Wirksame Verschmutzungs- kontrolle in Hydraulik- systemen
Wirksame Verschmutzungs- kontrolle in Hydraulik- systemen
Wirksame Verschmutzungs- kontrolle in Hydraulik- systemen
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Vickers <br />
<strong>Wirksame</strong><br />
<strong>Verschmutzungs</strong><strong>kontrolle</strong><br />
<strong>in</strong> <strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong><br />
D-9003
Kapitel 1<br />
E<strong>in</strong>führung<br />
Die Auswahl e<strong>in</strong>es Filters und<br />
dessen geeignete Anordnung <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>em <strong>Hydraulik</strong>system erfordert<br />
genau so viel Sorgfalt und die<br />
gleiche Erfahrung wie die Wahl<br />
der anderen Komponenten wie<br />
Pumpen, Ventile und Zyl<strong>in</strong>der. Viele<br />
Projekt-Ingenieure nehmen lediglich<br />
den Katalog des<br />
<strong>Hydraulik</strong>geräteherstellers als<br />
Leitfaden zur Hilfe, doch ist es leider<br />
immer noch üblich, daß die<br />
<strong>Hydraulik</strong>gerätehersteller allgeme<strong>in</strong>e<br />
Angaben h<strong>in</strong>sichtlich der Filtration<br />
machen, <strong>in</strong>dem sie zum Beispiel e<strong>in</strong>e<br />
Filterfe<strong>in</strong>heit von 25 µm<br />
vorschreiben, ohne den<br />
Betriebsdruck, die<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen oder<br />
die Zahl der Arbeitsspiele zu<br />
berücksichtigen. Bei bestimmten<br />
Geräten mögen niedrigere<br />
Standardwerte zulässig se<strong>in</strong>.<br />
Beispielsweise arbeiten viele<br />
Pumpen älterer Bauart störungsfrei<br />
im Langzeitbetrieb, obwohl nur e<strong>in</strong><br />
Sieb mit e<strong>in</strong>er Maschenweite von<br />
0,13 mm vorgesetzt ist. Auf der<br />
anderen Seite benötigen modernere<br />
Geräte, wie Steuerventile kle<strong>in</strong>er<br />
Nenngröße mit weitaus engeren<br />
Toleranzen als bei vielen<br />
Servoventilen, e<strong>in</strong>en wesentlich<br />
besseren Schutz.<br />
Gewöhnlich besteht der nächste<br />
Schritt dar<strong>in</strong>, die Anordnung des<br />
Filters festzulegen. Auch hier werden<br />
die verallgeme<strong>in</strong>erten Empfehlungen<br />
des Filterherstellers häufig ohne<br />
Rücksicht auf die Besonderheiten<br />
des jeweiligen Systems<br />
übernommen. Schließ-lich wird die<br />
Größe des Filters bestimmt. Dies<br />
geschieht <strong>in</strong> vielen Fällen im<br />
wesentlichen e<strong>in</strong>fach auf Grund der<br />
Nennweite der <strong>Hydraulik</strong>leitung.<br />
Dabei mag wohl sichergestellt se<strong>in</strong>,<br />
daß die empfohlene<br />
Strömungsgeschw<strong>in</strong>digkeit nicht<br />
überschritten wird, doch weit<br />
wichtiger, was häufig übersehen<br />
wird, s<strong>in</strong>d der Filterwirkungsgrad und<br />
die Schmutzaufnahmekapazität des<br />
Filters.<br />
Es muß zugegeben werden, daß<br />
diese e<strong>in</strong>fache Bestimmung <strong>in</strong> vielen<br />
Fällen durchaus ausreichend<br />
ersche<strong>in</strong>t. Wenn jedoch über 70%<br />
der Störungen <strong>in</strong> <strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong><br />
bekanntermaßen auf den schlechten<br />
Zustand der <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
zurückzuführen s<strong>in</strong>d, besteht e<strong>in</strong>e<br />
deutliche Notwendigkeit zur<br />
Anwendung e<strong>in</strong>es systematischeren<br />
Verfahrens zur Kontrolle der<br />
Verschmutzung. Diese Notwendigkeit<br />
ist <strong>in</strong> verstärktem Maße durch die<br />
zunehmend ungünstigeren<br />
Bed<strong>in</strong>gungen, unter denen die<br />
Systeme arbeiten, gegeben. Viele<br />
Jahre lang war zum Beispiel bei<br />
<strong>in</strong>dustriellen <strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong> e<strong>in</strong><br />
Druck von etwa 70 bar üblich.<br />
Heutzutage s<strong>in</strong>d Systeme mit<br />
Drücken von 140 bis 210 bar weit<br />
verbreitet; e<strong>in</strong> großer Teil der<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, die früher<br />
weggespült wurden, wird bei diesen<br />
Systemen <strong>in</strong> die schmalen Spalten<br />
zwischen den Teilen gepreßt und<br />
richtet dort beträchtlichen Schaden<br />
an. Kle<strong>in</strong>ere Tanks haben e<strong>in</strong>en<br />
schnelleren Umlauf und damit<br />
weniger Gelegenheit zum Absetzen<br />
der Partikel. Höhere<br />
Betriebstemperaturen verursachen<br />
e<strong>in</strong>e Verdünnung der<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit und damit <strong>in</strong><br />
manchen Situationen e<strong>in</strong>e<br />
Verr<strong>in</strong>gerung des Verschleißschutzes<br />
und e<strong>in</strong>e Erhöhung der<br />
Verschmutzung.<br />
Angesichts dieser Entwicklungen<br />
verlangt der Benutzer von<br />
<strong>Hydraulik</strong>geräten e<strong>in</strong>e Verbesserung<br />
der Zuverlässigkeit. Dieses Ziel läßt<br />
sich ganz bestimmt e<strong>in</strong>facher und mit<br />
weniger Kosten erreichen, wenn die<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit e<strong>in</strong>en<br />
ausreichenden Re<strong>in</strong>heitsgrad<br />
aufweist. Es ist nicht schwierig, die<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit <strong>in</strong> gutem Zustand<br />
zu erhalten, vorausgesetzt, die<br />
entsprechenden Maßnahmen werden<br />
nereits bei der Konstruktion der<br />
Masch<strong>in</strong>e ergriffen. Die Vorteile s<strong>in</strong>d<br />
erhöhte Zuverlässigkeit und<br />
verlängerte E<strong>in</strong>satzfähigkeit sowohl<br />
der Masch<strong>in</strong>e als auch der<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit.<br />
Systematische Betrachtung<br />
des Filtrationsproblems<br />
Um den größtmöglichen Schutz<br />
bei größtmöglicher Wirtschaftlichkeit<br />
zu erhalten, muß zunächst das Ziel<br />
def<strong>in</strong>iert werden. Die Aufgabe<br />
besteht nicht, wie weith<strong>in</strong><br />
angenommen wird, e<strong>in</strong>fach dar<strong>in</strong>,<br />
Partikel mit e<strong>in</strong>er Größe jenseits<br />
e<strong>in</strong>es willkürlich festgelegten<br />
Grenzwertes auszuscheiden. Statt<br />
dessen muß e<strong>in</strong> den Eigenschaften<br />
der verschiedenen Teile des<br />
Systems entsprechend annehmbarer<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad festgelegt und<br />
e<strong>in</strong>gehalten werden.<br />
Bei e<strong>in</strong>em stabilisierten<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad muß die Menge<br />
der e<strong>in</strong>geführten Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
gleich der Menge der durch Filtration<br />
ausgeschiedenen Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
se<strong>in</strong>. Die e<strong>in</strong>geführten<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen bestehen aus den<br />
den Bauteilen anhaftenden<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, den bei der<br />
Systemfüllung im <strong>Hydraulik</strong>öl<br />
enthaltenen Verunre<strong>in</strong>igungen und<br />
den über die Belüftungse<strong>in</strong>richtungen<br />
und durch die Zyl<strong>in</strong>derdichtungen<br />
aus der Atmosphäre aufgenommenen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen. Alle diese<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen tragen über den<br />
Verschleißprozeß zur Entstehung<br />
von Partikeln bei.<br />
Den den Systemteilen<br />
anhaftenden Verunre<strong>in</strong>igungen muß<br />
große Aufmerksamkeit gewidmet<br />
werden. Sie s<strong>in</strong>d unvermeidlich und<br />
erreichen auch dann e<strong>in</strong> hohes Maß,<br />
wenn bei der Verlegung der<br />
Rohrleitungen und der Montage von<br />
Sammelblöcken große Sorgfalt<br />
aufgewandt wird. Durch Spülen kann<br />
e<strong>in</strong> Teil der ursprünglich<br />
vorhandenen Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
beseitigt werden, doch gibt es viele<br />
Systeme, bei denen ke<strong>in</strong>e Spülung<br />
erfolgt und wo bei der<br />
Inbetriebnahme hohe Drücke bei<br />
gleichzeitiger Anwesenheit starker<br />
Verunre<strong>in</strong>igung auftreten. Das<br />
Resultat s<strong>in</strong>d gewöhnlich Störungen<br />
an den Ventilen und starker<br />
Pumpenverschleiß, der praktisch<br />
immer zunächst unentdeckt bleibt.<br />
Sämtliche <strong>Hydraulik</strong>systeme sollten<br />
deshalb zunächst mit ger<strong>in</strong>gem<br />
Druck betrieben werden, bis der<br />
gewünschte <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
erreicht ist.<br />
2
Aus Abb. 1 ist die Beziehung<br />
zwischen dem konstruktiv<br />
festgelegten und dem tatsächlich<br />
auftretenden <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
vor Inbetriebnahme für e<strong>in</strong>en<br />
typischen Anwendungsfall ersichtlich.<br />
Diese Darstellungsmethode ergibt<br />
sich auf natürliche Weise aus der <strong>in</strong><br />
der Praxis vorkommenden<br />
logarithmischen Verteilung der<br />
Partikelgröße. Die relative Neigung<br />
der Kurven für die anfängliche und<br />
die zulässige Verschmutzund ist e<strong>in</strong><br />
deutlicher H<strong>in</strong>weis auf die Art der<br />
durchzuführenden Filtration.<br />
Abb. 1: Typische Beziehung zwischen dem konstruktiv<br />
festgelegten <strong>Verschmutzungs</strong>grad und<br />
dem Istgrad vor Inbetriebnahme. Es ist unbed<strong>in</strong>gt<br />
darauf zu achten, daß das System durchgespült<br />
und mit ger<strong>in</strong>gem Druck betrieben wird,<br />
bis der zulässige <strong>Verschmutzungs</strong>grad erreicht<br />
ist.<br />
10 6<br />
10 5<br />
10 4<br />
10 3<br />
10 2<br />
Anfänglicher<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
Zulässiger<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
Anzahl der Partikel pro Volumene<strong>in</strong>helt<br />
5 10 15 25 50 100<br />
Partikelgröße <strong>in</strong> m (log2 )<br />
Die Methoden zur Bestimmung<br />
und zur Kontrolle des<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grades werden<br />
später genauer behandelt. Im<br />
Augenblick können jedoch die<br />
Anforderungen an die Filteranlage<br />
h<strong>in</strong>sichtlich des Verhaltens <strong>in</strong> der<br />
Praxis und der Leistungsfähigkeit<br />
zusammengefaßt werden:<br />
1. Die Filteranlage muß <strong>in</strong> der<br />
Lage se<strong>in</strong>, den anfänglichen <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
<strong>in</strong>nerhalb e<strong>in</strong>es<br />
annehmbaren Zeitraums auf das<br />
gewünschte Maß zu senken, ohne<br />
daß die <strong>Hydraulik</strong>komponenten<br />
vorzeitig verschleißen oder<br />
beschädigt werden.<br />
2. Die Filteranlage muß <strong>in</strong> der<br />
Lage se<strong>in</strong>, den gewünschten<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad zu erreichen<br />
und zu halten, unter E<strong>in</strong>beziehung<br />
e<strong>in</strong>es ausreichenden<br />
Sicherheitsfaktors zur<br />
Berücksichtigung von<br />
Stoßbelastungen, die z. B. beim<br />
Nachfüllen auftreten können.<br />
3. E<strong>in</strong>e ausreichend gute Qualität<br />
der Wartung durch den Anwender<br />
am Standort muß gewährleistet se<strong>in</strong>.<br />
4. Die Filter müssen zu<br />
Wartungszwecken leicht zugänglich<br />
se<strong>in</strong>.<br />
5. Der Filterzustand muß<br />
entsprechend den Anforderungen<br />
des Anwenders überprüft werden<br />
können.<br />
6. In Anlagen mit<br />
ununterbrochenem Arbeitsablauf<br />
müssen Möglichkeiten zum<br />
Austausch von Elementen ohne<br />
Unterbrechung des Arbeitsprozesses<br />
vorgesehen se<strong>in</strong>.<br />
7. Die Filter müssen e<strong>in</strong>e<br />
ausreichende<br />
Schmutzaufnahmekapazität haben,<br />
um annehmbare Intervalle zwischen<br />
den Elementwechseln zu<br />
garantieren.<br />
8. Durch den E<strong>in</strong>bau von Filtern <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong> System dürfen ke<strong>in</strong>e<br />
unerwünschten Auswirkungen auf die<br />
Arbeitsweise der e<strong>in</strong>zelnen<br />
Komponenten ausgelöst werden, wie<br />
z. B. hohe Staudrücke an den<br />
Leckölanschlüssen.<br />
9. Es müssen<br />
Probeentnahmestellen vorgesehen<br />
se<strong>in</strong>, damit der anfängliche und der<br />
Betriebs-Verunre<strong>in</strong>igungsgrad<br />
überwacht werden können.<br />
Kapitel 2<br />
Aufnahme von Verunre<strong>in</strong>igungen -<br />
Arten und Quellen der<br />
Verschmutzung - Neue<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
Obwohl die <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
unter relativ sauberen Bed<strong>in</strong>gungen<br />
raff<strong>in</strong>iert und zusammengestellt wird,<br />
erfolgt die Lagerung üblicherweise <strong>in</strong><br />
Fässern oder Tanks beim Anwender.<br />
Von diesem Punkt an ist die<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit nicht mehr re<strong>in</strong>,<br />
da die Leitungen Metall- und<br />
Gummipartikel abgeben und von den<br />
Behälterwandungen stets Metall und<br />
Zunder abblättert. Lagertanks können<br />
<strong>in</strong>sofern zum Problem werden, als<br />
Wasser <strong>in</strong> ihnen kondensiert und<br />
dadurch Rost entsteht sowie<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen aus der<br />
Atmosphäre e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen, wenn nicht<br />
wirksame Belüftungsfilter e<strong>in</strong>gebaut<br />
werden.<br />
Bei Lagerung der<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit unter<br />
annehmbaren Bed<strong>in</strong>gungen werden<br />
die wichtigsten Verunre<strong>in</strong>igungen, die<br />
<strong>in</strong> das <strong>Hydraulik</strong>system gelangen,<br />
durch metallische Partikel,<br />
Kieselsäure und Fasern gebildet.<br />
Untersuchungen an<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeiten, die von<br />
namhaften Herstellern geliefert<br />
wurden, enthielten e<strong>in</strong>e<br />
durchschnittliche Anzahl von 30.000<br />
bis 50.000 Partikeln, größer als 5 µm<br />
pro 100 ml, bei relativ ger<strong>in</strong>ger<br />
Fe<strong>in</strong>stverschmutzung. Unter<br />
Verwendung e<strong>in</strong>er transportablen<br />
Filterpumpe oder e<strong>in</strong>er anderen<br />
Filtrationse<strong>in</strong>richtung ist es möglich,<br />
e<strong>in</strong>en großen Teil der<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen aus der neuen<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit zu entfernen,<br />
bevor sie <strong>in</strong> das System gelangen<br />
und <strong>in</strong> kle<strong>in</strong>ere Partikel zerschliffen<br />
werden.<br />
Nebenbei muß gesagt werden,<br />
daß der auf Transport und Lagerung<br />
zurückzuführende Umfang der<br />
Verschmutzung vom jeweiligen<br />
Industriezweig abhängt. In der<br />
Luftfahrt z. B. ist e<strong>in</strong>e hohe Re<strong>in</strong>heit<br />
erforderlich, wobei auch die<br />
Lagervorräte relativ kurzfristig<br />
umgeschlagen werden, während <strong>in</strong><br />
der Schiffahrt weitaus längere<br />
Lagerzeiten die Regel und die<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen schwieriger<br />
zu beherrschen s<strong>in</strong>d.<br />
Verschmutzung durch die Montage<br />
der Bauteile<br />
Bei neuen Masch<strong>in</strong>en tritt stets<br />
e<strong>in</strong>e gewisse Montage-<br />
Verschmutzung auf. Sorgfalt beim<br />
Zusammenbau und beim<br />
Durchspülen des Systems führt zu<br />
e<strong>in</strong>er Verm<strong>in</strong>derung, jedoch nicht zu<br />
e<strong>in</strong>er völligen Beseitigung der<br />
Verschmutzung. Typische<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen <strong>in</strong> diesem<br />
Zusammenhang s<strong>in</strong>d<br />
Späne,Verdampfungsniederschläge,<br />
Schmutz, Staub, Fasern, Sand,<br />
Feuchtigkeit, Lack, Schweißspritzer,<br />
Farbe und Spülflüssigkeit.<br />
3
Die Menge der beim Durchspülen<br />
beseitigten Verunre<strong>in</strong>igungen wird<br />
nicht nur durch die Wirksamkeit des<br />
jeweiligen Filters bestimmt, sondern<br />
außerdem durch die<br />
Strömungsgeschw<strong>in</strong>digkeit der<br />
Spülflüssigkeit. Wenn nicht hohe<br />
Strömungsgeschw<strong>in</strong>digkei-ten<br />
erreicht werden, löst sich e<strong>in</strong> großer<br />
Teil der Verunre<strong>in</strong>igungen erst dann,<br />
wenn das System <strong>in</strong> Betrieb<br />
genommen wird. Ausfall von<br />
Komponenten ist dann fast<br />
unvermeidlich. Unabhängig von der<br />
Intensität der Spülung sollte auf<br />
jeden Fall e<strong>in</strong>e lastfreie<br />
E<strong>in</strong>laufperiode e<strong>in</strong>gehalten weren.<br />
Manche Verunre<strong>in</strong>igungen an den<br />
Bauteilen, wie z. B. Schweißzunder,<br />
bleiben häufig haften, bis<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit unter hohem<br />
