Lösungs- und Entlösungsverhalten von Luft in Hydraulikölen

  Kavitationserscheinung hinter einer Blende Urheberrecht: © ifas

Kavitation stellt seit jeher ein Problem in hydraulischen Systemen dar. Sie führt zu Kavitationserosion und somit zum Versagen von Komponenten und ganzer Hydrauliksysteme. Die Vorhersage und Vermeidung von Kavitation erfordert Kenntnisse über Löse- und Entlösevorgänge von Luft. Dies erfordert Wissen über fluidspezifische Parameter wie Bunsen- und Diffusionskoeffizient, welche im Rahmen eines von der DFG geförderten Projekts untersucht werden.

 

Benefit

Procedure

Calculation of the gas content in hydraulic fluids

Experimental determination of Bunsen and diffusion coefficients

Well-founded physical model of dissolving and de-dissolving processes

Simulative mapping of bubble dynamics

Prevention of cavitation erosion in the hydraulic system

Validation on the test bench

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+49 241 80 47723

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Blasendynamik

Jede Flüssigkeit kann eine bestimmte Menge an Gas lösen. Dieses Lösungsvermögen wird über den Bunsenkoeffizienten beschrieben und weist eine Druck- und Temperaturabhängigkeit auf. Für Hydraulikflüssigkeiten gilt dabei: Je höher der Druck, desto mehr Gas kann gelöst werden. Der Verlauf des Bunsenkoeffizientens über der Temperatur ist stark abhängig von dem betrachteten Stoff oder der betrachteten Mischung: Für Wasser nimmt er mit der Temperatur ab, für Hydraulikflüssigkeiten nimmt er zu.

Hydraulikflüssigkeiten können im Gegensatz zu Wasser erhebliche Mengen an Gasen lösen. Bei Änderungen der Systemparameter wie Temperatur und Druck bilden sich Gasblasen und können zu enormen Schäden führen, wenn diese in einen Bereich höheren Druckes gelangen und in der Nähe von Wänden implodieren. Dieser Schadensmechanismus wird als Kavitationserosion bezeichnet und ist seit Jahrzenten bekannt. Die mathematische Beschreibung dieses Mechanismus und damit dessen Vorhersage ist jedoch extrem komplex und bis heute nur mit begrenzter Genauigkeit möglich. Im Rahmen des Projektes sollen tiefergehende Untersuchungen unternommen werden, um zukünftig die Vorhersage für das Auftreten von Kavitation zu verbessern.

 

Bunsenkoeffizient und Diffusionskoeffizient

Test bench Urheberrecht: © ifas

Für eine genauere Vorhersage von Kavitation ist es zunächst notwendig das Schrumpfen und Wachsen einer Blase in der Hydraulikflüssigkeit zu berechnen. Das setzt jedoch voraus, dass Bunsen- und Diffusionskoeffizient bekannt sind. Der Bunsenkoeffizient beschreibt, wieviel Gas in einer Flüssigkeit bei gegebenem Druck und Temperatur maximal gelöst werden kann während der Diffusionskoeffizient beschreibt, wie schnell sich das gelöste Gas innerhalb der Flüssigkeit ausbreitet. Beide Parameter spielen eine wesentliche Rolle bei der diffusionsgetriebenen Blasendynamik.

In einem von der DFG geförderten Projekt werden der Bunsen- und Diffusionskoeffizient von Hydraulikflüssigkeiten untersucht und ein physikalisch fundiertes Modell der Blasendynamik entwickelt. Damit soll es ermöglicht werden Einflussfaktoren, die das Lösungs- und Entlösungsverhalten begünstigen, zu ermitteln und diese in der Auslegung von hydraulischen Systemen zu berücksichtigen.

 
 

Danksagung

DFG Logo Urheberrecht: © DFG  

Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Projektnummer MU 1225/41-1 gefördert. Das ifas bedankt sich herzlich bei der DFG für die Ermöglichung dieses Vorabens.

 

Veröffentlichungen

Rambaks, Andris* ; Kratshun, Filipp ; Flake, Carsten* ; Messirek, Maren ; Schmitz, Katharina* ; Murrenhoff, Hubertus, "Computational approach to the experimental determination of diffusion coefficients for oxygen and nitrogen in hydraulic fluids using the pressure decay method", in 12th International Fluid Power Conference, IFK 2020