Einfluss der Ölreinheitsklasse auf die Fahreigenschaften von Hydraulikaufzuganlagen

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1 Systeme e + Berat tung Einfluss der Ölreinheitsklasse auf die Fahreigenschaften von Hydraulikaufzuganlagen 1

2 Thema: Systeme e + Berat tung Dargestellt wird die Änderung bzw. der Einfluss der Ölreinheitsklasse, gem. ISO 4406 auf die Fahrqualität gem. ISO 18738, von Hydraulikaufzuganlagen. Die Ölreinheitsklasse, unter Berücksichtigung der Partikelanzahl und Partikelgröße, beeinflussen die Fahrqualität und die Standzeit der Aggregate. Messungen gem. ISO geben erste Hinweise auf mögliche Störungen im Hydrauliksystem. Berücksichtigung findet auch die VDMA Biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten Umstellungsrichtlinien von Druckflüssigkeiten auf Mineralölbasis auf biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten 2

3 Systeme e + Berat tung Inhaltsverzeichnis: Normen (Kurzübersicht) Trends am Markt Die Funktionen von Hydraulikflüssigkeiten Schädigungen durch Verunreinigungen Anforderung an Reinheitsklasse Spielmaße von Hydraulikkomponenten Größenvergleiche in Mikrometer Mikroskopaufnahme von Partikeln Verschmutzungsklassen nach ISO 4406 / 99 Schwelmer Symposium 2008 Reinheitsklassenanforderung von typischen Hydraulikkomponenten Entnahmestellen der Ölproben Durchgeführte Tests Bestandteil der Untersuchungen Vermischung von Mineralöl mit biologisch schnell abbaubaren Druckflüssigkeiten (Fotos) Untersuchung von Hydraulikanlagen auf Partikel gem. ISO 4406 Fahrkurven von Hydraulikanlagen Zusammenfassung Quellenverzeichnis 3

4 Normen (Kurzübersicht): DIN : Prüfung von Schmierstoffen - Bestimmung des Gehaltes an Additivelementen - Teil 3: Direkte Bestimmung von Ca, Mg, Zn und Ba durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP OES) Systeme e + Berat tung DIN 51394: Prüfung von Schmierstoffen; Prüfung von niedrigviskosen Schmierölen auf oxidations- und korrosionsverhindernde Eigenschaften DIN ISO 7120: Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe - Mineralöle und andere Flüssigkeiten - Bestimmung der Korrosionsschutzeigenschaften in Gegenwart von Wasser ISO Lifts Measurement of Lift ride quality ISO 4406 Hydraulik, Zahlenschlüssel für den Grad der Verschmutzung durch feste Partikel DIN ISO Zustandsüberwachung und diagnostik von Maschinen Schwingungs-Zustandüberwachung Teil 2: Verarbeitung Analyse und Darstellung von Schwingungswerten VDMA Biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten Umstellungsrichtlinien von Druckflüssigkeiten auf Mineralölbasis auf biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten 4

5 Systeme e + Berat tung Trends am Markt: Die Zunahme der Lebens- und Einsatzdauer von Hydraulikölen z.b. im Aufzugbau verbunden mit einer Reduzierung der Ölmengen, längern Ölwechselinterwallen führt zu einer höheren Beanspruchung der Schmierstoffe. Geringe Füllmengen führen zu höheren Temperaturen, was erhöhte Qualitätseigenschaften der Schmierstoffe erfordert. Im Auftrag des VDMA, der Fachgemeinschaft Fluidtechnik wurde 1997 eine Studie, Die technologische Entwicklung der Fluidtechnik bis zum Jahr 2010, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Delphi-Studie Fluidtechnik zeigen zukünftige Anforderungen an Druckflüssigkeiten k it und Umlauföle, welche sich auf andere Schmierstoffgruppen übertragen lassen. Wichtige Trends im Bereich der Fluidtechnik: Zunahme der Leistungsdichte in Maschinen. Drehzahl von Hydraulikpumpen und motoren wird um ca. 15% steigen. Die Größe von Hydraulikkomponenten wie Pumpen und Motoren wird um ca. 20% abnehmen (Maschinen werden kompakter gebaut). Die Druckbereiche in wichtigen Anwendungsbereichen der Mobilen- und Stationärhydraulik werden um ca % zunehmen. Die Ölvolumina werden geringer, die Ölumlaufzahl wird größer. Hohe Energieeinbringung in den Schmierstoff durch z.b. Magnete oder elektrische Felder z.b. Servoventile. 5