Druck <strong>in</strong> den Zwischenraum<br />
zwischen Zunder und dem<br />
Grundmetall e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gt und die<br />
Verunre<strong>in</strong>igung dadurch gelöst wird.<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gte Verschmutzung<br />
In e<strong>in</strong> <strong>Hydraulik</strong>system können<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen aus der<br />
unmittelbaren Umgebung e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen.<br />
Bei Großanlagen, wie sie <strong>in</strong><br />
Stahlwerken e<strong>in</strong>gesetzt werden,<br />
können die Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen<br />
verhältnismäßig leicht ermittelt<br />
werden, auch wenn sie beträchtliche<br />
Unterschiede aufweisen.<br />
Bei e<strong>in</strong>er Koksofenanlage z. B.<br />
s<strong>in</strong>d die Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen<br />
sehr verschieden von denen <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>em Kaltwalzwerk. In vielen Fällen<br />
besteht die beste Lösung dar<strong>in</strong>, die<br />
<strong>Hydraulik</strong>anlage zu ihrem Schutz <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>em sauberen Raum gesondert<br />
aufzubauen, <strong>in</strong> dem auch die<br />
Wartungsarbeiten unter kontrollierten<br />
Bed<strong>in</strong>gungen durchgeführt werden<br />
können. Leider ist es nicht<br />
ungewöhnlich, daß<br />
<strong>Hydraulik</strong>aggregate den<br />
ungünstigsten<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen ausgesetzt<br />
werden, woh<strong>in</strong>gegen die elektrischen<br />
E<strong>in</strong>richtungen <strong>in</strong> druckbelüfteten<br />
Schränken mit<br />
Temperaturüberwachung geschützt<br />
angeordnet s<strong>in</strong>d.<br />
In den meisten Masch<strong>in</strong>ensälen<br />
ist bei der Luftverunre<strong>in</strong>igung mit<br />
relativ großen Partikeln von 10-15<br />
µm ke<strong>in</strong>e sehr fe<strong>in</strong>e Luftfiltration<br />
erforderlich, obwohl bei<br />
Schleifmasch<strong>in</strong>en ohne wirksame<br />
Absaugung lokale Probleme<br />
auftreten können. Andererseits wird<br />
<strong>in</strong> Gießereien und Ste<strong>in</strong>brüchen<br />
<strong>in</strong>folge der von der Luft getragenen<br />
abrasiven Partikel e<strong>in</strong>e sehr gute<br />
Luftfiltration benötigt.<br />
Auf dem Gebiet mobiler Geräte<br />
liegen besondere Probleme vor, da<br />
der Gerätehersteller im allgeme<strong>in</strong>en<br />
e<strong>in</strong>e Standardmasch<strong>in</strong>e zum Betrieb<br />
unter den unterschidlichsten<br />
Bed<strong>in</strong>gungen liefert.<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gstellen für<br />
umgebungsbed<strong>in</strong>gte<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen:<br />
1. Belüftungse<strong>in</strong>richtungen<br />
Hier sche<strong>in</strong>t nur sehr wenig<br />
Information über die eigentliche<br />
Filterleistung vorzuliegen;<br />
ge-wöhnlich werden nur nom<strong>in</strong>ale<br />
Rückhalteangaben aufgeführt. Es<br />
s<strong>in</strong>d Fälle aufgetreten, <strong>in</strong> denen das<br />
Filterelement e<strong>in</strong>geschrumpft war<br />
und dadurch die Umgebungsluft<br />
unbeh<strong>in</strong>dert Zutritt hatte. Dies zeigt<br />
deutlich die Notwendigkeit, strengere<br />
technische Normen für derartige<br />
Erzeugnisse e<strong>in</strong>zuführen.<br />
Die Menge der durch den Filter<br />
h<strong>in</strong>durchtretenden Luft wird durch<br />
das Aufnahmevolumen der<br />
<strong>Hydraulik</strong>geräte im System<br />
be-stimmt. Dies bedeutet unter<br />
anderen, daß bei e<strong>in</strong>fach wirkenden<br />
Zyl<strong>in</strong>dern, die unter schlechten<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen arbeiten,<br />
größere Mengen von<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen.<br />
Es ist erfreulich, daß e<strong>in</strong>ige<br />
Hersteller nun Filterpapier mit<br />
verbesserten Fe<strong>in</strong>heitsgraden<br />
anbieten und <strong>in</strong> bestimmten<br />
Bereichen die Komb<strong>in</strong>ation von<br />
E<strong>in</strong>füllstutzen und<br />
Belüftungse<strong>in</strong>richtung nicht mehr<br />
zulässig ist. E<strong>in</strong>e separate<br />
Belüftungse<strong>in</strong>richtung ist wirksamer<br />
und erleichtert die Entlüftung,<br />
während die Betankung durch e<strong>in</strong><br />
geeignetes Filter erfolgt.<br />
2. Abdeckplatten am<br />
<strong>Hydraulik</strong>aggregat<br />
Bei manchen Anlagen kann man<br />
nicht selbstverständlich davon<br />
ausgehen, daß die Abdeckplatten<br />
stets wieder aufgebracht werden,<br />
wenn auch dieser Mißstand zum<br />
Glück nicht mehr so häufig vorkommt<br />
wie früher. Bei der Konstruktion von<br />
<strong>Hydraulik</strong>aggregaten ist e<strong>in</strong>e gute<br />
Abdichtung unerläßlich. In<br />
ungünstiger Umgebung dürfen solche<br />
Teile wie Siebe nicht <strong>in</strong>nerhalb des<br />
Tanks ange-ordnet werden, wenn die<br />
Zugangsöffnungen jeweils wieder<br />
durch abnehmbare Abdeckplatten<br />
verschlossen werden müssen. Auch<br />
bei anderen austauschbaren Teilen<br />
können bei der Wartung<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen; bei der<br />
Konstruktion sollten deshalb derartige<br />
Schwachpunkte möglichst vermieden<br />
werden.<br />
3. Zyl<strong>in</strong>derdichtungen<br />
Absteifer können sehr fe<strong>in</strong>e<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen nicht zu 100% von<br />
der Kolbenstange entfernen.<br />
Wäre dies der Fall, würde auch<br />
der Schmierfilm von der<br />
Kolbenstange entfernt, mit dem<br />
Ergebnis, daß die Dictung<br />
beschädigt werden könnte. In jedem<br />
Fall würde e<strong>in</strong>e vollkommen trockene<br />
Kolbenstange die Dichtungen sehr<br />
schnell verschleißen. Wenn Zyl<strong>in</strong>der<br />
<strong>in</strong> stark verschmutzter Umgebung<br />
ausgefahren bleiben, können<br />
erhebliche Mengen fe<strong>in</strong>er Partikel <strong>in</strong><br />
das System gelangen, wenn nicht<br />
e<strong>in</strong>e Schutzvorrichtung, wie z. B. e<strong>in</strong><br />
Balg, angebracht ist.<br />
Dr. E. C. Fitch, Professor und<br />
Direktor des Fluid Power Research<br />
Center, Oklahoma State University,<br />
hat nachgewiesen, daß<br />
Kolbenstangendichtungen je cm 2<br />
Kolbenstangen-Oberfläche etwa 1<br />
Partikel größer als 10 µm<br />
h<strong>in</strong>durchlassen.<br />
Durch die an Dichtungen und<br />
Abstreifr<strong>in</strong>gen auftretenden<br />
Verschleißersche<strong>in</strong>ungen kann sich<br />
die E<strong>in</strong>trittsmenge wesentlich<br />
erhöhen. Bei ungünstigen<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen kann e<strong>in</strong>e<br />
Kolbenstange mit e<strong>in</strong>em<br />
Durchmesser von 50 mm <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em<br />
Zyl<strong>in</strong>der mit 100 mm Hub, die mit<br />
e<strong>in</strong>er Geschw<strong>in</strong>digkeit von 12 m/m<strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>- und ausfährt, somit etwa 20.000<br />
Partikel/m<strong>in</strong> größer als 10 µm mit<br />
sich führen. Diese Zahl kann sich für<br />
jeweils 100 Betriebsstunden um den<br />
Faktor 100 erhöhen. Dr. Fitch<br />
bezeichnet diese Angaben als<br />
,,schwere Betriebsbed<strong>in</strong>gungen“, hält<br />
sie jedoch für durchaus realistisch.<br />
4
4. Im System erzeugte<br />
Verunre<strong>in</strong>igung<br />
In e<strong>in</strong>em <strong>Hydraulik</strong>system werden<br />
schon <strong>in</strong>tern durch den Betrieb<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen erzeugt. Diese<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen entstehen durch<br />
Verschleiß, Korrosion, Kavitation und<br />
Veränderungen der<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit, d. h. Zersetzung,<br />
Oxydation usw. Die Erfahrung zeigt,<br />
daß <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em System, das sorgfältig<br />
durchgespült worden ist und bei dem<br />
gefilterte <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit <strong>in</strong> e<strong>in</strong>en<br />
gegen das<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
geschützten Tank (mit wirksamer<br />
Belüftungse<strong>in</strong>richtung) nachgefüllt<br />
wird, die Verunre<strong>in</strong>igung<br />
hauptsächlich im System selbst<br />
erzeugt wird.<br />
Wenn der anfängliche<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad zu hoch ist,<br />
führt dies zu Verschleiß und damit<br />
zu e<strong>in</strong>er wesentlichen<br />
Beschleunigung bei der Entstehung<br />
von im System erzeugten<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen.<br />
Kapitel 3<br />
Auswirkungen <strong>in</strong> Abhängigkeit von<br />
Art und Größe der Partikel<br />
Es ist bekannt, daß die<br />
Verunre<strong>in</strong>igungspartikel alle Größen<br />
und Formen aufweisen und daß sie<br />
um so schwieriger zu zählen und <strong>in</strong><br />
ihrer Zusammensetzung zu<br />
bestimmen s<strong>in</strong>d, je fe<strong>in</strong>er sie s<strong>in</strong>d.<br />
Es läßt sich jedoch sagen, daß sie <strong>in</strong><br />
ihrer Mehrzahl Schmirgeleffekt haben<br />
und daß sie - im Zusammenwirken<br />
mit der normalen Rauhigkeit von<br />
Oberflächen - Material aus der<br />
Oberfläche herausschaben und -<br />
schneiden. Dieser Verschleiß ist für<br />
etwa 90% der auf Verschmutzung<br />
zurückzuführenden Ausfälle<br />
verantwortlich.<br />
Die durch Verschmutzung<br />
verursachten Ausfälle lassen sich <strong>in</strong><br />
drei Kategorien e<strong>in</strong>teilen:<br />
1. Plötzlicher Ausfall<br />
Er tritt dann auf, wenn e<strong>in</strong> größeres<br />
Teilchen <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e Pumpe oder e<strong>in</strong> Ventil<br />
gelangt. Wenn z. B. e<strong>in</strong> Teilchen <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>en Rotorschlitz gelangt und<br />
deshalb e<strong>in</strong> Flügel klemmt, kann dies<br />
dazu führen, daß die Pumpe oder der<br />
Motor festfriß. Bei e<strong>in</strong>em Ventil kann<br />
e<strong>in</strong> großes Teilchen an der<br />
entsprechenden Stelle dafür sorgen,<br />
daß das Ventil nicht mehr arbeitet. E<strong>in</strong><br />
weiteres Beispiel für e<strong>in</strong>en plötzlichen<br />
Ausfall liegt dann vor, wenn die<br />
Vorsteuerdüse e<strong>in</strong>es Ventils durch e<strong>in</strong><br />
großes Teilchen blockiert wird.<br />
Kle<strong>in</strong>ere Partikel können ebenfalls<br />
plötzliche Ausfälle verursachen, z. B.<br />
wenn e<strong>in</strong> Ventil <strong>in</strong>folge<br />
Verschlammung nicht weiterarbeitet.<br />
2. Zeitweiliger Ausfall<br />
Die Ursache e<strong>in</strong>es derartigen<br />
Ausfalls s<strong>in</strong>d Verunre<strong>in</strong>igung auf dem<br />
Sitz e<strong>in</strong>es Tellerventils, das nicht<br />
mehr e<strong>in</strong>wandfrei schließen kann.<br />
Wenn das Material des Sitzes nicht<br />
weich genug ist, um die Partikel<br />
aufzunehmen, können diese beim<br />
Öffnen des Ventils weggespült<br />
werden. Späterh<strong>in</strong> können andere<br />
Partikel, die dann erst wieder beim<br />
Öffnen des Ventils weggespült<br />
werden, zunächst das vollständige<br />
Schließen des Ventils verh<strong>in</strong>dern.<br />
Auf diese Weise entstehen äußerst<br />
schwer zu lokalisierende zeitweilige<br />
Ausfälle.<br />
3. Ausfall durch Abtragung<br />
Diese Art Ausfall ist auf<br />
Verschleiß, Korrosion und durch<br />
Kavitation verursachte Erosion<br />
zurückzuführen. Die genannten<br />
Ursachen führen zu erhöhter <strong>in</strong>terner<br />
Leckage <strong>in</strong> den Systemkomponenten,<br />
was sich oft nur schwer feststellen<br />
läßt. Dies kann, <strong>in</strong>sbesondere bei<br />
Pumpen, e<strong>in</strong>en plötzlichen Ausfall<br />
zur Folge haben. Es s<strong>in</strong>d vor allem<br />
diefenigen Partikel, die größenmäßig<br />
genau <strong>in</strong> den Spalt zwischen zwei<br />
beweglichen Teilen passen, die den<br />
größten Verschleiß herbeiführen<br />
(Abb. 2).<br />
Die Toleranzen <strong>in</strong><br />
<strong>Hydraulik</strong>komponenten können <strong>in</strong><br />
zwei Hauptgruppen e<strong>in</strong>geteilt<br />
werden, nämlich etwa 5 µm für<br />
Hochdruckgeräte und 15-40 µm für<br />
Neiderdruckgeräte. Die Toleran-zen<br />
im jeweiligen Fall können sehr<br />
unterschiedlich se<strong>in</strong>, je nach der Art<br />
des Gerätes und den<br />
Betriebsbed<strong>in</strong>gungen. Bereits bei der<br />
Konstruktion können deshalb bereits<br />
nachteilige Auswirkungen weitgehend<br />
ausgeschlossen werden.<br />
Betrachten wir deshalb die die<br />
kritischen Toleranzen<br />
bee<strong>in</strong>flussenden Faktoren und die<br />
jeweilige Art des Ausfalls bei den<br />
verschiedenen Komponentengruppen.<br />
Pumpen<br />
Sämtliche <strong>Hydraulik</strong>pumpen<br />
weisen Bauteile auf, die sich <strong>in</strong><br />
gegenseitiger Abhängigkeit bewegen<br />
und durch e<strong>in</strong>en engen, mit<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit benetzten Spalt<br />
vone<strong>in</strong>ander getrennt s<strong>in</strong>d. Im<br />
allgeme<strong>in</strong>en wirken zwischen diesen<br />
Bauteilen vom Druck abhängige<br />
Kräfte. Durch den Druck wird stets<br />
mehr oder weniger<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit durch diesen<br />
Spalt gepreßt. Das Ende der<br />
Lebensdauer der meisten Pumpen ist<br />
dann erreicht, wenn e<strong>in</strong>e<br />
vergleichsweise sehr kle<strong>in</strong>e<br />
Materialmenge an nur wenigen<br />
Stellen abgetragen worden ist.<br />
Daraus folgt, daß e<strong>in</strong> schneller<br />
Verschleiß dann stattf<strong>in</strong>det und die<br />
Pumpe schließlich festfressen kann,<br />
wenn die im Spalt vorhandene<br />
Flüssigkeit stark verunre<strong>in</strong>igt ist. Bei<br />
Niederdruckgeräten kann die<br />
Konstruktion mit relativ großen<br />
Toleranzen arbeiten;<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen spielen da ke<strong>in</strong>e<br />
so große Rolle. Wenn der Druck<br />
niedriger ist, s<strong>in</strong>d auch die Kräfte,<br />
die die Partikel an kritische Stellen<br />
befördern, niedriger. Die<br />
Druckerhöhung ist deshalb e<strong>in</strong><br />
wichtiger Faktor bei der Bestimmung<br />
der Auswirkung von<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen auf e<strong>in</strong>e Pumpe.<br />
5
Abb. 2: Zusammenwirken von beweglichen Teilen<br />
Partikel, deren Größe der Breite des Spaltes zwischen zwei<br />
beweglichen Teilen entspricht, s<strong>in</strong>d hauptverantwortlich für<br />
den Reibungsverschleiß. Größere Partikel können nicht <strong>in</strong><br />
den Spalt gelangen, kle<strong>in</strong>ere Partikel passieren ohne<br />
Berührung.<br />
Partikel mit e<strong>in</strong>er der Spaltbreite entsprechenden Größe<br />
wirken auf beide Oberflächen gleichzeitig e<strong>in</strong>. Durch die<br />
Abtragung an den beweglichen Teilen wird e<strong>in</strong>e zusätzliche<br />
Verunre<strong>in</strong>igung verursacht. Größere Partikel werden durch<br />
die im Spalt wirkenden Kräfte zerrieben.<br />
E<strong>in</strong> weiterer Faktor, der E<strong>in</strong>fluß Axialkolbenpumpe:<br />
auf die Spaltbreite hat, ist die Dicke Schuh/Schrägscheibe<br />
des Flüssigkeitsfilms, die ihrerseits Zyl<strong>in</strong>derblock/Ventilplatte<br />
von der Viskosität der<br />
Kolben/Zyl<strong>in</strong>derblock<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit abhängt. Bei der In den Abb. 3, 4 und 5 s<strong>in</strong>d die<br />
Konstruktion wird von e<strong>in</strong>er<br />
kritischen Stellen schematisch<br />
optimalen Viskosität ausgegan-gen, dargestellt.<br />
die e<strong>in</strong>erseits für e<strong>in</strong>e ausreichende In vielen der zuvor genannten<br />
Dicke des Films sorgt, um die Lasten Fällen stellen sich die Toleranzen<br />
hydrodynamisch abzustützen, unter Betriebsbed<strong>in</strong>gungen von<br />
andererseits jedoch niedrig genug selbst e<strong>in</strong>, d. h., bei zunehmendem<br />
ist, um e<strong>in</strong> Füllen der Pumpe ohne Druck wird die Spaltbreite ger<strong>in</strong>ger.<br />
Kavitationsersche<strong>in</strong>ungen zu Unter ungünstigen Bed<strong>in</strong>gungen und<br />
garantieren. In der Praxis zeigt sich <strong>in</strong>sbesondere bei Stoßbelastung<br />
häufig, daß die Anforderungen wächst damit die Anfälligkeit gegen<br />
h<strong>in</strong>sichtlich der Filtration bei höheren kle<strong>in</strong>ere Partikel. Auch wenn die<br />
Viskositäten weniger kritisch s<strong>in</strong>d. Spaltbreite festgelegt ist, können die<br />
