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Einfluss der Hydraulikflüssigkeit auf den

Energieverbrauch hydraulischer Anlagen

Nicolai Otto, Heinrich Theissen

12.11.2014

Leistungssteigerungdurch Bio-Öle?

2 von 17WirkungsgraduntersuchungOtto, Theissen

Deutsch

Wirkungsgrade hydraulischer Anlagen

Der Energieverbrauch hydraulischer Anlagenhängt ab von:

- der Schaltungstechnik

- den ausgewählten Komponenten

- den Einsatzbedingungen

Ein großer Teil der Verluste wird oft ausFunktions- oder Kostengründen in Kaufgenommen. Verluste in Pumpen sind immerunbeabsichtigt.

Berichte aus dem PKW-Bereich:Verbrauchsreduzierung durch synthetischeMotoröle

Übertragung auf Hydraulikanlagen?


Deutsch

Projektübersicht

Voruntersuchungen der Pumpen

Erste Ergebnisse

Zusammenfassung und Ausblick

Gliederung


Deutsch

Projektüberblick

Überprüfung der These: „Bioöle verbessernden Wirkungsgrad von Hydraulikpumpen.“

Wie wirken sich Ölrückstände in der Pumpeauf die Wirkungsgrade nach einemÖlwechsel aus?

Zwei Jahre Projektlaufzeit

Projektpartner


Deutsch

Untersuchte Öle und Pumpen

3 Mineralöle, 3 Bio-Öle

4 Prüfstandssysteme, um in der ersten Projektphase Mischungseffektezu unterbinden

Axialkolbenpumpen Zahnradpumpen Flügelzellenpumpen

Mineralöl Bio-Öl

2x HLP 46 1x HEES 46, 1x HEES 32

1x HLP 46 (Synth.) 1x HETG 40


Deutsch

Wirkungsgradmessung

Messung des hydraulisch-mechanischen unddes volumetrischen Wirkungsgrades

Prüfstandskonzept:

- Aufbau in Anlehnung an ISO 4409

- Modularer Aufbau für schnellenKomponentenwechsel

- Automatisierter Messablauf

Messgenauigkeit nach ISO 4409 Klasse B

eff

thhm

M

M

th

eff

volQ

Q

volhmges


Deutsch

Projektübersicht


Erste Ergebnisse


Gliederung


Deutsch

Einlaufverhalten

Wie lange dauert das Einlaufen einerneue Pumpe?

Einlaufbetriebspunkt mit relativ hoherLast, um Glättungseffekte zubeschleunigen

Nach jeder Betriebsstunde wird derWirkungsgrad in drei Betriebspunktengemessen.

Definition eines Abbruchkriteriums

Einlaufdauer:

- Axialkolbenpumpe 10 h

- Zahnradpumpe 25 h

- Flügelzellenpume 40 h

0 10 20 30 400.78

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

Betriebsdauer [h]

Ge

sa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

Axialkolbenpumpe

1500 U/min, 150bar

2000 U/min, 50bar

500 U/min, 300bar

0 10 20 30 400.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

Betriebsdauer [h]

Ge

sa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

Flügelzellenpumpe

1500 U/min, 150bar

1800 U/min, 50bar

600 U/min, 200bar


Deutsch

40 50 60 70 800.86

0.87

0.88

0.89

0.9

0.91

0.92

Temperatur in °C

Ge

mitt

elte

rG

es

am

twir

ku

ng

sg

rad

Kennfeldmessungen

Systematische Erfassung des Wirkungsgrades in Abhängigkeit derParameter Druck, Drehzahl und Öltemperatur

Jedes Kennfeld wird zur statistischen Sicherheit dreimal gemessen undanschließend der Mittelwert aus den Messungen bestimmt.

Hier: Zusätzliche Mittelung über Druck und Drehzahl, da dieÖleigenschaften primär temperaturabhängig sind.

Für jede Pumpe werden insgesamt 15 Kennfelder gemessen.

3.51 3.52 3.53 3.54 3.55

x 106

0

50

100

150

200

Messpunkte

Dre

hm

om

en

t[N

m]

100200

300

5001000

15002000

0.7

0.8

0.9

1

Druck [bar]Drehzahl [U/min]

Ge

sa

mtw

irku

ng

sg

rad


Deutsch

Fertigungsbedingte Streuung

Wie groß ist die fertigungsbedingteWirkungsgradstreuung der Pumpenuntereinander?