6 Systeme e + Berat tung Die Funktionen von Hydraulikflüssigkeiten: Als Medium zur Energieübertragung Zur Schmierung von internen beweglichen Bauteilen Als Medium zur Wärmeübertragung Passungsspiel zwischen beweglichen Teilen Schädigungen durch Verunreinigungen: Verschluss von Düsen Verschleiß von Bauteilen Entstehung von Rost und Oxydation Entstehung von chemischen Verbindungen Abbau von Zusatzstoffen Biologisches Wachstum 6

7 Anforderung an Reinheitsklasse: Systemart Anforderung Anlieferungszustand 200 l Fass Neuöl Reduktion der Anlagenverfügbarkeit bei ungefilterter Neubefüllung Systeme e + Berat tung Allgemeiner Maschinenbau und Arbeitshydraulik mit elektr. betätigten t Ventilen 19/17/14 23/21/18 4 mal 21/19/16 (Anforderung in DIN 51524) 2 mal einfache 15/13/10 23/21/18 7mal Steuerungen mit Servo- und 21/19/16 5mal Proportionalsteuerelementen (Anforderung in DIN 51524) Verband der Schmierstoff Industrie 7

8 Spielmaße von Hydraulikkomponenten: Bauteil Mikrometer Systeme e + Berat tung Reibungsarme Lager 0,5 Flügelzellenpumpe 0,5 bis 1,0 Zahnradpumpe (Zahnrad / Seitenplatte) 0,5 bis 5 Servoventil ( Kolben / Bohrung) 1 bis 4 Hydrostatische Lager - Kolbenpumpe 1 bis 25 Düse ( Kolben / Zylinderbohrung) 5 bis 40 Hydrozylinder (Laufspiel) 50 bis 250 Servoventilöffnung (in Regelposition) 130 bis 450 Dubbel Taschenbuch für Maschinenbau Auflage 22, Schmierstoffe im Betrieb, Springer-Verlag, Berlin,

9 Größenvergleiche in Mikrometer: Material (Relative Partikelgröße) Mikrometer Bakterien 2 Systeme e + Berat tung Rote Blutkörper 8 Feines Mehl 25 Untere Sichtbarkeitsgrenze 40 (30) Menschliches Haar 70 / 75 Salzkorn 100 Partikelgrößen werden in Mikrometer angegeben, ein Mikrometer ist der millionste Teil eines Meters. Für das menschliche Auge liegt die untere Grenze der Sichtbarkeit bei ca. 40 Mikrometer. Die meisten schädlichen Partikel in Hydraulikaufzuganlagen sind kleiner als 40 Mikrometer. 9

10 Mikroskopaufnahme von Partikeln (1 Teilstrich = 10 Mikrometer): Systeme e + Berat tung Bild: Wiebeck OHG - Hydraulik + Pneumatik + Engineering 10

11 Systeme e + Berat tung Verschmutzungsklassen nach ISO 4406 / 99: > 4µm > 6 µm > 14 µm ISO Partikelanzahl/100 ml ISO- Partikelanzahl/100 ml ISO- Code Code Code (nach ISO 4406) Von Bis (Nach ISO 4406) Von Bis (Nach ISO 4406) Partikelanzahl/100 ml Von bis Tabelle ISO 4406 / 99: 11