Aus diesem Grunde sollte e<strong>in</strong>e Bauteile unter hoher Belastung zur<br />
Flüssigkeit mit größmöglicher Exzentrizität neigen, wodurch<br />
Viskosität <strong>in</strong> Übere<strong>in</strong>stimmung mit wiederum e<strong>in</strong>e Anfälligkeit gegen<br />
den Ansaugbed<strong>in</strong>gungen ausgewählt kle<strong>in</strong>ere Partikel gegeben ist.<br />
werden. Ebenso br<strong>in</strong>gt e<strong>in</strong>e<br />
Es ist außerordentlich schwierig,<br />
ausreichende Temperatur<strong>kontrolle</strong> <strong>in</strong><br />
genauere Angaben über die Größe<br />
dieser H<strong>in</strong>sicht gute Resultate.<br />
der Spaltbreite, <strong>in</strong>sbesondere bei<br />
Diejenigen Stellen <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er dynamischer Belastung, und die<br />
Pumpe, an denen die Toleranzen Wirkung der verschieden großen<br />
besonders kritisch s<strong>in</strong>d, werden Partikel <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em Spalt zu machen.<br />
nachfolgend aufgeführt:<br />
Aufgrund der vorhandenen Daten<br />
Flügelzellenpumpe:<br />
und der bisher gewonnenen<br />
Flügelspitze/Kurvenr<strong>in</strong>g<br />
Erfahrungen ist es jedoch mög-lich,<br />
Rotor/Seitenplatte<br />
den jeweiligen <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
Zahnradpumpe:<br />
anzugeben, der der Mehrzahl der<br />
Zahn/Gehäuse<br />
Pumpen - bei ord<br />
Zahn/Seitenplatte<br />
nungsgemäßer Beachtung - e<strong>in</strong>e<br />
genügend lange Lebensdauer<br />
garantiert. Diese Werte werden im<br />
nächsten Kapitel, das sich mit der<br />
Spezifizierung von<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>draden befaßt,<br />
aufgeführt.<br />
Die E<strong>in</strong>satzfähigkeit e<strong>in</strong>er Pumpe<br />
ist dann beendet, wenn die Pumpe<br />
bei den vorgegebenen Werten für<br />
Drehzahl, Förderdruck und<br />
Flüssigkeitstemperatur nicht mehr die<br />
geforderte Förderleistung br<strong>in</strong>gt. Als<br />
Anhalt sei gesagt, daß bei e<strong>in</strong>em<br />
Nachlassen der Förderleistung um<br />
15-20% e<strong>in</strong>e Pumpe im allgeme<strong>in</strong>en<br />
nicht mehr e<strong>in</strong>satzfähig ist. Nur allzu<br />
häufig wird der Leistungsabfall nicht<br />
beachtet, bis schließlich e<strong>in</strong><br />
plötzlicher Ausfall auftritt, worbei<br />
große Mengen von Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
<strong>in</strong> das System gelangen. Falls das<br />
system nach e<strong>in</strong>em derartigen<br />
Ausfall nicht ausreichend gere<strong>in</strong>igt<br />
wird, verkürzt sich die Lebensdauer<br />
der neuen Pumpe.<br />
Im Interesse des Endanwenders<br />
sollte der Systemkonstruk-teur e<strong>in</strong>e<br />
M<strong>in</strong>dest-Förderleistung der Pumpe<br />
festlegen, um e<strong>in</strong>e ausreichende<br />
Masch<strong>in</strong>enleistung sicherzustellen.<br />
Es sollten Möglichkeiten zur<br />
Überwachung der Pumpenleistung <strong>in</strong><br />
Form von zeitweise oder ständig<br />
ange-<br />
6
Abb. 3: Kritische Stellen bei e<strong>in</strong>er Flügelzellenpumpe<br />
Austrittsanschluß -<br />
Hochdruck<br />
Austrittsanschluß -<br />
Niederdruck<br />
Abb. 4: Kritische Stellen bei e<strong>in</strong>er Zahnradpumpe<br />
Ansauganschluß -<br />
Niederdruck<br />
M<strong>in</strong>imalspiel Maximalspiel<br />
Austrittsanschluß -<br />
Niederdruck<br />
Die Spaltbreite an den Flügelspitzen<br />
hängt von der Drehzahl und der<br />
Viskosität ab.<br />
Austrittsanschluß -<br />
Hochdruck<br />
Anmerkung:<br />
Von der Hochdruck - zur Niederdruckseite<br />
tritt e<strong>in</strong>e gewisse Rückströmung auf<br />
Ansauganschluß -<br />
Hochdruck<br />
Spiel zwischen Zahn und Gehäuse ändert<br />
sich <strong>in</strong> Abhängigkeit von der W<strong>in</strong>kelstellung,<br />
so daß Flüssigkeit von der Druckseite<br />
zurückströmen kann<br />
7
Abb. 5: Kritische Stellen bei e<strong>in</strong>er Axialkolbenpumpe. Obwohl das Kolbenspiel festgelegt ist, ändert es sich <strong>in</strong> Abhängigkeit von der Exzentrizität<br />
<strong>in</strong>folge von Belastung und Viskosität.<br />
3<br />
ca. 0,025 mm bei<br />
konstanter Belastung<br />
Kolben<br />
wobei ν = Viskosität<br />
p = Druck<br />
Schrägscheibe<br />
scholossenen Instrumenten<br />
e<strong>in</strong>geplant se<strong>in</strong>, so daß sich<br />
Rout<strong>in</strong>eprüfungen durchführen<br />
lassen, um das Risiko plötzlicher<br />
Ausfälle zu verm<strong>in</strong>dern. Bei<br />
Kolbenpum-pen ist es meist e<strong>in</strong>fach,<br />
den Leckölstrom zu messen. Dieser<br />
kann als H<strong>in</strong>weis für den Zustand<br />
der Pumpen dienen.<br />
Es sei betont, daß für den<br />
Endanwender die Gesamtkosten<br />
wichtig s<strong>in</strong>d. Der Ausfall e<strong>in</strong>er<br />
billigen Pumpe kann sehr wohl zu<br />
kostspieligen Ausfallzeiten führen.<br />
Wenn durch E<strong>in</strong>bau e<strong>in</strong>es<br />
Durchflußmessers derartige Ausfälle<br />
vermieden werden können, lohnt sich<br />
die Investition für e<strong>in</strong>en<br />
Durchflußmesser auf jeden Fall.<br />
Zyl<strong>in</strong>derblock<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, die die Pumpe<br />
passieren, auch zum Motor gelangen<br />
können und dort e<strong>in</strong>e vergleichbare<br />
Abtragung verusachen. Falls der<br />
volumetrische Wirkungsgrad der<br />
Pumpe <strong>in</strong>folge des Verschleißes auf<br />
85% des Ursprungswertes und der<br />
volumetrische Wirkungsgrad des<br />
Motors auf - angenommen - 90%<br />
des Ursprungswertes abgefallen ist,<br />
beträgt der volumetrische<br />
Gesamtwirkungsgrad von Pumpe und<br />
Motor nur noch 0,85 x 0,9 = 76,5%<br />
des Ursprungswertes. Aus diesem<br />
Grund ist e<strong>in</strong>e<br />
<strong>Verschmutzungs</strong><strong>kontrolle</strong> und damit<br />
die E<strong>in</strong>haltung e<strong>in</strong>es bestimmten<br />
Re<strong>in</strong>heitsgrades der Flüssigkeit<br />
<strong>in</strong>sbesondere bei hydrostatischen<br />
Antrieben von großer Wichtigkeit.<br />
Motoren<br />
Was über Pumpen gesagt wurde,<br />
Wegeventile<br />
gilt allgeme<strong>in</strong> auch für Motoren Das zwischen Bohrung und<br />
vergleichbarer Konstruktion. Kolben festgelegte Radialspiel<br />
Besonders zu beachten ist die<br />
Tatsache, daß e<strong>in</strong> großer Teil der<br />
bewegt sich bei den meisten<br />
Wegeventilen im Bereich von 5 bis<br />
p<br />
C ∝<br />
Ventilplatte<br />
ν<br />
p<br />
13 µm. Bekanntlich bereitet die<br />
Herstellung vollkommen runder und<br />
gerader Bohrungen außerordentliche<br />
Schwierigkeiten, und es ist somit<br />
wenig wahrsche<strong>in</strong>lich, daß sich e<strong>in</strong><br />
Kolben genau <strong>in</strong> der Mitte des<br />
Spielbereichs bef<strong>in</strong>det. Bei e<strong>in</strong>em<br />
Ventil mit e<strong>in</strong>er Nennweite von 1/8”<br />
hat auch e<strong>in</strong> guter Kolben im<br />
allgeme<strong>in</strong>en e<strong>in</strong> Spiel von weniger<br />
als 2,5 µm.<br />
Die bei e<strong>in</strong>em Elektromagnetventil<br />
wirksamen Kräfte s<strong>in</strong>d <strong>in</strong> Abb. 6<br />
dargestellt. Diese Kräfte setzen sich<br />
wie folgt zusammen:<br />
Strömungskräfte + Federkräfte +<br />
Reibungskräfte + Trägheitskräfte.<br />
Strömungs-, Feder- und<br />
Trägheitskräfte s<strong>in</strong>d unveränderliche<br />
Faktoren. Die Reibungskräfte hängen<br />
jedoch zu e<strong>in</strong>em großen Maß von<br />
der Filtration ab. Wenn das System<br />
durch Partikel, deren Größe den<br />
radialen und diametralen Spaltbreiten<br />
entspricht, stark verschmutzt ist, s<strong>in</strong>d<br />
am Kolben höhere Stellkräfte<br />
erforderlich.<br />
8
Abb. 6: Kritische Toleranzen an e<strong>in</strong>em Ventilkolben (mit Angabe der Strömungswege und Kräfte)<br />
ÉÉ<br />
ÉÉ<br />
Tankanschluß<br />
ÉÉÉÉ<br />
ÉÉÉÉ<br />
Zyl<strong>in</strong>der-<br />
Rücklaufanschluß<br />
ÉÉÉÉÉ<br />
ÉÉÉÉÉ<br />
Leckstrom<br />
mit<br />
Partike<strong>in</strong><br />
Druckanschluß<br />
ÉÉÉÉ<br />
ÉÉÉÉ<br />
Strömungskraft<br />
F A X P<br />
Zyl<strong>in</strong>der-<br />
Druckanschluß<br />
ÉÉÉÉ<br />
ÉÉÉÉ<br />
Tankanschluß<br />
ÉÉÉ<br />
ÉÉÉ<br />
Federkraft<br />
ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ<br />
ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ<br />
ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ<br />
p = Druckabfall am Schieber<br />
Reibungskraft<br />
Die gestrichelten L<strong>in</strong>ien deuten die Kolbenstellung im<br />
geschlossenen Zustand an<br />
E<strong>in</strong>e noch ungünstigere Situation<br />
entsteht bei Verschlammung, wobei<br />
die Verunre<strong>in</strong>igungen unter Druck <strong>in</strong><br />
den Spalt gepreßt werden. Dies führt<br />
schließlich zu e<strong>in</strong>em Reißen des<br />
Ölfilms, so daß der Kolben<br />
hängenbleibt (Abb. 7).<br />
Diese Situation tritt dann e<strong>in</strong>,<br />
wenn dauernd unter Druck stehende<br />
Ventile nur wenig betätigt werden. In<br />
solchen Fällen sollte <strong>in</strong> der<br />
Druckleitung unmittelbar vor dem<br />
Ventil e<strong>in</strong> Filter sehr hoher Güte<br />
angeordnet werden. Dabei ist jedoch<br />
zu beachten, daß bei der Betätigung<br />
des Bauteils Druckstöße entstehen<br />
können. Bei E<strong>in</strong>satz von Filtern mit<br />
hohem Wirkungsgrad als<br />
Spezialschutz für e<strong>in</strong>zelne Geräte<br />
oder Gerätegruppen kann e<strong>in</strong> sehr<br />
großes Aufnahmevermögen<br />
erforderlich werden, wenn die<br />
sonstigen Filter im System<br />
wesentlich gröber s<strong>in</strong>d.<br />
E<strong>in</strong>e Vorstellung h<strong>in</strong>sichtlich der<br />
Kräfte, die zum Freimachen e<strong>in</strong>es<br />
klemmenden Kolbens erforderlich<br />
s<strong>in</strong>d, im Vergleich mit den durch den<br />
Elektromagneten ausgeübten Kräften,<br />
kann am Bei-spiel e<strong>in</strong>es Ventils mit<br />
e<strong>in</strong>er Nennweite von 1/8”, das bei<br />
e<strong>in</strong>em Druck von 210 bar arbeitet,<br />
gewonnen werden. Wenn e<strong>in</strong> Ventil<br />
dieser Art längere Zeit <strong>in</strong> der<br />
Federendstellung gehalten wird, wird<br />
es durch die Verschlammung<br />
zwischen Kolben und Bohrung<br />
vollkommen unbeweglich. Die<br />
Abb. 7: Kritische Toleranzen an e<strong>in</strong>em Ventilkolben. Im Regelfall ist e<strong>in</strong>e gewisse Exzentrizität<br />
vorhanden.<br />
zur Überw<strong>in</strong>dung dieses Zustands<br />
erforderliche Kraftwurde im Experiment<br />
mit etwa 135 N festgestellt.<br />
Feder und Elektromagnet zusammen<br />
konnten jedoch nur<br />
45 N aufbr<strong>in</strong>gen. Der Verschlammung<br />
hat somit e<strong>in</strong>en totalen Systemausfall<br />
verursacht.<br />
Druckregler<br />
Stark abrasiv wirkende Partikel <strong>in</strong><br />
Flüssigkeiten mit hoher<br />
Strömungsgeschw<strong>in</strong>digkeit erodieren<br />
die Flächen, mit denen sie <strong>in</strong><br />
Berührung kommen. Diese Situation<br />
tritt bei allen Druckreglern auf,<br />
<strong>in</strong>sbesondere bei<br />
Druckbegrenzungsventilen, die dem<br />
maxima-len im System auftretenden<br />
Druckabfall sowie<br />
Strömungsgeschw<strong>in</strong>digkeiten <strong>in</strong> der<br />
Größen-<br />
E<strong>in</strong> großes Partikel kann den Spalt überbrücken<br />
Flüssigkeitsfilm reißt<br />
<strong>in</strong>folge von Schmutzansammlungen<br />
Arbeitsdruck<br />
Schlammansammlung<br />
ordnung von 30 m/s ausgesetzt s<strong>in</strong>d.<br />
Bei Vorsteuerventilen s<strong>in</strong>d im<br />
allgeme<strong>in</strong>en niedrige Volum<strong>in</strong>a bei<br />
hohen Strömungsgeschw<strong>in</strong>digkeiten<br />
festzustellen. E<strong>in</strong>e starke<br />
Verschmutzung bee<strong>in</strong>trächtigt<br />
sowohl ihre Stabilität als auch die<br />
Reproduzierbarkeit.<br />
Mengenregler<br />
Die Toleranz für Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
bei Mengenregelventilen wird sehr<br />
stark von der Gestaltungder Blende<br />
bestimmt.<br />
In Abb. 8 s<strong>in</strong>d z. B. zwei Blenden<br />
mit vollkommen unterschiedlicher<br />
Form, jedoch mit gleichem<br />
Querschnitt dargestellt. Die<br />
kerbenförmige Blende (a) erlaubt<br />
e<strong>in</strong>en hohen Verunre<strong>in</strong>igungsgrad,<br />
ausgenommen bei niedrigen<br />
E<strong>in</strong>stellwerten, während die Blende<br />
(b) bei sämtlichen E<strong>in</strong>stellungen<br />
9
viel empf<strong>in</strong>dlicher gegen Verschmutzung<br />
ist.<br />
Das Betriebsverhalten der<br />
Druckwaage kann bei sämtlichen<br />
Arten von druckkompensierten<br />
Mengenreglern durch Verunre<strong>in</strong>igung<br />
wesentlich bee<strong>in</strong>trächtigt werden,<br />
und zwar unabhängig<br />
von der Ventile<strong>in</strong>stellung. E<strong>in</strong>e<br />
Beschädigung der Meßblende kann<br />
ebenfalls vorkommen. Dies wird<br />
besonders bei niedrigeren<br />
E<strong>in</strong>stellwerten deutlich.<br />
Allgeme<strong>in</strong> gesprochen, werden<br />
sämtliche mit Kolben arbeitenden<br />
Regelventile durch Verschmut-zung<br />
im System betroffen, <strong>in</strong>sbesondere<br />
bei hohen Drücken. Wenn der<br />
Kolben präzise positioniert werden<br />
muß, wie z. B. bei<br />
Druckm<strong>in</strong>derventilen, bei denen nur<br />
begrenzte Kräft zur<br />
Kolbenverstellung zur Verfügung<br />
stehen, machen sich<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen eher noch stärker<br />
bemerkbar. Andererseits s<strong>in</strong>d<br />
Kegelventile, auch wenn e<strong>in</strong>e<br />
gewisse Bee<strong>in</strong>trächtigung durch<br />
große Partikel nicht zu vermeiden ist,<br />
<strong>in</strong>folge der Selbstre<strong>in</strong>igung des<br />
Ventilsitzes gegen Verschmutzung<br />
wesentlich weniger empf<strong>in</strong>dlich.<br />
Beschädigungen durch Erosion<br />
treten jedoch auch hier auf.<br />
Zusammenfassung<br />
Aus den obigen Angaben ist<br />
ersichtlich, daß e<strong>in</strong>zelne große<br />
Partikel, die zur falschen Zeit an der<br />
falschen Stelle vorhanden s<strong>in</strong>d,<br />
plötzliche Ausfälle verurschen<br />
können.<br />
Die Flächen <strong>in</strong>nerhalb der<br />
Koponenten s<strong>in</strong>d durch e<strong>in</strong>en<br />
Flüssigkeitsfilm, dessen Dicke<br />
ständig schwanken kann, voneiander<br />
zu trennen. Wenn e<strong>in</strong> Spalt durch<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen übebrückt wird, tritt<br />
Verschleiß auf. Dadurch weden noch<br />
mehr Partikel erzeugt. Diese können<br />
dann ihrerseits <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e noch grßere<br />
Anzahl noch kle<strong>in</strong>erer Patikel<br />
zermahlen weden. E<strong>in</strong>zeln oder <strong>in</strong><br />
kle<strong>in</strong>en Megen auftretende<br />
Abb. 8: Blendenquerschnitte an Mengenregelventilen. Das Profil (b) ist anfälliger gegen<br />
Verschmutzung.<br />
Anmerkung: die Blendenprofile weisen den<br />
gleichen Querschnitt auf.<br />
(a)<br />
fe<strong>in</strong>e Partikel verursachen nicht<br />
unbed<strong>in</strong>gt Beschädigungen. Wenn sie<br />
jedoch <strong>in</strong> größeren Konzentrationen<br />
vorhanden s<strong>in</strong>d, können sie zu<br />
Störungen <strong>in</strong>folge Verschlammung<br />
führen.<br />
Das Ziel muß se<strong>in</strong>, die<br />
wirtschaftlichste Komb<strong>in</strong>ation von<br />
<strong>Verschmutzungs</strong><strong>kontrolle</strong> und<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>toleranz für e<strong>in</strong>e<br />
zuverlässig vorgegebene<br />
Lebensdauer e<strong>in</strong>er Anlage unter<br />
bekannten Betriebs- und<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen zu f<strong>in</strong>den.<br />
(b)<br />
10
Kapitel 4<br />
Bestimmung des<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grades<br />
Wie zuvor bereits angegeben,<br />
wird häufig e<strong>in</strong> allgeme<strong>in</strong>er<br />
Filtrationsgrad von 25 µm<br />
vorgeschreiben, ohne Rücksicht auf<br />
den Arbeitsdruck, die lokalen<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen und die<br />
Betriebszeiten. Aus Erfahrung ist<br />
bekannt, daß die Wirksamkeit e<strong>in</strong>es<br />
25-µm Filters unter vergleichbaren<br />
Umgebungs- und<br />
Betriebsbed<strong>in</strong>gungen je nach dessen<br />
Anordnung im System<br />
unterschiedlich ist. Außerdem kann<br />
sich die Filterwirkung bei konstant<br />
bleibender Durchflußmenge<br />
verbessern, da die Poren langsam<br />
verstopft werden. Bei schwankender<br />
Durchflußmenge oder<br />
unterbrochernem Fluß können jedoch<br />
ganz andere Ergebnisse auftreten,<br />
