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Wassereinzug über Kolbenstangendichtungen

Tobias Mielke, M.Sc.
Gruppenleiter Tribologie und Fluidanalytik
+49-241-80-47743
Tobias.Mielke@ifas.rwth-aachen.de

Motivation

Wasser in hydraulischen Systemen ist ein bekanntes Phänomen. Es kann dabei in gelöster, in flüssiger oder in emulgierter Form vorliegen. Durch Wasser in einem hydraulischen System kommt es zur vorzeitigen Alterung der Druckflüssigkeit. Besonders gravierend tritt diese Problematik bei Bioölen auf. Wasser kann auf verschiedene Wege in das hydraulische System gelangen, bspw. durch Atmen des Tanks. Durch unterschiedliche Füllhöhen im Tank während des Betriebes wird Luft mit der Umgebung ausgetauscht. Die Luft hat besonders an schwülen Tagen eine hohe Luftfeuchtigkeit, welche durch Abkühlen als flüssiges Wasser im Tank ausfallen kann. Ein weiterer Zutritt von Wasser in das System kann über die Kolbenstangendichtungen von Zylindern erfolgen, zum Beispiel beim Einsatz eines Baggers in feuchter Umgebung. Wenn die feuchte Kolbenstange wieder einfährt, wird ein Teil des Wassers mit in das System eingezogen.

Inhalte und Ziele des Forschungsprojekts

Das Ziel diese Forschungsvorhaben ist es, den Wassereinzug über Kolbenstangendichtungen zu untersuchen. Dazu ist das Vorhaben in drei Teilprojekte untergliedert, die in einem vierten Teilprojekt des Vorhabens zusammengeführt und am realen System validiert werden.

Im ersten Teilprojekt wird das Absorptionsverhalten von Wasser in Öl untersucht. Es werden Sättigungskurven und eine eventuelle Änderung der Viskosität bei unterschiedlichen Sättigungsgraden bestimmt.

Im zweiten Teilprojekt wird die Dynamik der Absorption untersucht. Es sollen Erkenntnisse über die Absorptionsgeschwindigkeit von Wasser in Öl gewonnen werden. Insbesondere sollen hier dünne Fluidschichten betrachtet werden. Solche dünnen Fluidschichten entstehen an einer Kolbenstange beim Ausfahren.

Im dritten Teilprojekt wird der Dichtkontakt zwischen Dichtung und Kolbenstange untersucht. Mit einem Prüfstand wird ermittelt, wie viel Wasser über eine Dichtung eingezogen wird. Hierbei werden auch verschiedenen Dichtungstypen untersucht.

Die Erkenntnisse der Teilprojekte werden im Anschluss im vierten Teilprojekt auf ein reales System übertragen. Die verschiedenen Randbedingungen, wie die Temperatur und die Feuchte des Öls, die Art der Dichtung, die Art des Öls, sowie die Prozessparameter wie Hub, Geschwindigkeit und der Zylinderdruck werden variiert.

Zusammenfassung

Mit diesem Projekt werden die Wirkmechanismen beim Wassereinzug ermittelt und mit Hilfe von Prüfständen quantifiziert. Des Weiteren werden verschiedene Dichtungen auf ihre Wassereinzugsfähigkeit untersucht. Durch die gewonnenen Erkenntnisse steigt die Auslegungssicherheit von Kolbenstangendichtungen. Dadurch können längere Standzeiten des Öls und somit des Gesamtsystems realisiert werden. Darüber hinaus können dadurch Schadensfälle und somit Kosten reduziert bzw. vermieden werden.

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