte der befragten Unternehmen 3D-Druck- Bauteile oder additive Fertigung eine Rolle. Wir haben für Sie die interessantesten Umfrageergebnisse aufbereitet. MEHR ALS KUNSTSTOFF Metallfertigung spielt im 3D-Druck ebenfalls eine wichtige Rolle. Die Hälfte der befragten Unternehmen setzen zwar ausschließlich Kunststoff-3D-Druck ein, jedoch ein Viertel beschäftigt sich nur mit Metallfertigung. Alle anderen befragten Unternehmen verwenden beide Rohstoffe. MEHR ALS PROTOTYPING Zwar nutzt die Hälfte der befragten Unternehmen die großen Vorteile des 3D-Druck hinsichtlich der Prototypen-Fertigung. Jedoch haben sich Additive Fertigungsverfahren bereits bemerkenswerte Anwendungsfelder in den Bereichen Serie, Ersatzteile und Werkzeuge erschlossen. OFT NOCH TESTBALLON Der Großteil der befragten Unternehmen tätigt noch eher geringe Investitionen in additiv gefertigte Bauteile. Es gibt jedoch auch ausgewählte Firmen, die bereits auf eingesetzte Bauteilvolumen im sechsstelligen Euro-Bereich kommen. Quelle: VDMA

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