da die Partikel dann aus den Poren<br />
herausgeschwemmt werden und<br />
mehr fe<strong>in</strong>e Partikel passieren<br />
können.<br />
Es s<strong>in</strong>d e<strong>in</strong>deutig die<br />
E<strong>in</strong>satzbed<strong>in</strong>gungen, die den größten<br />
E<strong>in</strong>fluß auf den <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
bei Verwendung e<strong>in</strong>es bestimmten<br />
Filters haben. Dies bedeutet, daß es<br />
unklug wäre, ohne nähere Angaben<br />
die Verwendung e<strong>in</strong>es z. B. 25- µm<br />
Filters generell zu empfehlen bzw.<br />
e<strong>in</strong>er solchen Empfehlung zu folgen.<br />
Für den Anwender würde dies e<strong>in</strong><br />
Investitionsrisiko bedeuten und für<br />
den Hersteller größte Schwierigkeiten<br />
bei der Behandlung von<br />
Garantiefällen.<br />
Worauf es ankommt, ist, e<strong>in</strong>en<br />
praktikablen Verunre<strong>in</strong>igungsgrad zu<br />
spezifizieren und zu erreichen. Es<br />
liegt dann im Verantwortungsbereich<br />
des Anwenders, diesen Grad<br />
e<strong>in</strong>zuhalten. Der ProjektIngenieur<br />
wählt unter entsprechender<br />
Berücksichtigung der<br />
Umbebungsbed<strong>in</strong>gungen, des<br />
Systemdrucks und der Betriebszeiten<br />
die Filterelemente und die<br />
E<strong>in</strong>bauorte für die Filter so aus, daß<br />
der gewünschte Grad gehalten und<br />
kontrolliert werden kann.<br />
Gegenwärtig ist dieses<br />
systematische Verfahren nur unter<br />
Schwierigkeiten durchzuführen, da z.<br />
B. noch nicht def<strong>in</strong>iert werden kann,<br />
was genau nun eigentlich e<strong>in</strong> 10- µm<br />
-Partikel ist. Außerdem bestehen<br />
gewisse Schwierigkeiten,<br />
Informationen h<strong>in</strong>sichtlich der<br />
Erfüllung der <strong>in</strong> der Praxis<br />
maßgeblichen Forderungen von den<br />
Filterherstellern zu erhalten.<br />
Aufgrund der bisher vorliegenden<br />
Erfahrungen kann jedoch zum<strong>in</strong>dest<br />
e<strong>in</strong> Anfang <strong>in</strong> die richtige Richtung<br />
gemacht werden.<br />
Abb. 9: Vorschlag für zulässige <strong>Verschmutzungs</strong>grade bei verschiedenen <strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong><br />
Festlegung der<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>klasse<br />
nach<br />
CETOP RP70H<br />
5 µm 15 µm<br />
13 9<br />
15 11<br />
16 13<br />
18 14<br />
19 15<br />
21 17<br />
Maximaler<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrad<br />
nach<br />
Partikeigröße<br />
5 µm 15 µm<br />
4000 250<br />
16000 1000<br />
32000 4000<br />
130000 8000<br />
250000 16000<br />
1,000000 64000<br />
Nützliche Daten konnten<br />
genwonnen werden durch:<br />
1. Entnahme von Proben aus den<br />
verschiedenartigsten Systemen<br />
im <strong>in</strong>dustriellen und im Fahrzeugsektor.<br />
2. Analyse von auf Verschmutzung<br />
zurückzuführenden Betriebsausfällen.<br />
3. Überwachung des Re<strong>in</strong>heitsgrades<br />
e<strong>in</strong>es bestimmten Systems<br />
über drei Jahre h<strong>in</strong>weg,<br />
wobei die kritischen Stellen der<br />
Pumpe jährlich auf Verschleiß<br />
kontrolliert wurden.<br />
Aus 1 und 2 läßt sich entnehmen,<br />
daß e<strong>in</strong>e große Anzahl von<br />
allgeme<strong>in</strong>-<strong>in</strong>dustriellen Systemen, bei<br />
denen die Gesamtzahl der Partikel<br />
über 5 m bei 100.000 bis 300.000<br />
pro 100 ml liegt, zufriedenstellend<br />
arbeitet. Diese Systeme arbeiten<br />
jedoch überwiegend im Niederdruckbereich<br />
oder sie s<strong>in</strong>d aus Geräten<br />
aufgebaut, deren Beanspruchung mit<br />
Sicherheit unterhalb der Nenngrenzwerte<br />
liegt. Ebenso gilt, daß bei<br />
Hochleistungsgeräten e<strong>in</strong>e hohe Wahrsche<strong>in</strong>lichkeit<br />
von Störungen gegeben<br />
ist, wenn die <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit mehr<br />
als 100.000 Stück 5-µm-Partikel pro<br />
100 ml enthält.<br />
Empf<strong>in</strong>dlichkeit Systemart<br />
Rückhalterate<br />
Superkritisch<br />
Kritisch<br />
Sehr wichtig<br />
Wichtig<br />
Durchschnittlich<br />
Hauptsächlich<br />
Schutz<br />
Gegen Verschlammung empf<strong>in</strong>dliches Steuersystem<br />
mit sehr hoher Zuverlässigkeit; Labor oder Luft- und<br />
Raumfahrt<br />
Hochleistungs-Servosysteme und Hochdrucksysteme<br />
mit langer Lebensdauer; z. B. Luftfahrt, Werkzeugmasch<strong>in</strong>en,<br />
usw.<br />
Qualitativ hockstehend und zuverlässige Systeme;<br />
allgeme<strong>in</strong>er Masch<strong>in</strong>enbau<br />
Allgeme<strong>in</strong>er Masch<strong>in</strong>enbau und Fahrzeuge; mittlerer<br />
Druck, mittlere Kapazität<br />
Neiderdrucksysteme im Schwermasch<strong>in</strong>enbau oder<br />
Systeme, bei denen die Lebensdauer nicht der<br />
entscheidende Faktor ist<br />
Niederdrucksysteme mit großen Toleranzen<br />
ß > 75<br />
1-2<br />
3-5<br />
10-12<br />
12-15<br />
15-25<br />
25-40<br />
11
Abb. 10: Empfohlener Re<strong>in</strong>heitsgrad zur Erreichung hoher Lebensdauer<br />
300<br />
200<br />
Druck (bar)<br />
100<br />
Anmerkung: Bei diesen Kurven wurde e<strong>in</strong>e Viskosität <strong>in</strong>nerhalb des empfohlenen Bereichs zugrunde gelegt<br />
Sehr<br />
empf<strong>in</strong>dliche<br />
Komponenten<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad 14<br />
nach CETOP RP70 10<br />
Bie der Beobachtung des<br />
Betriebsverhaltens e<strong>in</strong>es bestimmten<br />
Systems zeigte sich, daß die Pumpe<br />
nur sehr wenig verschlissen war,<br />
jedoch zu ke<strong>in</strong>er Zeit während der<br />
drei Jahre mehrals 16.000 Partikel<br />
mit e<strong>in</strong>er Größe von über 5 µm pro<br />
100 ml vorhanden waren. E<strong>in</strong>e<br />
Pumpe des gleichen Typs, die <strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>er ähnlichen Masch<strong>in</strong>e e<strong>in</strong>gebaut<br />
war und bei der die Filtration mit der<br />
gleichen Qualität erfolgte, wurde<br />
nach e<strong>in</strong>er E<strong>in</strong>satzdauer von 5<br />
Jahren (Betriebsstunden-zahl<br />
Durchschnittliche<br />
<strong>Hydraulik</strong>komponenten<br />
e<strong>in</strong>schließlich der meisten<br />
Pumpentypen<br />
15<br />
11<br />
16<br />
12<br />
17<br />
13<br />
18<br />
14<br />
Sehr<br />
unempf<strong>in</strong>dliche<br />
komponenten<br />
19<br />
15<br />
20<br />
16<br />
Die Zahlen beziehen sich auf e<strong>in</strong>e kumulative Partikelkonzentration<br />
von jeweils über 5 µm und 15 µm (siehe Kapitel 8)<br />
geschätzt 40.000) kürzlich zerlegt.<br />
Sie wies nur ger<strong>in</strong>ge<br />
Verschleißersche<strong>in</strong>ungen auf.<br />
Aufgrund der o.a. Feststellungen<br />
und anderer Untersuchungen konnte<br />
die Tabelle nach Abb. 9 aufgestellt<br />
werden. Aus dieser Tabelle lassen<br />
sich e<strong>in</strong>ige Anhaltspunkte h<strong>in</strong>sichtlich<br />
der Empf<strong>in</strong>dlichkeit e<strong>in</strong>es Systems<br />
entnehmen. Jedoch hängt der Grad<br />
der Empf<strong>in</strong>dlichkeit weitgehend von<br />
der Art der jeweiligen Kom-ponenten<br />
und dem der Konstruktion zugrunde<br />
21<br />
17<br />
gelegten Systemdruck ab. Aus<br />
diesem Grund wurden die Kurven<br />
nach Abb. 10 erstellt. Aus diesen<br />
Kurven läßt sich bei bekanntem<br />
Systemdruck und nach Analyse der<br />
Empf<strong>in</strong>dlichkeit der<br />
Systemkomponenten gegen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen der zulässige<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad entnehmen. Die<br />
Werte für den <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
s<strong>in</strong>d nach CETOP RP70 erstellt.<br />
Diese Norm wird <strong>in</strong> Kapitel 8<br />
erläutert.<br />
12
Kapitel 5<br />
Auswahl des Filters<br />
Dieses Kapitel behandelt die<br />
wichtige Frage der Auswahl des oder<br />
der dem zulässigen<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad entsprechenden<br />
Filters. Zur Beantwortung dieser<br />
Frage müssen zunächst die von den<br />
e<strong>in</strong>zelnen Herstellern angegebenen<br />
Werte näher untersucht werden.<br />
Nom<strong>in</strong>ale Rückhalterate<br />
Zur Bestimmung der nom<strong>in</strong>alen<br />
Rückhalterate wurden die<br />
Spezifikationen MIL-F5504A und<br />
MIL-F5504B herausgegeben.<br />
In der Ausgabe A ist def<strong>in</strong>iert,<br />
daß e<strong>in</strong> 10- µm-Filter 98<br />
Gewichtsprozent sämtlicher Partikel<br />
der jeweiligen Verunre<strong>in</strong>igung<br />
(ACF-Teststaub) mit e<strong>in</strong>er<br />
Parti-kelgröße von mehr als 10 µm<br />
bei festgelegten<br />
Konzentrations-werten ausscheiden<br />
kann. In der Ausgabe B ist def<strong>in</strong>iert,<br />
daß e<strong>in</strong> 10- m-Filter 95<br />
Gewichtsprozent von Glaskügelchen<br />
mit e<strong>in</strong>em Durchmesser von 10-20<br />
µm bei e<strong>in</strong>em hohen<br />
Konzentrationswert ausscheiden<br />
kann. Wenngleich diese beiden<br />
Spezifikationen bisher nur selten<br />
zugrunde gelegt wurden, arbeiten<br />
viele Hersteller mit ähnlichen<br />
Versuchen, um die nom<strong>in</strong>ale<br />
Rückhalterate für ihren Filter<br />
bestimmen zu können.<br />
Derartige Versuche besitzen<br />
<strong>in</strong> zwei wichtigen Punkten jedoch nur<br />
e<strong>in</strong>en begrenzten Aussagewert.<br />
Zunächst ist die zulässige<br />
Maximalgröße der den Filter<br />
passierenden Partikel nicht<br />
festge-legt. Bei Versuchen hat sich<br />
gezeigt, daß Filter, die ansonsten die<br />
Forderungen erfüllen, Partikel mit<br />
e<strong>in</strong>er Größe bis zu 200 µm<br />
h<strong>in</strong>durchlassen können.<br />
Zweitens ist die hohe<br />
Konzentration der Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
nicht repräsentativ für die bei e<strong>in</strong>em<br />
normalen System vorliegenden<br />
Bed<strong>in</strong>gungen. In der Praxis<br />
ge-langen die Partikel <strong>in</strong> niedrigen<br />
Konzentrationen zum Filter, und<br />
diejenigen Partikel, die e<strong>in</strong>e<br />
ge-r<strong>in</strong>gere als die mittlere Porengröße<br />
haben, gelangen ohne<br />
weiteres durch den Filter, so lange<br />
das Filtermittel noch e<strong>in</strong>igerma-ßen<br />
sauber ist.<br />
Aus den zuvor genannten<br />
Gründen hat es wenig Zweck,<br />
weiterh<strong>in</strong> mit nom<strong>in</strong>alen<br />
Rückhalteraten zu arbeiten.<br />
Absolute Rückhalterate<br />
Im NFPA-<strong>Hydraulik</strong>wörterbuch<br />
(NFPA Fluid Power Glossary of<br />
Terms) ist die absolute Rückhalterate<br />
als der Durchmesser des größten<br />
harten, kugelförmigen Partikels, das<br />
e<strong>in</strong>en Filter unter festgelegten<br />
Versuchsbed<strong>in</strong>gun-gen passiert,<br />
def<strong>in</strong>iert. Sie steht somit <strong>in</strong><br />
Beziehung zur größten Öffnung e<strong>in</strong>es<br />
Filterelements.<br />
Der Begriff und der Versuch<br />
für diese Porengrößenbestim-mung<br />
waren ursprünglich <strong>in</strong> der Mitte der<br />
fünfziger Jahre von Dr. Pall,<br />
Chairman der Pall Corporation,<br />
vorgeschlagen worden. Es handelt<br />
sich um e<strong>in</strong>en Versuch, bei dem e<strong>in</strong>e<br />
bestimmte Flüssigkeitsmenge nur<br />
e<strong>in</strong>mal durch den Filter fließt. Der<br />
Flüssigkeit s<strong>in</strong>d Glaskügelchen als<br />
künstliche Verunre<strong>in</strong>igung zugesetzt.<br />
Die erste Veröffentlichung erfolgte<br />
mit der Military Specification<br />
MIL-F8815, Erstausgabe März 1960.<br />
Diese Veröffentli-chung war die erste<br />
moderne und vollständige<br />
Spezifikation für Flugzeug-<br />
<strong>Hydraulik</strong>filter, die sich mit der<br />
Auswertung von ab-soluten<br />
Rückhalteraten (bezogen auf das<br />
größte Partikel), Wirkungsgrad,<br />
Schmutzaufnahmekapazität,<br />
Zusammenbruch, Ermüdung,<br />
Kaltstart usw. befaßt.<br />
Die absolute Rückhalterate nach<br />
MIL-F8815 beträgt 15 µm. Dieser<br />
Spezifikation folgten die Spezifikation<br />
MIL-F25682, für<br />
e<strong>in</strong>e absolute Rückhalterate von 25<br />
m, und die Spezifikation<br />
MIL-F27656, für e<strong>in</strong>e absolute<br />
Rückhalterate von 5 µm. Für die<br />
beiden absoluten Rückhalteraten von<br />
15 und 25 µm wurde die<br />
Verwendung von Glaskügelchen für<br />
den Versuch vorgeschrieben, da<br />
diese jederzeit <strong>in</strong> den erforderlichen<br />
Größen zur Verfügung stehen und<br />
sie sich <strong>in</strong>folge ihrer Kugelform leicht<br />
von Sekundärverunre<strong>in</strong>igungen,<br />
die beim Versuch<br />
verursacht werden, unterscheiden<br />
lassen.<br />
Bei Filtern mit 5 µm absoluter<br />
Rückhalterate, entsprechend<br />
MIL-F27656, s<strong>in</strong>d Glaskügelchen<br />
nicht mehr ausreichend. Für diesen<br />
Bereich ist deshalb e<strong>in</strong>e Mischung<br />
aus Glaskügelchen und<br />
Karbonyleisen E vorgeschrieben. In<br />
sämtlichen drei Spezifikationen wird<br />
die absolute Rückhalterate durch das<br />
größte e<strong>in</strong>zelne kugelförmige Partikel<br />
bestimmt. Auf diese Weise kann e<strong>in</strong>e<br />
wichtige physikalische Eigenschaft<br />
jedes Filtermittels, d.h. die<br />
Größenordnung der größeren<br />
Öffnungen, gemessen werden.<br />
Der Blasenpunkt-Test<br />
Mit diesem Versuch bestimmen<br />
die Hersteller den Bereich der<br />
größten Porosität. Dazu wird<br />
Druckluft auf der Inneseite des<br />
Filterelements, das zur Benetzung<br />
des Filtermittels <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e Flüssigkeit,<br />
wie z. B. Alkohol, e<strong>in</strong>getaucht wird,<br />
aufgebracht. Das Filterelement wird<br />
bei den e<strong>in</strong>zelnen Druckstufen <strong>in</strong> der<br />
Flüssigkeit gedreht. Der Druck, bei<br />
dem der erste Blasenstrom aus dem<br />
Filterelement tritt, wird registriert. Der<br />
Versuch kann fortgesetzt werden, um<br />
die e<strong>in</strong>zelnen Drücke, bei denen Luft<br />
aus den zweitgrößten, drittgrößten,<br />
viertgrößten usw. Öffnungen austritt,<br />
zu messen.<br />
Bei weiterer, langsamer Erhöhung<br />
des Druckes wird e<strong>in</strong> Punkt erreicht,<br />
bei dem Luftblasen an der gesamten<br />
Oberfläche des Filterelements<br />
ersche<strong>in</strong>en. Es ist dies e<strong>in</strong>e<br />
vere<strong>in</strong>fachte Methode zur Messung<br />
der mittleren Porengröße.<br />
Präzise Ergebnisse lassen sich<br />
mit dem Blasenpunkt-Test nicht<br />
erzielen. Dies ist um so<br />
bedauerlicher, als es sich um e<strong>in</strong>e<br />
sehr e<strong>in</strong>fache Testmethode handelt.<br />
Demzufolge wird der Test<br />
hauptsächlich <strong>in</strong> der<br />
Qualitäts<strong>kontrolle</strong> von<br />
Filterelementen angewandt, um<br />
sicherzustellen, daß ke<strong>in</strong>e<br />
Beschädigungen oder<br />
Dichtungsfehler vorliegen.<br />
13
Abb. 11: Multipass-Testaufbau<br />
Neu zugegebene<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen nach<br />
mehreren Durchgängen<br />
Versuchsfilter<br />
Flüssigkeitsprobe<br />
Flüssigkeitsprobe<br />
Mittlere Porengröße<br />
Die mittlere Porengröße gibt die Die sich aus dem Versuch<br />
durchschnittliche Größe der Poren imergebende<br />
Gesetzmäßigkeit wird<br />
Filtermittel an. Dieses Maß ist<br />
<strong>in</strong>sofern von Bedeutung, als es die<br />
aus folgendert Formel abgeleitet:<br />
Partikelgröße angibt, oberhalb dererAnzahl<br />
der Anzahl der<br />
Anzahl der Anzahl der aus-<br />
der Filter wirksam wird. Es kann austrittsseitigen<br />
mittels des zuvor beschriebenen Partikel mit der<br />
Blasenpunkt-Tests bestimmt werden. Größe > xµm<br />
=<br />
urspünglich zugegebenen<br />
Partikel<br />
der Größe > xµm<br />
+<br />
zugegebenen<br />
Partikel der<br />
Größe > xµm<br />
+<br />
geschiedenen<br />
Partikel der<br />
Größe > xµm<br />
Multipass-Test<br />
Beta-Wert<br />
Bei diesem Versuch, mit dessen<br />
Hilfe das Betriebsverhalten e<strong>in</strong>es Die<br />
Filters bestimmt werden soll, werdenAbscheideeigenschaften<br />
ständig Verunre<strong>in</strong>igungen unter werden durch den Wert<br />
kontrollierten Bed<strong>in</strong>gungen <strong>in</strong> das Beta angegeben. Dieser<br />
System e<strong>in</strong>geleitet. Da die wird wie folgt def<strong>in</strong>iert:<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen nur durch das<br />
ß x =<br />
Anzahl der Partikel größer als<br />
xµm, e<strong>in</strong>trittsseitig<br />
Anzahl der Partikel größer<br />
als xµm, austrittsseitig<br />
Filter ausgeschieden werden können,<br />
Bei e<strong>in</strong>em Beta-Verhältnis von 1<br />
zirkulieren sie so lange <strong>in</strong>nerhalb des<br />
werden ke<strong>in</strong>e Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Systems, bis das Filter sie festhält.<br />