12 Reinheitsklassenanforderung von typischen Hydraulikkomponenten: Hydraulik- Anforderung an die Verfügbarkeit der Hydraulikanlage komponente normal hoch verstärkt Systeme e + Berat tung Betriebsdruck > <100 > <100 > <100 Steuerventil 14/12/9 15/13/10 16/14/11 13/11/8 14/12/9 15/13/10 12/10/7 13/11/8 14/12/9 Prop.-Ventil Regelpumpe Cartridge- Ventil Kolbenpumpe Flügel- und Zahnradpumpe Druck-, Strom-, Regel- und Wegeventil 15/13/10 16/14/11 17/15/12 14/12/9 15/13/10 16/14/11 13/11/8 14/12/9 15/13/10 16/14/11 17/15/12 18/16/13 15/13/10 16/14/11 17/15/12 14/12/9 15/13/10 16/14/11 17/15/12 18/16/13 18/17/14 16/14/11 17/15/12 17/16/13 15/13/10 16/14/11 17/15/12 Wiebeck OHG - Hydraulik + Pneumatik + Engineering 12

13 Entnahmestellen der Ölproben: Schwelmer Symposium 2008 Systeme e + Berat tung Ölbehälter Öl Rücklauf ca. 100 mm unter der Oberfläche ca. in der Mitte das Behälters am Boden des Behälters (Pumpensumpf) 13

14 Durchgeführte Tests (Auswahl): Schwelmer Symposium 2008 Absinkgeschwindigkeit von verschiedenen Partikeln bei unterschiedlichen Öltemperaturen Kontamination mit Fremdkörpern aus der Umgebung (definierte Bedingungen) Umlaufzeit von definierten Partikeln (Material und Größe) im Hydraulik System Systeme e + Berat tung Vermischung von Mineralöl (2% bis 20%) und biologischem Hydrauliköl (HEES 46) Wasseraufnahme von Mineralöl und biologischem Hydrauliköl Veränderung der Ölqualität nach definierten Betriebsstunden usw. Bestandteil der Untersuchungen (Auswahl): Viskosität bei 40 C, 60 C und 100 C Viskositätsindex Der Viskositätsindex VI ist eine mit Hilfe der bei 40 C und 100 C gemessenen kinematischen Viskosität berechnete Kenngröße. Das in der ISO 2909 beschriebene Rechenverfahren wurde vor mehr als 50 Jahren entwickelt. Verschleiß: Eisen, Zinn, Aluminium, Nickel Kupfer, Blei usw. (mg/kg) Verunreinigungen: Silizium, Kalium, Natrium, Titan (mg/kg), Wasser (ppm) und Partikel aus der Umgebungsluft Reinheitsklasse nach ISO 4406 (1999) Additive: Kalzium, Magnesium, Bor, Zink, Phosphor, Barium, Schwefel 14

15 Vermischung von Mineralöl mit biologisch schnell abbaubaren Druckflüssigkeiten : Systeme e + Berat tung Daten der Aufzuganlage: Betriebsstunden, Reinheitsklasse nach ISO /19/18 15

16 Vermischung von Mineralöl mit biologisch schnell abbaubaren Druckflüssigkeiten : Systeme e + Berat tung Daten der Aufzuganlage: Betriebsstunden, Reinheitsklasse nach ISO /19/18 16

17 Untersuchung von Hydraulikanlagen auf Partikel gem. ISO 4406: 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Systemee + Beratung > > > >4 μm >6 μm >14 μm Messungen an 460 neu bzw. wieder befüllten Hydraulikanlagen: 17

