Aufrufe
vor 5 Jahren

O+P Fluidtechnik 1-2/2016

O+P Fluidtechnik 1-2/2016

PUMPEN UND

PUMPEN UND PUMPENAGGREGATE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED 06-1 Über Druck und Drehzahl arithmetisch gemittelter Wirkungsgrad der Axialkolbenpumpe aufgetragen über der Öltemperatur mit Angabe der fertigungsbedingten Streuung 06-2 Über Druck und Drehzahl arithmetisch gemittelter Wirkungsgrad der Zahnradpumpe aufgetragen über der Öltemperatur mit Angabe der fertigungsbedingten Streuung 06-3 Über Druck und Drehzahl arithmetisch gemittelter Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe aufgetragen über der Öltemperatur mit Angabe der fertigungsbedingten Streuung 102 O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 1-2/2016

PUMPEN UND PUMPENAGGREGATE 9,5 mPas bei 80 °C. Aus der durch die Temperaturerhöhung bedingten Abnahme der Scherkräfte im Öl folgt zum einen der Anstieg der Leckage. Zum anderen setzt das Öl den bewegten Pumpenbauteilen weniger Widerstand entgegen, was den hydraulisch-mechanischen Wirkungsgrad vergrößert. Für die Axialkolbenpumpen sind diese Änderungen vom Betrag her fast gleich, weswegen sie sich im Gesamtwirkungsgrad nahezu aufheben. Für die Zahnradpumpen überwiegt die Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrades deutlich, sodass sich mit steigender Temperatur geringere Gesamtwirkungsgrade für diese Pumpenbauformen ergeben. Bei den Flügelzellenpumpen zeigt auch der hydraulischmechanische Wirkungsgrad eine (geringe) Abnahme bei höheren Temperaturen. Neben den oben genannten Auswirkungen des Viskositätsabfalls verringert sich auch die Schmierfilmdicke zwischen den Tribokontakten, was insbesondere zwischen dem Hubring und den Flügelköpfen Mischreibungseffekte verstärkt und somit den hydraulisch-mechanischen Wirkungsgrad reduziert. Welche Effekte überwiegen hängt von der Relativgeschwindigkeit der Reibpartner sowie dem Grad der hydrostatischen Entlastung ab, also inwiefern die tribologischen Kontakte zu Mischreibung neigen. Somit korreliert dieses Ergebnis auch mit dem Einlaufverhalten der Pumpen. Die Streuung der Wirkungsgrade resultiert hauptsächlich aus den fertigungsbedingten Streuungen der Pumpenbauteilmaße. Die Messungenauigkeit des Prüfstandes spielt hier eine untergeordnete Rolle, da der Anteil der Messfehler, deren Zeitkonstanten vergleichbar mit der Messzeit der fünf Pumpen ist (Drift der Sensorsignale), gering ist gegenüber der fertigungsbedingten Streuung. Insgesamt ist die Streuung bei den Axialkolbenpumpen mit ca. ± 0,5 % im Gesamtwirkungsgrad am kleinsten, da wie erwähnt die Bauteiltoleranzen der Axialkolbenpumpen gegenüber den anderen beiden Pumpenbauformen klein sind. Bei den Zahnradpumpen ist die Streuung mit bis zu ± 2,3 % im Gesamtwirkungsgrad am größten. 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Dargestellt wurden das Einlauf-, Druck-, Drehzahl- und Temperaturverhalten sowie die fertigungsbedingte Streuung des Wirkungsgrades von Axial-, Zahnrad- und Flügelzellenpumpen. Hinsichtlich des Einlaufens zeigte sich neben betriebspunktabhängigen Wirkungsgradunterschieden ein asymptotisches Annähern des Wirkungsgrades an einen Endwert. Die Zeit, die bis zum Erreichen dieses Endwertes benötigt wird, ist ebenfalls vom Betriebspunkt sowie von der Pumpenbauform abhängig. Ausschlaggebend für das Verhalten ist der Anteil der Tribokontakte im Mischreibungsbereich. Des Weiteren wurden Kennfeldmessungen der drei Pumpenbauformen vorgestellt. Mit jeweils fünf baugleichen Pumpen wurde auch die fertigungsbedingte Streuung untersucht. Hier zeigte sich, dass gemittelt über die zulässigen Druck- und Drehzahlbereiche die Streuung bei den Axialkolbenpumpen am kleinsten und bei den Zahnradpumpen am größten ist. Nachdem das Verhalten der Pumpen unter Verwendung von Mineralöl beschrieben wurde, ist die benötigte Datenbasis zur Quantifizierung des Einflusses unterschiedlicher Öle auf den Wirkungsgrad gegeben und es können Vergleichsmessungen mit weiteren Ölen erfolgen. Wie eingangs schon erwähnt, stehen hier insbesondere die biologisch abbaubaren Hydraulikflüssigkeiten im Vordergrund. Die Ergebnisse werden hierzu demnächst vorgestellt. Literaturverzeichnis: [Bur13] Burghardt, G.; Jacobs, G.; Hentschke, C.: „Einfluss von Einlaufprozessen und Oberflächenbehandlungen auf die Verschleißschutzwirkung unterschiedlicher Schmierstoffe in Wälzlagern“ , Reibung, Schmierung und Verschleiß, 54. Tribologie Fachtagung, Bd.2, Göttingen, 2013 [Czi10] Czichos, H.; Habig, K. H.: „Tribologie-Handbuch“, 3. Aufl., Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2010 [Fab05] Faber, I.: „Theoretische und experimentelle Untersuchung der Flügelkopfreibung in einer Flügelzellenpumpe“, Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2005 [ISO07] ISO: „Hydraulic fluid power – Positive-displacement pumps, motors and integral transmissions – Methods of testing and presenting basic steady state performance”, Norm ISO 4409 E, 2007 [Iva93] Ivantysyn, J.; Ivantysyn, M.: „Hydrostatische Pumpen und Motoren, Konstruktion und Berechnung“, 1. Aufl., Vogel Verlag, Würzburg, 1993 [Keh98] Kehrwald, B.: „Untersuchung der Vorgänge in tribologischen Systemen während des Einlaufens“, Dissertation, Universität Karlsruhe, 1998 [Mün99] Münch, A: „Untersuchung zum Wirkungsgradpotential von Kreiselpumpen“, Dissertation, Universität Darmstadt, 1999 [Pap06] Papula, L. „Mathematische Formelsammlung“, 9. Aufl., Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2006 [Sha04] Shakhvorostov, D.; Pöhlmann, K.; Scherge, M.: „Zum Einlaufverhalten geschmierter metallischer Kontakte“, Tribologie und Schmierungstechnik, Band 51, Heft 2, 2004 [vBe03] van Bebber, D. T.: „PVD-Schichten in Verdrängereinheiten zur Verschleißund Reibungsminimierung bei Betrieb mit synthetischen Estern“, Dissertation, RWTH Aachen, 2003 Formelzeichen a Parameter [-] b Parameter [s] c Parameter [-] d Spaltbreite [m] g Stichprobenumfang [-] h Spalthöhe [m] k Faktor [-] n Drehzahl [min -1 ] p Druck [bar] s Gradientenschranke [h -1 ] δ Vertrauensintervall [-] η Dynamische Viskosität [mPas] σ Standardabweichung [-] τ Schubspannung [N/m 2 ] Die Verfasser bedanken sich für die Projektförderung bei der FNR, dem BMEL sowie der Firma Parker Hannifin. O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 1-2/2016 103

© 2021 by Vereinigte Fachverlage GmbH. Alle Rechte vorbehalten.