Einfluss von Bio-Hydrauliköl auf die Effizienz einer mobilen Arbeitsmaschine

  Temperatur-Viskositätsverhalten verschiedener Öle mit Versuchsbagger Urheberrecht: ifas

Durch die Wahl der Ölviskosität bzw. des Viskositätsindexes kann der Wirkungsgrad hydraulischer Anlagen beeinflusst werden. Dabei zeigt sich, dass insbesondere ein hoher Viskositätsindex also eine geringe Änderung der Viskosität über der Temperatur von Vorteil ist. Bio-Hydrauliköle besitzen von Natur aus einen wesentlich höheren Viskositätsindex als Mineralöle. Ziel des Projektes ist es daher den Einfluss von Bio-Hydrauliköl auf den Wirkungsgrad einer mobilhydraulischen Beispielanlage zu quantifizieren. Mögliche Wirkungsgradsteigerungen und die damit verbundenen Einsparpotentiale an Kraftstoff können zur Steigerung des Marktanteils von Bio-Schmierstoffen beitragen.

 
Nutzen Vorgehen
Messung der Antriebsleistung bei der Verwendung von Mineralöl und Bio-Öl Ausstatten eines Versuchsbaggers mit Messelektronik
Validierung der Leistungsfähigkeit von Bioschmierstoffen Erfassen von Messgrößen des Systems
Ermittlung möglicher Kraftstoffeinsparungen Durchführung eines Referenzzyklus mit Mineralöl

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Einfluss von Bio-Hydrauliköl auf die Effizienz einer mobilen Arbeitsmaschine

Technische Voraussetzungen von Bio-Hydraulikölen

Gegenwärtig stagniert der Markt für Bio-Hydraulikfluide. Markthemmend wirkt der gegenüber Mineralölprodukten deutlich höhere Preis in der Anschaffung. Der Nachweis und die Quantifizierung einer möglichen Kraftstoffersparnis bei Einsatz von Bio-Hydrauliköl relativiert den höheren Anschaffungspreis und hilft Bio-Hydrauliköle als Hochleistungsöle weiter zu etablieren.

Im Hinblick auf die technischen Eigenschaften sind Bio-Hydrauliköle den Mineralölbasierten heutzutage zum großen Teil ebenbürtig und erfüllen die technischen Anforderungen nach DIN ISO 15380. Nachteilig ist bei Ester basierten Fluiden eine höhere Sensitivität bezüglich Hydrolyse- und Oxidationsprozessen. Sie zeichnen sich aber insbesondere durch günstigere rheologische und tribologische Eigenschaften im Vergleich zu Mineralölen aus. Maßgebend ist das Temperatur-Viskositäts-Verhalten. Beschrieben wird dieses durch den Viskositätsindex (VI) eines Fluides. Angegeben wird ein Wert, der reziprok zur Steigung des Viskositätsverlaufes über der Temperatur ist. Das bedeutet je höher der angegebene Wert, je geringer die Änderung der Viskosität mit der Temperatur. Ein mineralölbasiertes HLP Hydrauliköl besitzt etwa einen VI von 100. Dem gegenüber weist ein Natives Öl der Klasse HETG einen Wert von über 200 auf.

Ausstattung des Versuchsbaggers mit Messeletronik

Wichtige hydraulische Verbraucher des Versuchsbaggers (z. B. Zylinder, Ventile, Leitungen) werden mit Sensoren zur Volumenstrom-, Druck- und Öltemperaturmessung ausgestattet. Aus dem Produkt von Volumenstrom und Druck ergibt sich die umgesetzte hydraulische Leistung. Mit der Temperatur kann die lokale Viskosität des Öls abgeschätzt werden. Eine Kraftstoffverbrauchmesseinrichtung erfasst den benötigten Kraftstoff für die gefahrenen Zyklen.

Referenzzyklus und Umölen

Auf dem Versuchsgelände wird mit dem Versuchsbagger der sog. „Dig and Dump“ Grabzyklus gefahren. Dieser Zyklus ist üblich für Performancemessungen an Baggern. Der Zyklus wird so oft wiederholt, bis die Messdaten eine hinreichende statistische Sicherheit aufweisen. Die Umgebungsbedingungen (z. B. Witterungsverhältnisse, Dichte des Schüttgutes) werden zusätzlich erfasst. Entsprechend wird ein Versuchs-Bio-Hydrauliköl hergestellt, was bei der maximal möglichen Temperatur die geforderte Mindestviskosität aufweist, im Viskositätsindex aber deutlich über dem des Mineralöls liegt. Auf ein grundsätzliches Absenken des Viskositätsniveaus gegenüber dem Mineralöl wird verzichtet, da der Vergleich mit dem Mineralöl sonst verzerrt wäre. Das produzierte Testfluid besteht zu mindestens 25 % aus nachwachsenden Rostoffen. Der Versuchsbagger wird auf das entstandene Bio-Hydrauliköl umgeölt. Der maximale Restölanteil liegt bei 2 %.

Vergleichszyklus und Bewertung der Messergebnisse

Entsprechend dem beschriebenen Vorgehen wird der „Dig and Dump“ Zyklus mit dem umgeölten Versuchsbagger wiederholt. Die Messergebnisse werden sowohl im Hinblick auf den Energieverbrauch des Hydrauliksystems als auch im Hinblick auf den gesamten Energieverbrauch des Baggers ausgewertet. Im Anschluss wird eine mögliche Energieeinsparung herausgestellt. Die Ergebnisse werden der Öffentlichkeit z. B. in Fachzeitschriften oder Vorträgen zugänglich gemacht.

 

Danksagung

Das Forschungsprojekt wird von der Fachagentur Nachwachsender Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert. Als Projektpartner fungieren die Volvo Construction Equipment Germany GmbH und die Panolin AG.