abgeschieden. E<strong>in</strong> Wert von weniger<br />
Das Filtrationsvermögen des<br />
als 1 ist nicht möglich, es sei denn,<br />
Versuchsfilters wird durch<br />
der Filter gibt Verunre<strong>in</strong>igungen ab.<br />
Probenentnahmen auf der E<strong>in</strong>trittsund<br />
der Austrittsseite überwacht. Bei e<strong>in</strong>em Filter mit e<strong>in</strong>em<br />
Beta-Wert von mehr als 1 stabilisiert<br />
Das Aufnahmevermögen für<br />
sich die austrittsseitige<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen wird durch Wägen<br />
Partikelkonzentration auf e<strong>in</strong>en<br />
der versuchshalber bis zum<br />
praktisch konstanten Verunre<strong>in</strong>i-<br />
Erreichen des vorgeschriebenen<br />
gungsgrad.<br />
maximalen Druckabfalls am Filter<br />
zugegebenen Verunre<strong>in</strong>igungen Klassifizierung der Filter-<br />
gemessen.<br />
eigenschaften für die Praxis<br />
Nach welchen Gesichtspunkten<br />
auch immer der Filterhersteller die<br />
Eigenschaften se<strong>in</strong>es Erzeugnisses<br />
klassifizieren mag, der<br />
Filtrationsgrad läßt sich grundsätzlich<br />
nach e<strong>in</strong>er von drei Kategorien<br />
bestimmen, je nach Menge der<br />
abgeschiedenen Fe<strong>in</strong>stverschmutzung.<br />
Typische, dieser<br />
Kategorien entsprechende Daten<br />
s<strong>in</strong>d <strong>in</strong> Abb. 12 aufgeführt. Es<br />
liegt jedoch im Verantwortungsbereich<br />
des Herstellers, anzugeben,<br />
zu welcher der drei Klassen se<strong>in</strong>e<br />
Erzeugnisse gehören. Gegenwärtig<br />
existiert ke<strong>in</strong>e allgeme<strong>in</strong> aner-kannte<br />
standardklassifizierung,<br />
es steht jedoch zu erwarten, daß<br />
die derzeitigen Bemühungen<br />
verschiedener Gremien schließlich zu<br />
e<strong>in</strong>er <strong>in</strong>ternational anerkannten<br />
Def<strong>in</strong>ition führen.<br />
14
Abb. 12: Def<strong>in</strong>ition für praktikable Klassifikationskategorien<br />
Das tatsächliche Betriebsverhalten<br />
von Filtern wird durch zwei<br />
ungünstige Faktoren bee<strong>in</strong>trächtigt,<br />
nämlich durch Impulsbetrieb und<br />
durch das <strong>in</strong> e<strong>in</strong>igen Fällen<br />
unbestimmbare Verhalten von<br />
<strong>in</strong>ternen Dichtungen und<br />
Bypass-Ventilen.<br />
Impulsbetrieb<br />
Durch Druckstöße können<br />
diejenigen fe<strong>in</strong>en Partikel, die<br />
normalerweise zwischen den Fasern<br />
und den bereits ausgefilterten<br />
größeren Partikeln festsitzen, durch<br />
den Filter gespült werden.<br />
Abb. 13: Die Filterleistung verschlechtert sich bei unterbrochenem<br />
Betrieb und bei Druckstößen. Dieser Effekt zeigt sich deutlich <strong>in</strong> den<br />
fe<strong>in</strong>eren Partikeln, die durch den Filter gepreßt werden.<br />
Anzahl von Partike<strong>in</strong> pro Volumene<strong>in</strong>heit<br />
Kategorie<br />
Fe<strong>in</strong>stabscheidung<br />
Teilweise<br />
Fe<strong>in</strong>stabscheidung<br />
Ke<strong>in</strong>e Fe<strong>in</strong>stabscheidung<br />
(Ausfiltern von gröberen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen)<br />
*Die nom<strong>in</strong>alen<br />
Rückhalteraten s<strong>in</strong>d nur zum<br />
Vergleich angegeben. Mit<br />
diesen Werten sollte nicht<br />
gearbeitet werden;<br />
10 6<br />
10 5<br />
10 4<br />
10 3<br />
10 2<br />
Leistung bei<br />
konstantem<br />
Betrieb<br />
Nom<strong>in</strong>ale Rückhalterate<br />
* m<br />
Leistung bei unterbrochenem<br />
Betrieb<br />
Absolute Rückhalterate<br />
m<br />
1/2 to 1 3 to 5<br />
3 to 5<br />
10 to 15<br />
10 to 15<br />
Beta-Wert<br />
β 3-5 > 75<br />
β 10-15 > 75<br />
25 to 40 β 25-40 > 75<br />
außerdem ist diese Tabelle nicht<br />
zur Umrechnung von nom<strong>in</strong>alen <strong>in</strong><br />
absolute Rückhalteraten gedacht.<br />
Vergleichsweise ist hier die gleiche<br />
Wirkung gegeben wie bei e<strong>in</strong>em Sieb,<br />
auf das e<strong>in</strong> Gemisch aus Ste<strong>in</strong>en, die<br />
teils größer und teils kle<strong>in</strong>er als die<br />
Maschenöffnungen s<strong>in</strong>d, aufgebracht<br />
wird.<br />
Bei stationärem Sieb wird e<strong>in</strong><br />
großer Teil der kle<strong>in</strong>eren Ste<strong>in</strong>e<br />
zurückgehalten. Diese Ste<strong>in</strong>e fallen<br />
jedoch h<strong>in</strong>durch, wenn das Sieb<br />
gerüttelt wird. Durch<br />
Flüssigkeitsstöße erhöht sich deshalb<br />
der Anteil von Fe<strong>in</strong>stverschmutzung<br />
auf der Austrittsseite des Filters. Dies<br />
spiegelt sich <strong>in</strong> der<br />
Leistungskurve des Filters wider (Abb.<br />
13).<br />
Bypass<br />
E<strong>in</strong>e Umbehung des Filters durch<br />
e<strong>in</strong>gebaute oder außerhalb<br />
angeordnete Bypass-Ventile ist<br />
bei vielen Systemen zulässig,<br />
da nach e<strong>in</strong>er Reihe von<br />
Umwälzvorgängen schließlich die<br />
gesamte Flüssigkeit den Filter<br />
durchströmt hat.<br />
Außer bei Nebenstromfiltern<br />
ist normalerweise zu erwarten, daß<br />
der Bypass nur dann wirksam wird,<br />
wenn das Filterelement das Ende<br />
der Lebensdauer erreicht. Deshalb<br />
müssen die Auswirkungen e<strong>in</strong>es<br />
vorzeitigen Öffnens des<br />
Bypass-Ventils oder e<strong>in</strong>er<br />
schadhaften Innendichtung <strong>in</strong><br />
Betracht gezogen werden. Da bei<br />
e<strong>in</strong>er Umgehung, aus welchen<br />
Gründen auch immer, nicht zwischen<br />
fe<strong>in</strong>en und groben Partikeln<br />
unterschieden wird, verlagert sich<br />
das Verunre<strong>in</strong>igungsprofil wesentlich<br />
mehr nach der Seite grobkör<br />
Abb. 14: E<strong>in</strong>fluß von Bypass-Betrieb auf die Filterleistung<br />
10<br />
5 10 15 25 50 100<br />
180<br />
2<br />
5 10 20 30 40 60 80100140<br />
50 70 90 120 160 200<br />
Partikelgröße <strong>in</strong> µm (log2 ) Partikelgröße <strong>in</strong> µm<br />
10 6<br />
10 5<br />
10 4<br />
10 3<br />
10 2<br />
10<br />
1<br />
10 1<br />
eff=<br />
Bypass<br />
Beta = 100<br />
1<br />
(l-r) + (r/ µ)<br />
r =<br />
Q filter<br />
Q total<br />
15
Abb. 15a: Angenommene, mittlere<br />
Porengröße 3 µm. Die Kurven zeigen den<br />
Abfall der Filterleistung, bezogen auf<br />
Partikel unterhalb dieser Größe, bei<br />
Impulsbetrieb.<br />
Anzahl der Partikel<br />
Fe<strong>in</strong>stabscheidung (Silt Control)<br />
Größe<br />
<strong>in</strong> m<br />
5<br />
Kumulative Anzahl<br />
Konst. Ölstrom Impulsbetrieb<br />
16,000 (14) 64,000 (16)<br />
15 1,000 (10) 2,000 (11)<br />
Anmerkung: Bereichsnummer nach<br />
CETOP RP70H <strong>in</strong> Klammern<br />
107 10<br />
10<br />
1<br />
2<br />
103 104 105 106 16<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Bereich nach CETOP RP70H<br />
Teilveise Fe<strong>in</strong>stabscheidung<br />
Größe<br />
<strong>in</strong> m<br />
5<br />
Kumulative Anzahl<br />
Konst. Ölstrom Impulsbetrieb<br />
32,000 (15) 25,000 (18)<br />
Abb. 15c: Angenommene, mittlere<br />
Porengröße 15 µm. Die Kurven zeigen den<br />
Abfall der Filterleistung, bezogen auf<br />
Partikel unterhalb dieser Größe, bei<br />
Impulsbetrieb. Partikel mit 5 µm werden<br />
wenig oder gar nicht ausgeschieden.<br />
Großabscheidung<br />
15 2,000 (11) 4,000 (12)<br />
Anmerkung: Bereichsnummer nach<br />
CETOP RP70H <strong>in</strong> Klammern<br />
10<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
7<br />
10<br />
10<br />
2<br />
103 104 105 106 15 1,000 (10) 2,000 (11)<br />
Anmerkung: Bereichsnummer nach<br />
CETOP RP70H <strong>in</strong> Klammern<br />
16<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
10<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
2.5<br />
9<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
7<br />
10<br />
10<br />
2<br />
103 104 105 106 16<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
1<br />
2 5 10 15 20 25 50 2 5 10 15 20 25 50<br />
2 5 10 15 20 25 50<br />
Partikelgröße Partikelgröße<br />
Partikelgröße<br />
niger Partikel. Die von Dr. Fitch<br />
erarbeitete Abb. 14 stellt die Auswirkung<br />
der prozentualen Zunahme von<br />
Bypass-Strömen dar. Dabei zeigt sich,<br />
daß selbst bei e<strong>in</strong>er Bypass-Menge von<br />
nur 0,1% die maximale Partikelgröße<br />
sich fast verdoppelt. Bei 1% wird das<br />
Dreifache überstiegen und bei 10% hat<br />
die Zunahme den Faktor fünf erreicht.<br />
Die praktische Bedeutung e<strong>in</strong>es<br />
Bypass-Ventils und die<br />
Notwendigkeit se<strong>in</strong>es E<strong>in</strong>satzes<br />
hängen von der Anordnung des<br />
Filters<br />
im System ab. Bei Saugfiltern<br />
z. B. ist e<strong>in</strong> Bypass-Ventil unbed<strong>in</strong>gt<br />
erforderlich, damit die Pumpe bei<br />
verschmutztem Filter vor Kavitation<br />
geschützt wird.<br />
Druckfilter sollen das System bei<br />
plötzlichem Ausfall der Pumpe<br />
schützen. Wenn e<strong>in</strong> derartiger<br />
Ausfall dann auftritt, wenn der Filter<br />
im Bypass arbeitet, ist ke<strong>in</strong> Schutz<br />
vorhanden. Hier müssen e<strong>in</strong>deutig<br />
Hauptstrom-Druckfilter ohne Bypass<br />
e<strong>in</strong>gesetzt werden, sobald die<br />
Notwendigkeit für die Verwendung<br />
e<strong>in</strong>es derartigen Filters festgestellt<br />
ist. Es muß dann e<strong>in</strong> Filterelement<br />
e<strong>in</strong>gesetzt werden, das dem<br />
Abb. 15b: Angenommene, mittlere<br />
Porengröße 7 µm. Die Kurven zeigen den<br />
Abfall der Filterleistung, bezogen auf<br />
Partikel unterhalb dieser Größe, bei<br />
Impulsbetrieb.<br />
Anzahl der Partikel<br />
Bereich nach CETOP RP70H<br />
maximalen Systemdruck widerstehen<br />
kann. Dies erhöht die Kosten für das<br />
Filter. Bei Verstopfung des<br />
Filterelements fällt die<br />
Systemleistung ab; es muß deshalb<br />
e<strong>in</strong> zuverlässiges Warngerät<br />
vorhanden se<strong>in</strong>, um diesen Zustand<br />
rechtzeitig auzuzeigen.<br />
Wenn e<strong>in</strong> Bypass-Ventil zulässig<br />
ist, muß der Systemkonstrukteur die<br />
bei e<strong>in</strong>em vorzeitigen Öffnen bei<br />
Kaltstarts und bei Druckstößen<br />
auftretenden Wirkungen sorgfältig<br />
beachten. Die Vermeidung von<br />
Druckstößen, auch solchen bei<br />
niedrigem<br />
Druck, verm<strong>in</strong>dert das Risiko,<br />
daß sich e<strong>in</strong> Bypass-Ventil im<br />
Normalbetrieb öffnet.<br />
Zur Zeit s<strong>in</strong>d erst wenige<br />
Infor-mationen über das Ausmaß der<br />
Bee<strong>in</strong>trächtigungen, die Druckstöße<br />
auf die Filterleistung haben,<br />
verfügbar. Es bleibt zu hoffen, daß<br />
künftig Beta-Werte angegeben<br />
werden, die sich auf die<br />
Bed<strong>in</strong>gungen beziehen, denen die<br />
Filter <strong>in</strong> der Praxis ausgesetzt s<strong>in</strong>d.<br />
Selbstverständlich können<br />
<strong>in</strong> Fällen konstanten Durchflusses,<br />
was eher den Versuchsbed<strong>in</strong>gungen<br />
Anzahl der Partikel<br />
Größe<br />
<strong>in</strong> m<br />
5<br />
Kumulative Anzahl<br />
Konst. Ölstrom Impulsbetrieb<br />
16,000 (14) 64,000 (16)<br />
16<br />
Bereich nach CETOP RP70H<br />
im Labor entspricht, genauere<br />
Angaben h<strong>in</strong>sichtlich der<br />
Filterleistung gemacht werden.<br />
Immerh<strong>in</strong> konnten unter<br />
Zugrundelegung<br />
der gegenwärtig zur Verfügung<br />
stehenden begrenzten Kenntnisse<br />
h<strong>in</strong>sichtlich der Leistung die Kurver<br />
<strong>in</strong> Abb. 15 entsprechend den<br />
e<strong>in</strong>zelnen Kategorien erstellt werden.<br />
Aus den e<strong>in</strong>zelnen Kurven ist die<br />
kumulative Anzahl von Partikeln mit<br />
e<strong>in</strong>er Größe von 5 und<br />
15 m ersichtlich. Diesen Werten<br />
wurde die Norm CETOP RP70H<br />
(erläutert <strong>in</strong> Kapitel 8) zugrunde<br />
gelegt. Um die Arbeit mit dieser<br />
Unterlage zu erleichtern, werden die<br />
Bereichsnummern ebenfalls<br />
aufgeführt. Die Kurven werden<br />
anhand der festliegenden Zahlen für<br />
die beiden Werte aufgezeichnet und<br />
dann extrapoliert, um<br />
die zu erwartende Leistung bei<br />
repräsentativen Filtern darzustellen.<br />
Nimmt man an, daß sich diese<br />
Kurven auf die Leistung<br />
der von e<strong>in</strong>em bestimmten Hersteller<br />
gelieferten Filter beziehen, ist es<br />
erforderlich, aufzuzeigen, daß die<br />
Werte für die tatsächlichen<br />
Bereich
Anforderungen, wenn sie<br />
<strong>in</strong> das Kurvenblatt e<strong>in</strong>getragen<br />
werden, unterhalb der Kurven für<br />
stetigen oder pulsierenden Strom<br />
bleiben.<br />
Wenn es sich beispielsweise um<br />
e<strong>in</strong> System mit e<strong>in</strong>em Arbeitsdruck<br />
von, angenommen, 150 bar handelt,<br />
und dieses System aus<br />
Komponenten mit e<strong>in</strong>er<br />
durchschnittlichen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungstoleranz aufgebaut<br />
ist, ist aus der Kurve für den<br />
Re<strong>in</strong>heitsgrad (Abb. 10) zu<br />
entnehmen, daß der gewünschte<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrad etwa zwischen<br />
15/11 und 18/14 liegen sollte.<br />
Unter Bezugnahme auf die<br />
Abbildungen 15a und 15b zeigt sich,<br />
daß dies bei konstantem Durchfluß<br />
mit e<strong>in</strong>em Filter für teilweise<br />
Fe<strong>in</strong>stabscheidung erreicht werden<br />
kann. Demgegenüber ist bei<br />
pulsierendem Durchfluß e<strong>in</strong> Filter<br />
erforderlich, das die gesamte<br />
Fe<strong>in</strong>stverschmutzung ausscheiden<br />
kann.<br />
Abb. 16: Beispiel für den Druckabfall an sauberen<br />
Elementen für Fe<strong>in</strong>stabscheidung und für<br />
Großabscheidung vergleichbarer Größe<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
0<br />
Fe<strong>in</strong>stabscheidung<br />
Grobabscheidung<br />
p (bar)<br />
25 50 75 100 125 150 175 200<br />
Durchflußmenge (l/m<strong>in</strong>.)<br />
Flüssigkeitsviskosität 30 mm 2 /s. Der Druckabfall am<br />
Element ist der Flüssigkeitsviskosität direkt proportional.<br />
Man darf davon ausgehen, daß<br />
die meisten Druck- und<br />
Rücklaufleitungsfilter Druckstößen<br />
ausgesetzt s<strong>in</strong>d. Die Gründe dafür<br />
werden genauer im Kapitel über die<br />
Anordnung der Filter behandelt.<br />
Nebenstromsysteme bieten h<strong>in</strong>gegen<br />
den Vorteil konstantbleibenden<br />
Durchflßmengen.<br />
Nach wie vor gilt aber die Regel,<br />
daß die Verantworlichkeit für die<br />
Spezifizierung des jeweiligen Filters<br />
auf der Seite des Filterherstellers<br />
liegt.<br />
Filterauslegung<br />
Gegenwärtig ist es üblich, daß die<br />
Hersteller die Durchflußmenge <strong>in</strong><br />
bezug auf e<strong>in</strong>en bestimmten<br />
Druckabfall bei sauberem Filter<br />
angeben (siehe Abb. 16). Dies ist<br />
zwar e<strong>in</strong> H<strong>in</strong>weis auf das<br />
Aufnahmevermögen für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, jedoch kann es<br />
durchaus erforderlich werden, daß<br />
der Projekt-Ingenieur Vorkehrungen<br />
für zusätzliche Schmutzaufnahme<br />
ausreichende Lebensdauer der<br />
Filterelemente zu garantieren. Nur<br />
allzu häufig haben Filterelemente,<br />
die lediglich aufgrund der<br />
Durchflußmenge bemessen wurden,<br />
e<strong>in</strong>e kurze Lebensdauer. Bei der<br />
Festlegung e<strong>in</strong>es größe-ren<br />
Aufnahmevermögens mögen zwar<br />
die Kosten zunächst höher se<strong>in</strong>,<br />
doch wird dieser zusätzliche<br />
Aufwand mit Sicherheit durch<br />
Verm<strong>in</strong>derung der laufenden Kosten,<br />
d. h. weniger häufiger Wechsel der<br />
Elemente, verr<strong>in</strong>gerte Lohnkosten<br />
und verr<strong>in</strong>gerte Ausfallzeiten, wieder<br />
abgedeckt.<br />
Zur korrekten Bemessung des<br />
Filters muß die Menge der <strong>in</strong> das<br />
Filter e<strong>in</strong>tretenden Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
<strong>in</strong> Beziehung zur wirksamen<br />
Filterfläche und zum maximal<br />
zulässigen Druckabfall gesetzt<br />
werden. Die Beziehung von Fläche<br />
zu Druckabfall zu ermitteln, ist<br />
jedoch nicht e<strong>in</strong>fach, und es ist<br />
selten bekannt, welche Men-gen von<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen <strong>in</strong> das Filter<br />
e<strong>in</strong>treten.<br />
Zum Vergleich des<br />
Aufnahmevermögens für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen von <strong>Hydraulik</strong>filtern<br />
gibt es e<strong>in</strong>en Laborversuch (Test<br />
zum Vergleich der Lebensdauer oder<br />
Versuch zur Bestimmung des<br />
Aufnahmevermögens). Hierbei<br />
werden e<strong>in</strong>em Umwälzsystem<br />
künstliche Verunre<strong>in</strong>igungen <strong>in</strong> stets<br />
