Steigerung der Leistungsfähigkeit des Kolbentrommel-Steuerspiegel Kontaktes in Axialkolbenmaschinen

  Explosionsdarstellung einer Axialkolbenmaschine

Axialkolbenmaschinen sind die am meisteingesetzten hydraulischen Verdrängereinheiten für den mittleren bis hohen Druckbereich. Die Effizienz dieser Maschinen ist in erster Linie von den Verlusten in den vier wichtigsten tribologischen Kontakten, Kolben-Buchse, Kolben-Gleitschuh, Gleitschuh-Schrägscheibe und Kolbentrommel-Steuerspiegel, abhängig. In diesem Projekt werden neue Konzepte entwickelt, um die Leistungsfähigkeit dieses Kontakts mit neuen Beschichtungen weiter zu Steigern.

 
Nutzen Vorgehen

Steigerung der Lebensdauer und Effizienz des Kontaktes

Entwicklung neuer Konzepte zur Vermeidung einer Verkippung der Kolbentrommel

Neue Beschichtungen ohne Blei (hart/weich)

Ableitung der Anforderungen an den Kontakt für die Konzepte

Neue Kontaktpaarungen (hart/hart)

Experimentelle Validierung der Simulationsergebnisse

Erprobung neuer Kontaktpaarungen

Kontakt

Telefon

work
+49 241 80 47741

E-Mail

E-Mail
 

Örtliche Extrembelastung durch die Verkippung der Kolbentrommel

Nicht verfügbar Schematische Darstellung des Simulationsmodells

Dieses Projekt baut auf den Ergebnissen aus dem Projekt „Simulative und experimentelle Untersuchung des Kontaktes Kolbentrommel-Steuerspiegel in Axialkolbenmaschinen“ auf. Im Rahmen dieses Projekts wurde ein Simulationsmodell aufgebaut, welches im aktuellen Projekt genutzt und erweitert wird. Das Simulationsmodell mit aktuellem Stand und den geplanten Erweiterungen im aktuellen Projekt ist in Abbildung 1 schematisch dargestellt.

 
  nicht verfügbar Simulations- und Messergebnisse für die minimale Spalthöhe im Kontakt Kolbentrommel-Steuerspiegel

Mit diesem Simulationsmodell ist es möglich, bei geringer Rechenzeiten von wenigen Minuten die Vorgänge im Kontakt Kolbentrommel-Steuerspiegel für verschiedene Geometrien und Parameter zu untersuchen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Kolbentrommel innerhalb weniger Umdrehungen verkippt. Die minimale Spalthöhe liegt sowohl bei 4 als auch bei 5 im Hochdruck eingesteuerten Kolben in einem engen Winkelbereich. Die Prüfstandsversuche bestätigen das Ergebnis der Simulation. In Abbildung 2 sind die Ergebnisse aus der Simulation und dem Experiment dargestellt.

Diese örtlich nahezu konstante minimale Spalthöhe führt zu einer extremen Belastung der Oberflächen in diesem Bereich. Zum einen führt die geringe Spalthöhe zu Festkörperkontakt und damit direkt zu abrasiven Verschleiß. Weiter führen die Festkörperreibung zusammen mit der erhöhten Fluidreibung in diesem Bereich zu einer starken Temperaturerhöhung. Diese führt im schlimmsten Fall zur Zerstörung der Beschichtung und so zum Ausfall des gesamten Systems.

 
 

Konzepte zur Vermeidung der Verkippung

Im hier vorgestellten Forschungsprojekt werden aktuell verschiedene Konzepte zur Vermeidung der Verkippung der Kolbentrommel entwickelt. Hierdurch soll ein System erarbeitet werden, das dem tribologischen Kontakt keine lokal begrenzte Lage der Wärmeeinbringung aufzwingt. Die geometrischen Anpassungen im Kontakt müssen in das Simulationsmodell implementiert und anschließend simulativ untersucht werden. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse werden die Konzepte weiter optimiert. Dieser iterative Prozess, eine Vielzahl verschiedener Gestaltvarianten zu simulieren und auszuwerten, ist zur zielgerichteten Auswahl geeigneter Methoden erforderlich. Erste Simulationsergebnisse zeigen das Potential einiger Lösungsansätze.

 

Danksagung

Das Forschungsvorhaben wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.

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