O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA
EINFLUSS VON MOLEKÜLSTRUKTUR
UND ADDITIVEN AUF DIE GLEITLÄNGE
IN DER HYDRODYNAMISCHEN
SCHMIERUNG
M. Sc. Tobias Corneli, Institut für Fluidsystemtechnik
(FST) der TU Darmstadt
Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703410
Zielsetzung:
Hydraulikflüssigkeiten dienen der Kraftübertragung. Zur Erfüllung
dieser Aufgabe werden in der Fluidtechnik überwiegend mineralölbasierte
Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt. Neben der Aufgabe der
Kraftübertragung werden dem Hydraulikfluid zusätzliche Aufgaben
zuteil wie Schmierung, Kühlung oder Transport von Verunreinigungen.
Um all diese Aufgaben erfüllen zu können, bestehen typische
Hydrauliköle aus einem Basisöl und verschiedenen Additivpaketen.
Zusammenfassung und Ausblick:
Die tribologischen Eigenschaften von Hydraulikflüssigkeiten werden
heute noch allein durch die kinematische Viskosität des Basisöls
spezifiziert. Dessen ungeachtet und ungeachtet von Ölspezifikationen
nach geltenden Normen, kommt es bei Bauteilprüfungen,
z. B. an Schrägscheibenpumpen, bei der Verwendung konkurrierender
Öle gleicher Spezifikation zu gänzlich unterschiedlichen Ergebnissen.
Bei diesen Tests treten sowohl Versagen nach wenigen
Betriebsstunden als auch Durchläufer auf. An diesen Ergebnissen
wird deutlich, dass die bestehende Spezifizierung von Hydraulikflüssigkeiten
nicht ausreichend ist, um das tribologische Verhalten
eines Hydrauliksystems praxistauglich hinsichtlich Reibung und
Verschleiß zu beschreiben.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden systematische
Messungen zur Bestimmung der Gleitlänge in Abhängigkeit der
Temperatur für ein Polyalphaolefin (PAO) 6 durchgeführt. Der stochastische
Fehler der Einzelmessung konnte durch Wiederholungsmessungen
auf 8 nm reduziert werden. Durch das an der TU
Darmstadt entwickelte Kalibrationsverfahren für Absolutmessungen
mit kapazitiven Abstandssensoren in Öl konnte erstmals
die Gleitlänge für das technische System Stahl/PAO/Stahl in einem
Temperaturbereich von 10 bis 60 °C gemessen werden. Die Gleitlänge
nimmt mit zunehmender Temperatur von 950 ± 200 nm bei
10 °C auf 350 ± 200 nm bei 60 °C ab.
Im Rahmen des Projekts konnte erstmals gezeigt werden, dass
die Gleitlänge in Abhängigkeit der Temperatur durch eine Arrhenius-Beziehung
beschrieben werden kann (Bild 10). Der Forschungsstelle
ist auch kein anderes Experiment bekannt, in dem
systematische Messungen zur Temperaturabhängigkeit der Gleitlänge
durchgeführt wurden.
Im Folgenden wird nun systematisch der Projektplan abgearbeitet.
Die Restlaufzeit des Projekts beträgt noch neun Monate. Laut Projektplan
sollten aktuell die Variationen der Additivierung vermessen
werden. Momentan werden noch die Basisöle vermessen. Dieser
Projektverzug stellt aber infolge der Automatisierung kein Problem
dar. Durch die Vollautomatisierung ist es möglich pro Monat
für 2,5 unterschiedliche Öle Arrhenius-Beziehungen zu messen,
das macht bei neun Monaten Restlaufzeit 22 Ölvariationen. Bei den
ursprünglich veranschlagten sechs Wochen pro Ölspezifikation wären
im Rahmen des Projektes ohne die Automatisierung lediglich
17 Variationen möglich gewesen.
10
VERSCHIEBUNGSFAKTOR ,
Arrhenius-Beziehung für Gleitlänge und
dynamische Viskosität
Arrhenius-Beziehung für Gleitlänge und
dynamische Viskosität
101 PAO 6
T 0 =313.15 K
log ( )
( 0 ) = 1 1 −
0
10 0
log ( )
( 0) = 1 1 −
0
2.8 3 3.2 3.4
x10-3
10 -1
1/TEMPERATUR in 1/K
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