gleichbleibender Menge zugesetzt;<br />
der Druckabfall wird dann <strong>in</strong><br />
Abhängigkeit vom Gewicht der<br />
zugefügten Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
aufgezeichnet, wie <strong>in</strong> Abb. 17<br />
dargestellt. Die sich dabei ergebende<br />
Kurve hat e<strong>in</strong>e charakteristische, bei<br />
e<strong>in</strong>em gegebenen Filtermedium<br />
immer gleichbleibende Form.<br />
Während der ersten Stufe des<br />
Versuchs zeigt sich, daß der<br />
Druckabfall langsam zunimmt,<br />
woh<strong>in</strong>gegen er später sehr<br />
schnell ansteigt. Daraus ist zu<br />
entnehmen, daß es im H<strong>in</strong>blick auf<br />
die Lebensdauer des Filter-elements<br />
wenig Zweck hat, mit hohem<br />
Druckabfall zu arbeiten, nachdem<br />
das Knie der Kurve überschritten ist.<br />
Die Kurve zeigt außerdem, daß es<br />
vollkommen nutzlos ist, wenn sich<br />
der Pro-jekt-Ingenieur lediglich mit<br />
dem Druckabfall an e<strong>in</strong>em sauberen<br />
Element befaßt. Der wichtigere<br />
Faktor ist der Druckabfall am Filter<br />
nach Zugabe e<strong>in</strong>er bestimm-ten<br />
Menge von Verunre<strong>in</strong>igungen.<br />
Außer bei Filtern ohne<br />
Bypass-Ventil wird der maximale<br />
Druckabfall am Filterelement <strong>in</strong> der<br />
Regel durch die E<strong>in</strong>stellung des<br />
Bypass-Ventils bestimmt. Der<br />
Projekt-Ingenieur muß außerdem<br />
darauf achten, daß die<br />
Leistungswerte des Systems auch<br />
bei maximalem Druckabfall noch<br />
e<strong>in</strong>gehalten werden. Bei zu kle<strong>in</strong><br />
bemessenen Filtern kann es<br />
geschehen, daß e<strong>in</strong> großer Teil der<br />
Flüssigkeit durch das Bypass-Ventil<br />
umgeleitet wird, ohne daß e<strong>in</strong>e<br />
Anzeige erfolgt.<br />
Zwar wird allgeme<strong>in</strong> behauptet,<br />
daß die Lebensdauer e<strong>in</strong>es<br />
gege-benen Filterelements ohne<br />
Bee<strong>in</strong>trächtigung des<br />
Filterwirkungsgrades lediglich durch<br />
Vergrößerung der Filterfläche bei<br />
gleichbleibenden<br />
Außenabmessungen verlängert<br />
werden kann. Diese Überlegung trifft<br />
jedoch nicht zu, da den<br />
Außenabmessungen stets e<strong>in</strong>e<br />
optimale Filterfläche zugeordnet ist.<br />
Bei Vergrößerung der Filterfläche<br />
treten nachteilige Wirkungen e<strong>in</strong>.<br />
17
Abb. 17: Beispiel für das Aufnahmevermögen von<br />
<strong>Hydraulik</strong>filterelementen<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Druckabfall 1 am Element (bar)<br />
0<br />
Abb. 18: Vergleich des Aufnahmevermögens und des Druckabfalls<br />
für zwei verschiedene Filter<br />
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0 25 50 75 100<br />
Gesamtmenge des zugegebenen<br />
AC-Fe<strong>in</strong>versuchstaubs (g)<br />
Prozentuales Aufnahmevermögen<br />
Die zuvor beschriebene<br />
vergleichende Lebensdauer dient<br />
dazu, das Aufnahmevermögen für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen bei verschiedenen<br />
Filterelementen zu vergleichen. In<br />
Abblidung 18 ist das<br />
Aufnahmevermögen von zwei Filtern<br />
mit identischen<br />
Auxdfenabmessungen e<strong>in</strong>getragen.<br />
Das Filter A hat im sauberen<br />
Zustand e<strong>in</strong>en niedrigeren<br />
Druckabfall als das Filter B, da es<br />
e<strong>in</strong>e größere Fläche aufwiest.<br />
Abb. 19a: E<strong>in</strong>e Erhöhung der wirksamen Filterfläche bei gleichen<br />
Außenabmessungen kann unter Umständen die<br />
Schmutzaufnahmekapazität reduzieren.<br />
Flußrichtung<br />
Die Falten schließen sich unter<br />
Druck. Die schmalen Enden<br />
zwischen den Falten setzen sich<br />
schnell zu, so daß die wirksame<br />
Fläche verm<strong>in</strong>dert wird.<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
Druckabfall 2 (bar)<br />
Jedoch wurde das Höchstflächenmaß<br />
überschritten, und das Filter A<br />
besitzt daher e<strong>in</strong>e ger<strong>in</strong>gere<br />
Lebensdauer als das Filter B bei<br />
gegebenem maximalen<br />
Druckabfall. Wie durch<br />
engen Aufbau die wirksame Fläche<br />
verm<strong>in</strong>dert wird, ist <strong>in</strong> Abbildung 19<br />
dargestellt. Die Falten schließen sich<br />
unter Druck, und die schmalen<br />
Ecken zwischen den Falten setzen<br />
sich schnell zu. Außerdem können<br />
Ermüdungsersche<strong>in</strong>ungen <strong>in</strong>folge der<br />
1<br />
0<br />
A<br />
Druckwirkung auftreten. Da über die<br />
Versuche h<strong>in</strong>sichtlich des<br />
Aufnahmevermögens für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen ke<strong>in</strong>e Daten<br />
verfügbar s<strong>in</strong>d, müssen die Angaben<br />
des Herstellers über die<br />
Durchflußmenge, bezogen auf e<strong>in</strong>en<br />
bestimmten Druckabfall im sauberen<br />
Zustand, herangezogen und als<br />
Grundlage zur Schätzung des<br />
Aufnahmevermögens benutzt<br />
werden.<br />
Abb. 19b: Ermüdungsersche<strong>in</strong>ungen durch Nachgeben der<br />
Seitenflächen und Strecken der Faltenwurzeln <strong>in</strong>folgevon<br />
Druckstößen und Druckabfall<br />
<strong>Wirksame</strong><br />
Flächen<br />
Flußrichtung<br />
Flußrichtung<br />
Ruhezustand<br />
Durch größere Abstände<br />
ergibt sich e<strong>in</strong>e kle<strong>in</strong>ere,<br />
jedoch wirksamere Filterflache<br />
Nachgeben bei<br />
großen Durchflußmengen<br />
Hohe Beanspruchung bei<br />
großen Durchflußmengen<br />
Filtermedium<br />
B<br />
Ermüdungsbruch<br />
18
Wiederholen wir noch e<strong>in</strong>mal<br />
zusammenfassend:<br />
Das Ziel ist es, zu erreichen, daß<br />
die Menge der e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>genden<br />
Verschmutzungen gleich der Menge<br />
der ausgeschiedenen<br />
Verschmutzungen sei. Es ist deshalb<br />
entscheidend für das tatsächliche<br />
Aufnahmevermögen des<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Filtersystems für Vershmutzungen,<br />
bis zu welchem Grad die Menge der<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>genden Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
kontrolliert werden kann. Die Menge<br />
der e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>geden Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
besteht aus der Summe der den<br />
Teilen anhaftenden Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
und der aufgenommenen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen. Diese<br />
Abb: 20 Praktische Schritte zur Kontrolle der Verschmutzung <strong>in</strong> <strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong><br />
Den Komponenten, Rohrleitungen, Verteilern usw.<br />
anhaftende Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Plus<br />
In der Füllflüssigkeit enthaltene Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
E<strong>in</strong>tritt von Verunre<strong>in</strong>igungen durch die<br />
Belüftungse<strong>in</strong>richtung<br />
Plus<br />
E<strong>in</strong>tritt von Verunre<strong>in</strong>igungen bei, Nachfüllen von<br />
Flüssigkeit<br />
Plus<br />
E<strong>in</strong>tritt von Verunre<strong>in</strong>igungen bei der Wartung<br />
E<strong>in</strong>tritt von Verunre<strong>in</strong>igungen durch die Dichtungen an<br />
den Zyl<strong>in</strong>derstangen<br />
Plus<br />
Sekundärverunre<strong>in</strong>igung, verursacht durch die oben<br />
genannten Verunre<strong>in</strong>igungen und harte<br />
E<strong>in</strong>satzbed<strong>in</strong>gungen<br />
Abb: 21 Bewertung und Klassifizierung der Systemre<strong>in</strong>heit <strong>in</strong> sieben Gruppen<br />
GUT<br />
3<br />
2<br />
1<br />
UMGEBUNGSBEDINGUNGEN<br />
MITTEL<br />
6<br />
4<br />
2<br />
SCHLECHT<br />
7<br />
5<br />
3<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen verursachen<br />
ihrerseits im System<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen. Zunächst sollen<br />
detailliert die e<strong>in</strong>zelnen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsquellen und die<br />
Faktoren, die ihr E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen<br />
kontrollieren, untersucht werden<br />
(Abb. 20).<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsquelle Verhütungsmaßnahmen<br />
Plus<br />
Plus<br />
Gutes Durchspülen, Belastung des Systems erst nach<br />
Erreichen des zulässigen <strong>Verschmutzungs</strong>grades<br />
Zuverlässigkeit des Leiferanten, Lagerung der<br />
Flüssigkeit unter den vorgeschriebenen Bed<strong>in</strong>gungen<br />
(Verhütung von Verschmutzung, Kondensation usw.)<br />
Filtration der Flüssigkeit beim E<strong>in</strong>füllen<br />
Leistungsfähige Belüftungse<strong>in</strong>richtung, entsprechend<br />
dem Filtrationsgrad der Flüssigkeit ausgelegt<br />
Geeignete Fülle<strong>in</strong>richtungen mit Flüssigkeitsfilter<br />
Durchführung dieser Aufgabe durch geeignetes<br />
Personal; entsprechende Konstruktion<br />
Leistungsfähige Abstreifer; Schutz der Kolbenstangen<br />
gegen Luftverunre<strong>in</strong>igungen durch Balge<br />
Korrekte Auswahl der Flüssigkeit und Überwachung der<br />
Eigenschaften (Viskosität und Additive); Verr<strong>in</strong>gerung<br />
der E<strong>in</strong>flüsse durch Verunre<strong>in</strong>igungen auf die<br />
Systemkomponenten durch entsprechende<br />
Systemauslegung<br />
GRAD DER KONTROLLE<br />
Wenig oder ke<strong>in</strong>e Kontrolle über das E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verunre<strong>in</strong>igung (mehrere<br />
freiliegende Zyl<strong>in</strong>der)<br />
E<strong>in</strong>ige Kontrolle über das E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
(wenige Zyl<strong>in</strong>der)<br />
Gute Kontrolle über das E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
(geschützte Zyl<strong>in</strong>der)<br />
19
Abb. 22: Auswahl von Druckleitungsfiltern<br />
Max. zulassiger Druckabfall (bar)<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Anwendung dieser Kurven:<br />
1. Den maximal zulässigen Druckabfall feststellen;<br />
dieser hängt von den Systemanforderungen<br />
oder vom Ansprechdruck des Pumpen-<br />
Ventils ab. Von diesem Wert ausgehend e<strong>in</strong>e<br />
horizontale L<strong>in</strong>ie ziehen.<br />
1 2 3 4<br />
Multiplikationsfaktor<br />
Abb. 23: Auswahl von Rücklauffiltern<br />
Max. zulassiger Druckabfall (bar)<br />
3.0<br />
2.5<br />
2.0<br />
1.5<br />
1.0<br />
0.5<br />
0.3<br />
Anwendung der Kurven:<br />
1. Den maximal zulässigen Druckabfall feststellen;<br />
dieser hängt von den Systemanforderungen<br />
oder vom Ansprechdruck des Bypass-<br />
Ventils ab. Von diesem Wert ausgehend e<strong>in</strong>e<br />
horizontale L<strong>in</strong>ie ziehen.<br />
1 2 3 4<br />
Multiplikationsfaktor<br />
2. Den Sauberkeitsgrad des Systems nach<br />
Abb. 21 bestimmen. E<strong>in</strong>e vertikale L<strong>in</strong>ie<br />
durch die Schnittstelle zwischen Druckabfallwert<br />
und Kurve des Re<strong>in</strong>heitsgrades<br />
ziehen.<br />
3. Den Multiplikationsfakton an der<br />
Horizontalachse ablesen. Diesen Faktor<br />
mit dem Ist-wert für die Durchflußmenge<br />
an der betreffenden Stelle <strong>in</strong> der<br />
Druckleitung multiplizieren. Nun e<strong>in</strong><br />
Filterelement entsprechend dieser<br />
geänderten Durchflußmenge<br />
bei e<strong>in</strong>em Druckabfall von 1 bar<br />
auswählen (entsprechend dem vom<br />
Hersteller angegebenen Nennwert für<br />
e<strong>in</strong> sauberes Filter).<br />
Ist-Durchflußmenge x Multiplikationsfaktor<br />
= Empfohlene Filterkapazität<br />
2. Den Sauberkeitsgrad des Systems<br />
nach Abb. 21 bestimmen. E<strong>in</strong>e vertikale<br />
L<strong>in</strong>ie durch die Schnittstelle zwischen<br />
Druckabfallwert und Kurve des<br />
Re<strong>in</strong>heitsgrades ziehen.<br />
3. Den Multiplikationsfakton an der Horizontalachse<br />
ablesen. Diesen Faktor<br />
mit dem Ist-wert für die Durchflußmenge<br />
an der betreffenden Stelle<br />
<strong>in</strong> der Rückleitung multiplizieren. Nun<br />
e<strong>in</strong> Filter für diese geänderten Durchflußmenge<br />
bei e<strong>in</strong>em Druckabfall von<br />
0,3 bar auswählen (entsprechend dem<br />
vom Hersteller angegebenen Nennwert<br />
für e<strong>in</strong>en sauberen Filter).<br />
Ist-Durchflußmenge x Multiplikationsfaktor<br />
= Empfohlene Filterkapazität<br />
20
Abb. 24: Auswahl von Nebenstromfiltern<br />
Max. zulassiger Druckabfall (bar)<br />
3.0<br />
2.5<br />
2.0<br />
1.5<br />
1.0<br />
0.5<br />
0.3<br />
Anwendung der Kurve:<br />
1. Den maximal zulässigen Druckabfall feststellen;<br />
dieser hängt von den Systemanforderungen<br />
oder vom Ansprechdruck des Bypass-<br />
Ventils ab. Von diesem Wert ausgehend e<strong>in</strong>e<br />
horizontale L<strong>in</strong>ie ziehen.<br />
1 4 6 8<br />
Multiplikationsfaktor<br />
Kapitel 6<br />
Anordnung des Filters<br />
1. Filtration <strong>in</strong> der<br />
Pumpensaugleitung<br />
Wenn e<strong>in</strong>e zufriedenstellende<br />
Arbeitsweise des <strong>Hydraulik</strong>systems<br />
erreicht werden soll, muß die Pumpe<br />
stets vorschriftsmäßig gefüllt werden.<br />
Der Konstrukteur widmet der<br />
Gesamtkonfiguration am<br />
Pumpene<strong>in</strong>tritt häufig zu wenig<br />
Aufmerksamkeit, so daß Kavitation<br />
immer noch e<strong>in</strong>e Hauptursache für<br />
Pumpenausfälle ist.<br />
Aus diesem Grund lohnt es sich,<br />
die den Vorgängen beim Füllen der<br />
Pumpe zugrundeliegenden Pr<strong>in</strong>zipien<br />
nochmals zu betrachten. Die bei<br />
weitem häufigste Methode besteht<br />
dar<strong>in</strong>, den auf die Oberfläche der<br />
Flüssigkeit im Reservoir wirkenden,<br />
atmos-phärischen Druck<br />
auszunutzen, um die Flüssigkeit <strong>in</strong><br />
die Ansaugkammer der Pumpe zu<br />
födern. Aus Bequemlichkeitsgründen<br />
wird die Pumpe jedoch häufig<br />
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels<br />
angeordnet. Siehe hierzu Abbildung<br />
25.<br />
Die hyrdaulischen Grundpr<strong>in</strong>zipien<br />
besagen, daß e<strong>in</strong> Differenzdruck<br />
bestehen muß, damit e<strong>in</strong>e Strömung<br />
entsteht. Bei der Anordnung nach<br />
Abbildung 25 ist es erforderlich, daß<br />
die Pumpe durch e<strong>in</strong>e mechanische<br />
Aktion e<strong>in</strong>en Unterdruck an der<br />
Ansaugseite erzeugt. Bei den<br />
Herstellern ist es üblich, e<strong>in</strong>en<br />
maximal zulässigen Unterdruck an<br />
der Ansaugseite anzugeben. Dieser<br />
liegt meistens <strong>in</strong> der Größenord-nung<br />
von 0,17 bar. Unter Berücksichtigung<br />
des normalerweise auftretenden<br />
Druckabfalls kann somit nur e<strong>in</strong> sehr<br />
kle<strong>in</strong>er Druckabfall am Filter erlaubt<br />
se<strong>in</strong>. Maße und Kosten der Filter auf<br />
der Ansaugseite s<strong>in</strong>d deshalb häufig<br />
größer als etwa die der Filter <strong>in</strong> der<br />
Rüchaufleitung. Weiterh<strong>in</strong> kann<br />
Fe<strong>in</strong>stverschmutzung bei derartig<br />
niedrigen Druckabfällen praktisch<br />
nicht mehr ausgefiltert werden.<br />
Schwer entflammbare<br />
Flüssigkeiten s<strong>in</strong>d gegenüber<br />
Unterdruck sehr empf<strong>in</strong>dlich. Sie<br />
weisen e<strong>in</strong>e höhere spezifische<br />
Dichte als m<strong>in</strong>eralische Flüssigkeiten<br />
auf, <strong>in</strong>sbesondere, wenn es sich um<br />
2. Den Sauberkeitsgrad des Systems<br />
nach Abb. 21 bestimmen. E<strong>in</strong>e vertikale<br />
L<strong>in</strong>ie durch die Schnittstelle zwischen<br />
Druckabfallwert und Kurve des<br />
Re<strong>in</strong>heitsgrades ziehen.<br />
3. Den Multiplikationsfakton an der Horizontalachse<br />
ablesen. Diesen Faktor<br />
mit dem Ist-wert für die Nebenstrompumpen-Fördermenge<br />
multiplizieren.<br />
Nun e<strong>in</strong> Filterelement für diese<br />
geänderte Durchflußmenge bei e<strong>in</strong>em<br />
Druckabfall von 0,3 bar auswählen<br />
(entsprechend dem vom Hersteller angegebenen<br />
Nennwert für e<strong>in</strong>en sauberen<br />
Filter).<br />
Anmerkung: Um e<strong>in</strong>e annehmbare Lebensdauer<br />
zu erreichen, sollte m<strong>in</strong>destens<br />
e<strong>in</strong> Multiplikationsfaktor von 2<br />
e<strong>in</strong>gesetzt werden.<br />
Ist-Durchflußmenge x Multiplikationsfaktor<br />
= Empfohlene Filterkapazität<br />
synthetische Flüssigkeiten handelt.<br />
Somit wird der Druckabfall vor der<br />
Pumpe erhöht und gleichzeitig ist e<strong>in</strong><br />
höherer Druck enforderlich, um<br />
Flüssigkeit <strong>in</strong> die Pumpe zu fördern.<br />
Wasserglykole und<br />
Wasser/Öl-Emulsionen besitzen<br />
e<strong>in</strong>en höheren Dampfdruck. Der<br />
Unterdruck an der<br />
Pumpenansaugseite ist <strong>in</strong> diesen<br />