Vergleich der Kennfelder 5 baugleicherPumpen mit HLP 46

Streuung (95% Vertrauensintervall)

Axialkolbenpumpen +/- 0.5%

Zahnradpumpen +/- 2.5%

Flügelzellenpumpen +/- 1%

40 50 60 70 800.7

0.75

0.8

0.85

Zahnradpumpen

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rG

esa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

40 50 60 70 800.86

0.87

0.88

0.89

0.9

0.91

0.92Axialkolbenpumpen

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rG

esa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

40 50 60 70 800.6

0.65

0.7

0.75

0.8

Flügelzellenpumpen

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rG

esa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]


Deutsch

Projektübersicht


Erste Ergebnisse


Gliederung


Deutsch

Hoher Wirkungsgrad bei Axialkolbenpumpen,wenig Verbesserungspotential

Für Flügelzellen- und Zahnradpumpen ist dasHETG 40 den anderen Ölen überlegen

Deutliche Temperaturabhängigkeit beiFlügelzellen- und Zahnradpumpen

Die Streuung der Pumpen ist nicht zuvernachlässigen

Gesamtwirkungsgrad

40 50 60 70 800.6

0.65

0.7

0.75

0.8

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rG

esa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

Flügelzellenpumpen

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)

40 50 60 70 800.86

0.87

0.88

0.89

0.9

0.91

0.92

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rG

esa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

Axialkolbenpumpen

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)

40 50 60 70 800.7

0.75

0.8

0.85

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rG

esa

mtw

irku

ng

sg

rad

[-]

Zahnradpumpen

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)


Deutsch

Ausschlaggebend für das positiveVerhalten der Bio-Öle ist dervolumetrische Wirkungsgrad

Mit steigender Temperatur ist derWirkungsgradabfall bei den Bio-Ölengeringer gegenüber dem Mineralöl

Der hydraulisch-mechanischeWirkungsgrad zeigt dieses Verhaltennicht

Volumetrischer Wirkungsgrad

40 50 60 70 800.75

0.8

0.85

0.9

0.95

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rvo

lum

etr

isch

er

Wirku

ng

sg

rad

[-] Zahnradpumpen

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)

40 50 60 70 800.93

0.935

0.94

0.945

0.95

0.955

0.96

0.965

0.97

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rvo

lum

etr

isch

er

Wirku

ng

sg

rad

[-] Axialkolbenpumpen

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)

40 50 60 70 800.7

0.75

0.8

0.85

0.9

Öltemperatur [°C]

Ge

mitt

elte

rvo

lum

etr

isch

er

Wirku

ng

sg

rad

[-] Flügelzellenpumpen

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)


Deutsch

40 50 60 70 8010

20

30

40

50

Öltemperatur [°C]

Dyn

am

isch

eV

isko

sitä

t[m

Pa

s]

HLP 46 (Mineral)

Synth. (Mineral)

HEES 46 (Bio)

HETG 40 (Bio)

Dynamische Viskosität

Maßzahl für das Viskositäts -Temperaturverhalten von Ölenist der Viskositätsindex (VI)

VI (HLP 46) = 105

VI (HETG 40) = 239


Deutsch

Projektübersicht


Erste Ergebnisse


Gliederung


Deutsch

Zusammenfassung

Einfahren der Pumpen bis zur Erfüllung desAbbruchkriteriums

Fertigungsbedingte Streuung der Pumpen kannnicht vernachlässigt werden

Der Wirkungsgrad von Flügelzellen- undZahnradpumpen besitzt eine ausgeprägteTemperaturabhängigkeit

Bei Flügelzellen- und Zahnradpumpen ist dasHETG 40 den übrigen Ölen überlegen

Erhebliche Reduzierung des Energieverbrauchsdurch Steigerung des Pumpenwirkungsgrades

30 40 50 60 70 80 900.7

0.75

0.8

0.85

0.9

Temperatur in °C

Ge

mitt

elte

rvo

lum

etr

isch

er

Wirku

ng

sg

rad

Flügelzellenpumpen

HLP 46

HEES 46

Synth.

HOSO


Deutsch

Ausblick

Phase 1

- Tribometermessungen

- Erweiterung der Referenzbasis durch zweitesMineralöl

Phase 2

- Messung von weiteren Öl-Pumpen-Kombinationen

- Bestimmung des Einflusses von Ölrückständen aufden Pumpenwirkungsgrad. (Muss man für jedes Öleine neue Pumpe nehmen?)

Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit.

Fragen & Anregungen?

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