18 Partikelanzahl im Normalbereich (15/13/10) : Systeme e + Berat tung 18

19 Probleme bei der Positionierung (20/18/14) : Systeme e + Berat tung 19

20 Fahrkorb überfährt die Haltestelle (23/19/21) : Systeme e + Berat tung 20

21 Fahrkorb überfährt die Haltestelle (23/19/21) : ca. 19 sec. Systeme e + Berat tung 130mm 21

22 Unkontrolliertes Fahrverhalten (23/20/15) : Systeme e + Berat tung 22

23 Systeme e + Berat tung Zusammenfassung: Messungen nach ISO 18738, bzw. die vorhandenen Messsysteme, können nicht nur zur Feststellung der Fahrqualität verwendet werden. Der größere Anwendungsbereich liegt in der Optimierung von Aufzuganlagen, hier im Besonderen, in den Bereichen Konstruktion, Komponente und System. Mit den Messungen kann das Zusammenspiel zwischen Konstruktion, Montage, Komponente und System dokumentiert werden. Die ermittelten Messwerte und Diagramme geben einen objektiven Einblick in die Leistungsfähigkeit einer Aufzuganlage. Leistungsfähigkeit bedeutet in diesem Zusammenhang auch Verfügbarkeit, Verschleiß von Komponenten, Wartungs- bzw. Serviceinterwalle und nicht zuletzt einen Einblick in die Energieeffizienz. Der Einfluss der Öl Reinheitsklasse it auf die Fahrqualität bzw. das Fahrverhalten h kann mit der mobilen Diagnose erkannt und analysiert werden. Ja nach Anlagentyp und eingesetzten Komponenten bzw. Aggregate, können Rückschlüsse auf mögliche Verunreinigungen und dadurch verursachte Funktionsstörungen bewertet werden. Zur Bewertung und Analyse müssen Messungen nicht nur im Fahrkorb durchgeführt werden. Die Ölanalyse, zur Absicherung der Messwerte, muss speziell auf die Ölsorte, die Umweltbedingungen g und das verwendete Aggregat abgestimmt werden. Neben den beschriebenen Analysemethoden bzw. Analysemöglichkeiten, wird zur Optimierung von Aufzuganlagen auch Anleihe bei der experimentellen Modalanalyse genommen. Mithilfe der experimentellen Modalanalyse lassen sich Komponenten in Bezug auf ihre strukturdynamischen Eigenschaften Frequenzen, Dämpfungen und Schwingformen beschreiben. Messungen gem. ISO sind zur Bewertung von Seil- und Hydraulikaufzuganlagen erforderlich. Begleitende Analysen und Berechnungen, sind zur Interpretation der Messwerte und Diagramme erforderlich. Die Tests und Analyse belegen, dass die Anzahl der Partikel und die Partikelgröße Einfluss auf die Fahrqualität einer Aufzuganlage hat. Bei Ausschreibungen (Lastenhefte) sollte die Ölqualität (Reinheitsklasse usw.) beschrieben b werden. Anmerkung: Die durchgeführten Messungen, Analysen, Tests usw. an ca. 460 Hydraulikanlagen, Versuchsaufbauten, Berechnungen und Tabellen ist kein repräsentativer Querschnitt für vorhandene Aufzuganlagen bzw. mit Öl betriebenen Anlagen. 23

24 Systeme e + Berat tung Quellen- und Literaturverzeichnis: Umweltlexikon des Umweltministeriums Verband der Schmierstoff Industrie Schmierstoffe im Betrieb, Springer-Verlag, Berlin, 2002 Martin Reik, Fa. Hydac, VSI-Rundschau 1/2005 Schwerentflammbare Hydraulikmedien vom Typ HFA, Tribologie und Schmierungstechnik, 3/2005 DUBBEL Taschenbuch für den Maschinenbau 22. Auflage / 2007 Aufgeführte Normen Institut für Mechanik, Rundgespräch Mechanik, L. Gaul Grundlagen der experimentellen Modalanalyse, (Modellierung, Bildung der Frequenzgänge und Übertragungsfunktionen, analytische Beschreibung (Kurvenanpassung, Schätzung), Identifikation, Verifikation), TU-Wien, Polytec, Grundlagen der Schwingungstechnik 2, Systeme mit mehreren Freiheitsgraden, Kontinuierliche Systeme Vieweg, Horst Irretier Amtliche Mineralölstatistik des BAW und MWV, Mineralölwirtschaftsverband, Germany 2001 Delphi-Studie im Auftrag des VDMA / Fachgemeinschaft Fluidtechnik, Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer, Lyoner Str. 18., Frankfurt am Main Mang, Theo; Dresel, Wilfried: Lubricants and Lubrication, Wiley-VHC,2001 Berechenbare Wirtschaftlichkeit und Sicherheit, Ölpflege mit System, Pall GmbH, Industrie-Hydraulik, Philip-Reis-Str. 6, Dreieich, Germany 24

25 Systeme e + Berat tung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 25