Fällen nach Möglichkeit auf die<br />
Hälfte des bei m<strong>in</strong>eralischen<br />
Flüssigkeiten auftretenden Wertes zu<br />
begrenzen, auch wenn die<br />
Temperatur nicht größer als 50C<br />
ist. Ohne Rücksicht darauf, ob<br />
Ansaugfilter vorhanden s<strong>in</strong>d oder<br />
nicht, muß im allgeme<strong>in</strong>en bei<br />
Verwendung derartiger Flüssigkeiten<br />
e<strong>in</strong> Vordruck an der<br />
Pumpen-ansaugseite vorgegeben<br />
se<strong>in</strong>. Siehe hierzu Abblidung 26.<br />
Bei jeder Flüssigkeit werden die<br />
Ansaugbed<strong>in</strong>gungen durch e<strong>in</strong>en<br />
Vordruck jedoch verbessert, da die<br />
zur Erzeugung e<strong>in</strong>er bestimmten<br />
Durchflußmenge zur Verfügung<br />
stehende Kraft da-durch verstärkt<br />
wird.<br />
21
Abb. 25: Tank mit negativem Flüssigkeitsdruck Abb. 26: Tank mit positivem Flüssigkeitsdruck<br />
Hier muß e<strong>in</strong> Unterdruck vorhanden<br />
se<strong>in</strong>, um die Flüssigkeit<br />
Atmoshärischer Druck<br />
anzuheben.<br />
Ansaug- Druckseite<br />
seite Pumpe<br />
Atmospärischer Druck<br />
Sowohl bei Unterdruck als auch<br />
bei Vordruck an der Ansaugseite ist<br />
bei der Bemessung von Ansaugfiltern<br />
sicherzustellen, daß das Filter<br />
(Gehäuse und Element) sowie die<br />
zugehörigen Rohrleitungen erstens<br />
den gesamten Förderstrom passieren<br />
lassen, ohne daß der zulässige<br />
AnsaugUnterdruck für die betreffende<br />
Pumpe überschritten wird, und<br />
zweitens e<strong>in</strong>en Nebenstromweg<br />
aufweisen, der auch bei blockiertem<br />
Filterelement noch die E<strong>in</strong>haltung<br />
dieses Grenzwertes gestattet (diese<br />
Anforderung bed<strong>in</strong>gt häufig die<br />
Betätigung des By-pass-Ventils bei<br />
Drücken bis herunter zu 0,085 bar.<br />
Bei diesem Niveau ist jedoch nur<br />
selten e<strong>in</strong>e ausreichende<br />
Zuverlässigkeit zu erreichen.<br />
Die Pumpe steht unter Vordruck<br />
Um Kavitation zu vermeiden, ist<br />
bei sämtlichen Berechnungen zu<br />
berücksichtigen, daß die Flüssigkeit<br />
auch e<strong>in</strong>e höhere Viskosität<br />
aufweisen kann, z. B. bei Kaltstarts.<br />
Die übliche Filterfe<strong>in</strong>heit für<br />
Ansaugfilter beträgt 75 oder 150 µm.<br />
Es s<strong>in</strong>d jedoch auch Filter-elemente<br />
mit bis zu 10 m lieferbar. Dies<br />
bedeutet große Gehäuse und<br />
wahrsche<strong>in</strong>lich auch Übergröße bei<br />
der Gestaltung der Ansaugseite.<br />
Elemente mit e<strong>in</strong>er Filterfe<strong>in</strong>heit<br />
von 75 und 150 µm scheiden<br />
den großten Teil der Partikel, die<br />
größer s<strong>in</strong>d, aus, s<strong>in</strong>d jedoch relativ<br />
unwirksam bei der Abscheidung<br />
kle<strong>in</strong>erer Partikel. Durch den E<strong>in</strong>bau<br />
von Magneten wird e<strong>in</strong> Teil der<br />
Pumpe<br />
Ansaugseite<br />
Druckseite<br />
fe<strong>in</strong>en metallischen Partikel<br />
ausgeschieden, doch müssen die<br />
Magnete <strong>in</strong>nerhalb des Filters so<br />
angeordnet se<strong>in</strong>, daß die<br />
angesammelten Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
unter ke<strong>in</strong>en Umständen wegbrechen<br />
können und dadurch ganze<br />
Schmutzklumpen <strong>in</strong> die Pumpe<br />
gelangen.<br />
E<strong>in</strong> häufig für Ansaugfilter<br />
geforderter Vorteil ist die E<strong>in</strong>fachheit<br />
der Wartung. Wenn jedoch nach der<br />
Wartung der Verschlußdeckel nicht<br />
ordnungsgemäß wieder e<strong>in</strong>gesetzt<br />
wird, kann unter Umständen Luft <strong>in</strong><br />
das System e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen. Dies bleibt<br />
oft unbemerkt und kann im System<br />
genauso schädlich wirken wie<br />
Schmutz.<br />
Abb. 27: Filtration <strong>in</strong> der Druckleitung mit Bypass-Ventil Abb. 28: Filtration <strong>in</strong> der Druckleitung ohne Bypass-Ventil<br />
Druckfilter<br />
Förderseite<br />
Ansaugseite<br />
Bypass-<br />
Ventil<br />
Druckbegrenzungsventil<br />
Pumpe Tank<br />
Pumpe<br />
Tank Tank<br />
Druckfilter<br />
Grobfilter Grobfilter<br />
Druckbegrenzungsventil<br />
Tank<br />
22
Saugfilter werden im allgeme<strong>in</strong>en<br />
<strong>in</strong> solchen Systemen e<strong>in</strong>gesetzt, wo<br />
aufgrund der Art des<br />
Wartungsverfahrens große Partikel <strong>in</strong><br />
den Tank gelangen können, zum<br />
Beispiel beim Nachfüllen. Wenn<br />
diese Filter nicht im Bypass arbeiten<br />
können, schützen sie<br />
die Pumpe gegen diese Art von<br />
Verschmutzungen. Durch e<strong>in</strong>e<br />
entsprechende Konstruktion des<br />
Tanks, bei der e<strong>in</strong> Drahtsieb oder e<strong>in</strong><br />
Beruhigungsblech vorgesehen ist,<br />
läßt sich an der Ansaugseite der<br />
Pumpe jedoch ebenfalls der<br />
zulässige Verunre<strong>in</strong>igungsgrad<br />
e<strong>in</strong>halten. Dabei können dann Siebe<br />
und Filter sowie die zugehörigen<br />
Anchlußteile <strong>in</strong> der Ansaugleitung<br />
entfallen, so daß die<br />
Saugbed<strong>in</strong>gungen für die Pumpe<br />
verbessert werden.<br />
Immer mehr Konstrukteure sehen<br />
getrennte E<strong>in</strong>fülle<strong>in</strong>richtun-gen, im<br />
allgeme<strong>in</strong>en <strong>in</strong> der Art von groben<br />
Filtern, vor, um die Notwendigkeit<br />
von Filtern <strong>in</strong> der Pumpensaugleitung<br />
zu elim<strong>in</strong>ieren.<br />
Wenn die Saugbed<strong>in</strong>gungen für<br />
die Pumpe kritisch s<strong>in</strong>d und die<br />
Füllung unter Überdruck erfolgen<br />
muß, wie häufig bei großen<br />
Kolbenpumpen mit veränderli-chem<br />
Fördervolumen, wird üblicherweise<br />
e<strong>in</strong> Filter zwischen der Speisepumpe<br />
und der Haupt-pumpe angeordnet. In<br />
diesen Fällen können die gleichen<br />
Richtl<strong>in</strong>ien wie für die Bemessung<br />
von Druck- oder Rücklauffiltern<br />
angewandt werden. Wenn e<strong>in</strong>e<br />
Pumpe mit veränderlichem<br />
Fördervolu-men jedoch von Null auf<br />
maximales Fördervolumen verstellt<br />
wird, können Unterdrücke auftreten.<br />
Die hierbei möglichen Rückwirkungen<br />
auf das Filter s<strong>in</strong>d sorgfältig zu<br />
beachten.<br />
2. Filtration <strong>in</strong> der Druckleitung<br />
Zunächst soll die Anordnung des<br />
Druckfilters im Verhältnis zur Pumpe<br />
und zum Druckbegrenzungsventil<br />
betrachtet werden.<br />
In Abbildung 27 ist das Druckfilter<br />
auf der Niederdruckseite des<br />
Druckbegrenzungsventils angeordnet.<br />
Wenn ke<strong>in</strong> Bypass-Ventil vorhanden<br />
ist, muß die Anordnung nach<br />
Abblidung 28 e<strong>in</strong>gehalten werden. Die<br />
beim Arbeitszyklus durch das Filter<br />
strömende Durchflußmenge hängt<br />
vom Systembedarf ab. Während der<br />
Entlastungsperioden tritt nur dann<br />
e<strong>in</strong>e Leckströmung auf, wenn<br />
Wegeventile mit Durchflußsper-rung<br />
<strong>in</strong> der Mittelstellung e<strong>in</strong>gesetzt<br />
werden. Wenn die Entla-stung durch<br />
Wegeventile mit offener Mittelstellung<br />
erfolgt, passiert <strong>in</strong> dieser Zeit die<br />
gesamte Pumpenfördermenge das<br />
Filter.<br />
Um das Volumen der durch das<br />
Filter strömenden Flüssigkeit zu<br />
erhöhen, ist man dazu<br />
übergegangen, das Druckfilter<br />
zwischen Pumpe und<br />
Druckbegrenzungsventil anzuordnen.<br />
Siehe hierzu Abblidung 29. Die<br />
Befürworter dieser Anordnung führen<br />
an, daß das Druckbegrenzungsventil<br />
da-bei vor den <strong>in</strong> der Pumpe<br />
erzeugten Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
geschützt wird. In Wahrheit wird<br />
jedoch dieser Schmutz durch<br />
Pumpen-verschleiß, der se<strong>in</strong>erseits<br />
dem <strong>Verschmutzungs</strong>grad der auf<br />
der Ansaugseite <strong>in</strong> die Pumpe<br />
e<strong>in</strong>tretenden Flüssigkeit direkt<br />
proportional ist, erzeugt.<br />
Die Pumpe ist meist e<strong>in</strong> teures<br />
Bauteil; deshalb sollte man mehr<br />
darauf achten, durch verm<strong>in</strong>derte<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsmengen am<br />
Pumpene<strong>in</strong>gange den Verschleiß<br />
möglichst ger<strong>in</strong>g zu halten. Bei e<strong>in</strong>er<br />
derartigen Anordnung ist e<strong>in</strong><br />
Bypass-Ventil unerläßlich. Außerdem<br />
muß der filterhersteller dafür Gewähr<br />
bieten, daß sich bei Störungen am<br />
Filter ke<strong>in</strong> zu hoher Druck an der<br />
Förderseite der Pumpe aufbaut.<br />
Wenn mit Pumpen mit<br />
veränderlichem Födervolumen<br />
gearbeitet wird, muß das das Filter<br />
durchströmende Flüssigkeitsvolumen<br />
sorgfältig analysiert wer-den.<br />
Nehmen wir das klassische Beispiel<br />
e<strong>in</strong>er druckkompensierten Pumpe im<br />
Kompensationsfall (d. h. niedriges<br />
Födervolumen bei maximalem<br />
Systembetriebsdruck), wo e<strong>in</strong> kle<strong>in</strong>es<br />
Volumen gefördert wird, ohwohl die<br />
Pumpe unter Druck arbeitet. E<strong>in</strong> <strong>in</strong><br />
der Druckleitung angeordnetes Filter<br />
scheidet dabei nur ger<strong>in</strong>ge Mengen<br />
an Verunre<strong>in</strong>igungen aus. Auch<br />
wenn e<strong>in</strong> Flüssigkeitsbedarf ansteht,<br />
ist dieser auf das Zyl<strong>in</strong>dervolumen<br />
beschränkt.<br />
Wie <strong>in</strong> Abbildung 15 im Kapitel 5<br />
dargestellt, hängt die Wirksamkeit<br />
des Filters von der Strömungsart ab,<br />
wenngleich zur Zeit noch ke<strong>in</strong><br />
Standardversuch zur Bewertung von<br />
Filtern bei Beaufschlagung mit<br />
Flüssigkeits- und Druckstößen sowie<br />
mechanischen Vibrationen existiert.<br />
Die Praxis hat gezeigt, daß sich die<br />
Filterleistung vermidert, doch hängt<br />
diese Verm<strong>in</strong>derung nicht nur von<br />
der Qualität des jeweiligen<br />
Filtermediums ab, sondern ebenso<br />
von der Konstruktion des Filters. Es<br />
bleibt zu hoffen, daß e<strong>in</strong>e E<strong>in</strong>igung<br />
auf bestimmte Standard-<br />
Versuchsparameter erfolgt und<br />
zukünftig e<strong>in</strong> Beta-Verhältniswert<br />
angegeben wird, der sich genauer<br />
auf die praktischen<br />
Filtrationsbed<strong>in</strong>gungen im<br />
<strong>Hydraulik</strong>system bezieht. Außerdem<br />
wird es <strong>in</strong> Zukunft erforderlich se<strong>in</strong>,<br />
daß dem Projekt-Ingenieur<br />
Informationen über das Verhalten<br />
von <strong>in</strong>tegrierten Bypass-Ventilen<br />
unter System-Bestriebsbed<strong>in</strong>gungen<br />
zur Verfüngung stehen.<br />
Zusätzlich zu den bei der<br />
Betätigung von Ventilen<br />
entstehenden Vibrationen und<br />
abrupten Volumen-und<br />
Druckänderungen ist e<strong>in</strong><br />
Druckleitungsfilter noch den durch<br />
die Pumpe verursachten Pulsationen<br />
ausgesetzt. Die Wirkungen derartiger<br />
Pulsationen wurden vor e<strong>in</strong>iger Zeit<br />
<strong>in</strong> e<strong>in</strong>em Prüfaufbau für hydraulische<br />
Bauteile demonstriert; dort erwies<br />
sich e<strong>in</strong> sogenannter 10-µm-Filter als<br />
praktisch absolut ungeeignet, Partikel<br />
mit e<strong>in</strong>er Größe von weniger als 5<br />
µm abzuscheiden.<br />
Da Druckfilter den gesamten<br />
Systemdruck mit ausreichender<br />
Sicherheit aushalten können müssen,<br />
ist es das Bestreben, diese Filter<br />
kle<strong>in</strong> zu halten, wodurch ihr<br />
Aufnahmevermögen für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen begrenzt ist. Die<br />
Hersteller geben üblicherweise e<strong>in</strong>e<br />
Nenndurchflußmenge bei e<strong>in</strong>em<br />
Druckabfall von etwa 1 bar für die<br />
Filter mit Bypass-Ventil und bei<br />
e<strong>in</strong>em etwas höheren Druckabfall für<br />
Filter ohne Bypass-Ventil mit<br />
hochdifferenzdruckfesten Elementen<br />
an.<br />
23
Zusammenfassend kann gesagt<br />
werden, daß Druckfilter Bed<strong>in</strong>gungen<br />
unterworfen s<strong>in</strong>d, die sich<br />
weitgehend von denjenigen<br />
unterschieden, die <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em<br />
Laboraufbau zur Prüfung von Filtern<br />
herrschen. Aus diesem Grund ist es<br />
für den Konstrukteur sehr schweirig,<br />
den Verunre<strong>in</strong>igungsgrad des<br />
jeweiligen Systems abzuschätzen.<br />
Die <strong>in</strong> Abbildung 15, Kapitel 5,<br />
angegebenen Werte basieren auf der<br />
praktischen Erfahrung unter<br />
Verwendung von Elementen guter<br />
Qualität.<br />
In bestimmten Fällen s<strong>in</strong>d<br />
Druckfilter sehr gut geeignet, das<br />
System bei plötzlichen Ausfällen der<br />
Pumpe zu schützen oder speziellen<br />
Schutz für e<strong>in</strong> bestimmtes Gerät<br />
oder e<strong>in</strong>e bestimmte Gerätegruppe<br />
zu bieten. E<strong>in</strong> Beispiel für letzteres<br />
wäre e<strong>in</strong> Servoventil, dessen Ausfall<br />
teuer zu stehen käme, obwohl<br />
anzumerken bleibt, daß e<strong>in</strong><br />
Druckfilter e<strong>in</strong> Servoventil nicht<br />
gegen Verunre<strong>in</strong>igungen, die durch<br />
Zyl<strong>in</strong>derstangendichtungen<br />
e<strong>in</strong>gedrungen s<strong>in</strong>d, schützt. Hier<br />
wäre e<strong>in</strong> Filter ohne Bypass-<br />
Ventil e<strong>in</strong>zubauen, das sicherstellt,<br />
daß das Filterelement dem<br />
größtmöglichen Differenzdruck<br />
widersteht. Bei Filtern mit<br />
By-pass-Ventil sollte e<strong>in</strong>e<br />
Warnvorichtung vorhanden se<strong>in</strong>, die<br />
die Verschmutzung des Elements<br />
anzeigt.<br />
H<strong>in</strong>sichtlich der Wartung ist zu<br />
sagen, daß das System zum<br />
Auswechseln der Elemente außer<br />
Betrieb gesetzt werden muß, wenn<br />
nicht externe Umgehungen<br />
vorhanden s<strong>in</strong>d. Beim<br />
Elementwechsel geschieht es häufig,<br />
daß Luft <strong>in</strong> das System gelangt.<br />
Damit die Masch<strong>in</strong>e wieder<br />
zufrieden-stellend arbeitet, muß das<br />
System entlüftet werden.<br />
3. Filtration im Rücklauf<br />
Die übliche Anordnung e<strong>in</strong>es<br />
Filters <strong>in</strong> der Rücklaufleitung ist<br />
<strong>in</strong> Abb. 30 dargestellt. Dabei fließt<br />
die gesamte Rücklaufflüssigkeit<br />
durch das Filter. Die von den<br />
Pumpen, Motoren und bestimm-ten<br />
Ventilen kommenden Leckölleitungen<br />
dürfen ke<strong>in</strong>en, über die System-<br />
Rücklaufleitung übertragenen,<br />
Druckstößen ausgesetzt werden; sie<br />
s<strong>in</strong>d getrennt zum Tank<br />
zurückzuführen.<br />
Wenn hohe Druckstöße auftreten<br />
(z. B. <strong>in</strong>folge unkontrollierter<br />
Dekompression oder hoher<br />
Beschleunigung der Flüssigkeitssäüle<br />
<strong>in</strong> der Tankleitung des<br />
Druckbegrenzungsventils, wenn<br />
dieses Ventil anspricht), ist<br />
es <strong>in</strong> bestimmten Fällen<br />
unerwünscht, diese Druckstöße<br />
durch das Filter zu leiten. Um e<strong>in</strong>en<br />
Zusammenbruch des Filterelementes<br />
<strong>in</strong>folge hoher Viskosität der<br />
Flüssigkeit, z. B. bei e<strong>in</strong>em Kalstart<br />
oder bei stark verschmutztem<br />
Element, zu vermeiden, ist e<strong>in</strong><br />
<strong>in</strong>ternes oder e<strong>in</strong> externes<br />
Bypass-Ventil vorzusehen.<br />
Abb. 29: Anordnung des Druckfilters vor dem Druckbegrenzungsventil<br />
bewirkt konstanten Filterstrom Abb. 30: Rücklaufleitungs-Filtration; Grundanordnung<br />
Bypass-<br />
Ventil<br />
Pumpe<br />
Druckfilter<br />
Grobfilter<br />
Druckbegrenzungsventil Zyl<strong>in</strong>der<br />
Tank<br />
Pumpe<br />
Tank Tank<br />
Grobfilter<br />
Druckbegrenzungsventil<br />
Bypass-<br />
Ventil<br />
Wegenventil<br />
Tank<br />
Rücklauffilter<br />
24
Wenn das Bypass-Ventil <strong>in</strong>folge<br />
von Druckstößen bei ger<strong>in</strong>gen<br />
Durchflußmengen anspricht, darf die<br />
zirkulierende Flüssigkeit nicht durch<br />
den bereits im Filter angesammelten<br />
Schmutz verunre<strong>in</strong>igt werden. Infolge<br />
der Natur der<br />
<strong>in</strong> den meisten Rückleitungen<br />
auftretenden Druckstöße verm<strong>in</strong>dert<br />
sich die Filterleistung. Falls ke<strong>in</strong>e<br />
präzisen Daten vorliegen, ist das<br />
Filter anhand der Angaben für<br />
pulsierenden Durchfluß <strong>in</strong> Abb. 15,<br />
Kapitel 5, auszuwählen.<br />
Bei Rücklauf-Vollstromfiltration<br />
müssen die Filter e<strong>in</strong>e ausreichende<br />
Kapazität aufweisen, so daß sie die<br />
maximal auftretende Rücklaufmenge<br />
(e<strong>in</strong>schließlich der den Pumpenstrom<br />
überschreitenden, wenn z. B.<br />
