Wassereinzug über ölhydraulische Stangendichtsysteme

Von:

Tobias Mielke

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Hydraulische Systeme sind in vielen Bereichen des Maschinenbaus unverzichtbar und sorgen dort für die notwendige Bereitstellung von Kräften und Momenten. Gleichzeitig sind hydrauli-sche Systeme einem Trend zur Kostenreduktion und Effizienzsteigerungen unterworfen, wodurch unter anderem die Tanks der Systeme verkleinert werden bzw. teilweise komplett ent-fallen. Dadurch kann sich das im Umlauf befindliche Druckmedium nur unzureichend beruhi-gen und Fremdstoffe, wie Partikel oder Fremdflüssigkeiten, nicht oder nur unvollständig abge-schieden werden. Der Eintrag dieser Fremdstoffe muss daher im Voraus wirksam verhindert werden, um eine ausreichende Lebensdauer der Systeme garantieren zu können. Ein Beispiel für den Eintrag solcher Fremdstoffe ist der Einzug von Wasser, welches über die dynamische Dichtstelle zwischen dem Dichtkörper und der Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders eindringen kann. Hierbei kann zwischen dem Eintrag von freiem Wasser und dem Eintrag von im Schmierfilm gelöstem Wasser unterschieden werden. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Mechanismen des Eintrags von gelöstem Wasser über Stangendichtsysteme systematisch erforscht. Ausgehend von den zugrundeliegenden Modellen des Dichtmechanismus wird der Einzug von im Schmierfilm gelöstem Wasser modelliert. Basis dafür ist die Kenntnis des Wasserlösevermögens der verwendeten Druckfluide sowie die Stoff-daten der Fluide in Abhängigkeit des gelösten Wasseranteils. Des Weiteren werden die Absorp-tionsmechanismen von Wasser in den Schmierfilm untersucht und der Sättigungsprozess model-liert, parametriert und mittels experimenteller Versuche validiert. Im zweiten Teil wird der Einzug von freiem Wasser untersucht. Basierend auf dem Dichtmechanismus wird der Einzug modelliert. Mittels eines Prüfstands wird das Modell validiert und es werden gängige Dichtsysteme systematisch für verschiedene Betriebspunkte vermessen. Anschließend erfolgt die Erforschung des Einflusses von Abstreifern auf den Wassereinzug. Die gewonnenen Ergebnisse werden abschließend auf den Anwendungsfall eines Minibaggers übertragen, wodurch die Abschätzung der eingezogenen Wassermenge möglich ist.