Differentialzyl<strong>in</strong>der verwendent<br />
werden) verarbeiten können, ohne<br />
daß sich das Bypass-Ventil öffnet.<br />
Dazu ist e<strong>in</strong>e sorgfältige<br />
Abschätzung der Durchflußmenge an<br />
den Filtern erforderlich. Auch hier<br />
gelten die H<strong>in</strong>weise bezüglich des<br />
E<strong>in</strong>satzes von Pumpen mit variablem<br />
Fördervolumen, da das Filter bei<br />
druckkompensierten Pumpen nur von<br />
der dem Zyl<strong>in</strong>dervolumen<br />
entsprechenden Menge durchströmt<br />
wird.<br />
Bei bestimmten Systemen ist e<strong>in</strong>e<br />
Teilstromfiltration des Rücklaufs<br />
zulässig, wobei das By-pass-Ventil<br />
(<strong>in</strong>tern oder extern) stets e<strong>in</strong>en<br />
Bruchteil des Hauptstroms<br />
h<strong>in</strong>durchläßt. Bei e<strong>in</strong>er derartigen<br />
Anordnung muß die den Filter<br />
durchströmende Durch- flußmenge<br />
entsprechend dem jeweiligen Fall<br />
bemessen werden. In e<strong>in</strong>igen Fällen<br />
kann e<strong>in</strong>e zufriedenstellende<br />
Leistung bereits dann erreicht<br />
werden, wenn nur 10% der<br />
Flüssigkeit durch das Filterelement<br />
fließen.<br />
Zusammenfassend kann gesagt<br />
werden, daß e<strong>in</strong> Rücklauffilter das<br />
System nicht gegen Verschmutzung<br />
aus der Umwelt, die durch<br />
Entlüftungsventile oder beim<br />
Nachfüllen e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gt, schützt.<br />
Abb. 31: Aufbau e<strong>in</strong>es Nebenstrom-Filtrationssystems. Die Ventile (a) und (b) können so angeordnet<br />
werden, daß die Flüssigkeit entweder beim E<strong>in</strong>füllen oder beim Ablassen gefiltert wird.<br />
Wenn jedoch von Anfang an der<br />
Tank sauber gehalten wird und<br />
Vorsichtsmaßnahmen gegen das<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verunre<strong>in</strong>igungen aus<br />
der Umgebung ergriffen werden, zeigt<br />
die Erfahrung, daß mit Rücklauffiltern<br />
e<strong>in</strong>e wirksame Filtration auf<br />
wirtschaftliche Weise zu erreichen ist.<br />
Nebenstromfiltration<br />
Tank<br />
Rückschlagventil<br />
Filter<br />
Pumpe<br />
Es wurde bereits darauf<br />
h<strong>in</strong>gewiesen, daß die Effektivität von<br />
Filtern, sowohl <strong>in</strong> der Druck-als auch<br />
<strong>in</strong> der Rücklaufleitung, durch Druck<br />
und Flüssigkeitsstöße, Pul-sationen,<br />
Vibrationen usw. verm<strong>in</strong>dert wird,<br />
und zwar bis zu e<strong>in</strong>em von der Art<br />
des Filtermediums und der<br />
Filterkonstruktion abhängigen<br />
Umfang.<br />
Bei stetigem Strom, möglichst<br />
druckschwankungsfrei, ergibt sich<br />
e<strong>in</strong>e optimale Filterleistung. Die<br />
e<strong>in</strong>fachste Möglichkeit zur Erreichung<br />
dieses Ziels besteht dar<strong>in</strong>, das Filter<br />
aus dem Hauptsystem<br />
herauszunehmen und <strong>in</strong> e<strong>in</strong>e<br />
Umwälze<strong>in</strong>heit mit unabhängigem<br />
Antrieb e<strong>in</strong>zusetzen, so daß die<br />
(a) 3/2-Wegenventil<br />
Elektromotor<br />
3/2-Wegenventil (b)<br />
Anschluß zum Ablassen und Füllen<br />
Filterleistung besser zu kalkulieren ist.<br />
E<strong>in</strong>e charakteristische Anordung, obwohl<br />
noch an den Systemtank<br />
angeschlossen, ist <strong>in</strong> Abb. 31<br />
dargestellt. Der wahrsche<strong>in</strong>liche<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad bei stetigem<br />
Durchfluß, bezogen auf die drei<br />
Filtergrößen, ist <strong>in</strong> Abb. 15, Kapitel 5,<br />
aufgeführt. Die Genauigkeit, mit der die<br />
Durchflußmenge e<strong>in</strong>gehalten wird,<br />
bestimmt, ob der jeweilige<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad erreicht und<br />
e<strong>in</strong>gehalten werden kann.<br />
E<strong>in</strong>e vernünftige Qualität der<br />
Konstruktion und der Fertigung des<br />
Systems vorausgesetzt, dürften die<br />
wichtigsten Faktoren bei der<br />
Festlegung der Durchflußmenge für<br />
Nebenstromfiltration die<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen und die<br />
Tankgroße se<strong>in</strong>. Aufgrund der bis<br />
heute gesammelten praktischen<br />
Erfahrungen können die <strong>in</strong> Abb. 32<br />
aufgeführten Richtwerte zugrunde<br />
gelegt werden. Die daraus<br />
abgeleitete Durchflußmenge läßt sich<br />
dann zur Festlegung der Filtergröße<br />
nach dem <strong>in</strong> Kapitel 5 dargelegten<br />
Verfahren benutzen.<br />
25
Abb. 32: E<strong>in</strong>heitswerte für die Durchflußmenge bei Nebenstromfiltration<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen Durchflußmenge (l/m<strong>in</strong>.) als Prozentsatz des Tankvolumens (Liter)<br />
GUT 5%<br />
MITTEL 10%<br />
SCHLECHT 20%<br />
Bei Nebenstromfiltration wird die<br />
Aufgabe des Konstrukteurs<br />
vere<strong>in</strong>facht, da er ke<strong>in</strong>e Rücksicht<br />
auf die Strom-und<br />
Druckeigenschaften des<br />
Hauptsystems nehmen muß. Er kann<br />
den besten Filter wählen und die am<br />
besten geeignete Durchflußmenge<br />
festlegen und dann die Filtergröße<br />
so e<strong>in</strong>setzen, daß sich die<br />
gewünschte Wartungsfrequenzergibt.<br />
Falls der gewünschte<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad nicht erreicht<br />
wird, lassen sich Korrekturen<br />
h<strong>in</strong>sichtlich der Durchflußmenge oder<br />
des Filtertyps leicht durchführen,<br />
ohne daß dadurch die Konstruktion<br />
des Hauptsystems bee<strong>in</strong>flußt wird.<br />
Weiterh<strong>in</strong> kann das<br />
Nebenstromsystem vor dem<br />
Hauptsystem <strong>in</strong> Betrieb genommen<br />
werden, um die <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
im Tank zu re<strong>in</strong>igen und den<br />
vorhandenen <strong>Verschmutzungs</strong>grad<br />
nach Inbetriebnahme des<br />
Hauptsystems an der Pumpe<br />
herabzusetzen. Durch die E<strong>in</strong>fügung<br />
e<strong>in</strong>er e<strong>in</strong>fachen Ventilanordnung läßt<br />
sich erreichen, daß zunächst die<br />
Erstfüllung und dann die Nachfüllung<br />
filtriert werden. Im Idealfall läuft das<br />
Nebenstromsystem kont<strong>in</strong>uierlich, so<br />
daß sich im Tank bei jeder<br />
Inbetriebnahme des Hauptsystems<br />
nur saubere Flüssigkeit bef<strong>in</strong>det.<br />
Im Unterschied zu den<br />
Hauptstromfiltern filtriert das<br />
Nebenstromsystem die Flüssigkeit<br />
auch dann, wenn Pumpen mit<br />
varia-blem Fördervolumen im<br />
untersten Fördermengenbereich<br />
arbeiten.<br />
Da die Nebenstromfilter vom<br />
Hauptsystem unabhängig s<strong>in</strong>d,<br />
können sie an der für die Wartung<br />
am besten geeigneten Stellen<br />
angeordnet werden. E<strong>in</strong> Elementwechsel<br />
hat ke<strong>in</strong>en E<strong>in</strong>fluß<br />
auf das Hauptsystem. Diese Arbeit<br />
kann jederzeit ausgeführt werden,<br />
ohne daß das Hauptsystem<br />
abgeschaltet werden muß, und ohne<br />
daß Luft <strong>in</strong> das Hauptsystem gelangen<br />
kann. An die Fähigkeiten des<br />
Wartungspersonals werden somit fast<br />
ke<strong>in</strong>e Ansprüche gestellt.<br />
Ob die Nebenstromfiltration als<br />
e<strong>in</strong>zige Filtrationsmaßnahme<br />
angewandt werden kann, hängt von<br />
vielen Faktoren <strong>in</strong> bezug auf die<br />
Eigenschaften, den Umfang und den<br />
Urspr<strong>in</strong>g der Verunre<strong>in</strong>igungen ab.<br />
Da es sich um e<strong>in</strong>e partielle<br />
Filtration handelt, muß entschieden<br />
werden, ob e<strong>in</strong> spezieller Schutz<br />
e<strong>in</strong>zelner Komponenten oder<br />
Komponentengrup-pen vor<br />
vagabundierenden Partikeln<br />
erforderlich ist, um plötzliche Ausfälle<br />
zu verh<strong>in</strong>dern.<br />
Rückblick<br />
In den bisherigen Ausführungen<br />
wurde versucht zu zeigen, daß je<br />
nach Umständen, Möglichkei-ten,<br />
sowohl zur Ansaugleitung als auch<br />
zur Druckleitungs-, zur<br />
Rücklaufleitungs- oder zur<br />
Nebenstromfiltration bestehen. Dies<br />
vor dem H<strong>in</strong>tergrund, daß die<br />
Filterhersteller bis vor e<strong>in</strong>iger Zeit<br />
behaupteten, daß Druckleitungsfilter<br />
sämtliche Probleme lösen könnten<br />
und die nun e<strong>in</strong> Rücklauffilter-Programm<br />
anbieten.<br />
Umgekehrt gibt es Hersteller von<br />
Rücklauffiltern, <strong>in</strong> deren Angebot sich<br />
nun Druckleitungsfilter bef<strong>in</strong>den.<br />
Der wichtigste Punkt besteht<br />
dar<strong>in</strong>, zu erkennen, daß auch beim<br />
Entwurf e<strong>in</strong>es Filtrationssystems<br />
Risiken e<strong>in</strong>gegangen werden<br />
müssen, genauso wie auf allen<br />
anderen Gebieten der Technik. E<strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>ziges Partikel <strong>in</strong> der<br />
Größenordnung von 5 bis 10 µm kann<br />
e<strong>in</strong>e Systemstörung verursachen, wenn<br />
es zu e<strong>in</strong>em kritischen Zeitpunkt an der<br />
falschen Stelle ersche<strong>in</strong>t.<br />
Der Werkzeugmasch<strong>in</strong>enkonstrukteur<br />
hat vielleicht den Vorteil,<br />
die Leistung e<strong>in</strong>es Filtrationssystems<br />
an e<strong>in</strong>em Prototyp ausprobieren und<br />
Änderungen vor der<br />
Fertigungsaufnahme durchführen zu<br />
können. Der Konstrukteur von<br />
Großanlagen, wie z. B. Walzwerken,<br />
hat diese Gelegenheit h<strong>in</strong>gegen<br />
nicht. Se<strong>in</strong> Entwurf muß von<br />
vornhere<strong>in</strong> alle Fehlerquellen<br />
berücksichtigen. Er muß<br />
gegebe-nenfalls sämtliche ihm zur<br />
Verfügung stehende Verfahren zur<br />
Auswahl von Filtern anwenden, um<br />
das Risiko teurer Ausfälle so kle<strong>in</strong><br />
wie möglich zu halten. Das Risiko<br />
besteht so lange, bis a)<br />
realistischere Daten über die<br />
Filterleistung vorliegen und b)<br />
die Wartungspraxis wesentlich<br />
verbessert worden ist.<br />
Der Inhalt der vorstehenden<br />
Absätze läßt sich am besten anhand<br />
e<strong>in</strong>er Abbildung (Abb. 33) darstellen.<br />
Aus dieser Darstellung ist ersichtlich,<br />
daß nur die Kon-trolle der den<br />
E<strong>in</strong>zelheiten anhaftenden<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen durch sorgfältige<br />
Installation und Aus-nützung aller<br />
vorhandenen Möglichkeiten zur<br />
Verh<strong>in</strong>derung von Verunre<strong>in</strong>igung<br />
durch e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>genden Schmutz zu<br />
dem Ziel führen, die im System<br />
erzeugte Verunre<strong>in</strong>igung auf e<strong>in</strong>em<br />
zulässigen Niveau zu halten.<br />
Die Menge der <strong>in</strong> die Pumpe<br />
e<strong>in</strong>tretenden Verunre<strong>in</strong>igungen stellt<br />
e<strong>in</strong>en kritischen Faktor dar. Diese<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen s<strong>in</strong>d derart zu<br />
kontrollieren, daß die <strong>in</strong> der<br />
Abbildung durch e<strong>in</strong>en Ausfall<br />
dargestellte Wirkung verh<strong>in</strong>dert wird.<br />
Die Schwierigkeit, derartige<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen durch Ansaug-filter<br />
zu kontrollieren, wurde deutlich<br />
dargelegt. Solche Filter sollten<br />
hauptsächlich dem Zweck dienen,<br />
den E<strong>in</strong>tritt großer Partikel <strong>in</strong> die<br />
Pumpe zu verh<strong>in</strong>dern, damit ke<strong>in</strong>e<br />
plötzlichen Ausfälle auftreten.<br />
26
Abb. 33: Darstellung der Filtrations-Grundgleichung<br />
Durch das Entlüftungsventil<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
SystemGesamtverschmulzung<br />
=<br />
An Bauteilen<br />
anhaftende<br />
Verschmutzungen +<br />
Bypass-<br />
Ventil<br />
Bypass<br />
In Flüssigkeit vorhandeneVerVer-<br />
+<br />
unre<strong>in</strong>igungen<br />
Durch das<br />
Entlüftungsventil<br />
+<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Mit Flüssigkeit<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende +<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Die Pumpe zermahlt die vorhandenen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen und erzeugt dadurch<br />
zusätzliche Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Druckfilter Ansaugfilter<br />
Rücklauffilter<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen <strong>in</strong> der<br />
Nachfüllflüssigkeit<br />
Anhaftende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Über Zyl<strong>in</strong>der<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Rücklauf filter-<br />
Faktor<br />
Bypass<br />
Durch die Zyl<strong>in</strong>derstangendichtungen<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
+<br />
Erzeugte<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Druck- und<br />
Rücklauffilter-<br />
Faktor<br />
+<br />
Durch Leitungsfilter<br />
ausgeschiedene<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
Nebenstromfilter<br />
–<br />
Durch Nebenstromfilter<br />
ausgeschiedene<br />
Verunre<strong>in</strong>gungen<br />
27
Auf der Druckseite der Pumpe<br />
wird die Fähigkeit e<strong>in</strong>es Druckfilters,<br />
Partikel abzuscheiden, weitgehend<br />
durch abrupte Änderun-gen der<br />
Durchflußmenge und des Drucks<br />
bee<strong>in</strong>trächtigt. Diese Änderungen<br />
führen dazu, daß Partikel durch das<br />
Filtermedium gepreßt werden. Aus<br />
der Praxis ist bekannt, daß an<br />
Nebenstromventilen unter<br />
bestimmten Um-ständen Störungen<br />
auftreten können. Durch die<br />
Filterkonstruktion muß deshalb<br />
verh<strong>in</strong>dert werden, daß die<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em solchen<br />
Fall anfangen zu wandern.<br />
Durch die Zyl<strong>in</strong>derstangendichtungen<br />
e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
können sich, auch wenn sie<br />
zum unteren<br />
Größenord-nungsbereich gehören,<br />
trotzdem zu größeren Mengen<br />
ansammeln. Die Leistung e<strong>in</strong>es<br />
Rückleitungs-filters hängt wiederum<br />
von der Größe der Änderungen von<br />
Durchflußmenge und Druck ab.<br />
Mittels Nebenstromfiltration läßt<br />
sich e<strong>in</strong>e optimale Filtrationsleistung<br />
erreichen, so daß der<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad besser<br />
kontrolliert werden kann. Die<br />
Mög-lichkeiten zur Ausscheidung von<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen hängen nicht nur<br />
von Filterfe<strong>in</strong>heit ab, sondern<br />
außerdem auch von der<br />
Durchflußmenge. Damit e<strong>in</strong>e dem<br />
Endbenutzer zumutbare<br />
Elementlebensdauer erreicht wird,<br />
muß e<strong>in</strong> ausreichendes<br />
Aufnahmevermögen für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen vorgesehen<br />
werden.<br />
Zur Erleichterung der Arbeit<br />
wurden die wichtigsten Entwurfstufen<br />
aus dem Text zusammengefaßt und<br />
<strong>in</strong> Kapitel 7 aufgeführt.<br />
Kapitel 7<br />
Entwurfstufen und Arbeitsbeispiele<br />
Entwurfstufen<br />
1. Die kritischen Komponenten<br />
feststellen. Wie <strong>in</strong> Kapitel 3 dargelegt,<br />
ist die Pumpe <strong>in</strong> vielen<br />
Systemen die kritischste Komponente.<br />
Wenig betätigte und<br />
dauernd unter Druck stehende<br />
Kolbenventile benötigen jedoch<br />
ebenfalls Schutz vor Verschlammung.<br />
Weiterh<strong>in</strong> müssen im unterenE<strong>in</strong>stellbereich<br />
arbeitende Mengenregelventile<br />
unabhängig vom<br />
Druck vor Verschlammung<br />
geschützt werden. Auch Mengenoder<br />
Druck-Steuerventile erreichen<br />
e<strong>in</strong>e höhere Reproduzierbarkeit,<br />
wenn die Verschlammung<br />
unter Kontrolle gehalten<br />
wird. Mit-tels der Verunre<strong>in</strong>igungstabelle,<br />
Abb. 10, ist die <strong>Verschmutzungs</strong>empf<strong>in</strong>dlichkeit<br />
der<br />
Systemkomponenten<br />
zu bestimmen, d.h.<br />
a) Sehr empf<strong>in</strong>dliche Komponenten,<br />
z. B. Proportionalsteuere<strong>in</strong>heiten<br />
b) Durchschnittliche <strong>Hydraulik</strong>komponenten,<br />
e<strong>in</strong>schließlich der<br />
meisten Pumpen<br />
c) Unempf<strong>in</strong>dliche Komponenten,<br />
z. B. unter niedrigem Druck arbeitende<br />
Bauteile. Wenn der<br />
Systemdruck bekannt ist, kann<br />
der ge-wünschte <strong>Verschmutzungs</strong>-grad<br />
(Bandbriete) festgelegt<br />
werden.<br />
2. Aus Abb. 15 bestimmen, welche<br />
Filterkategorie sowohl h<strong>in</strong>sichtlich<br />
Konstanstrom<br />
als auch h<strong>in</strong>sichtlich pulsierendem<br />
Strom erforderlich<br />
ist. Dieser Faktor ist nur e<strong>in</strong>er<br />
derjenigen, die bei der Be-stimmung<br />
der Anzahl, der<br />
Art und der Größe der Filter zu<br />
berücksichtigen ist.<br />
3. Die e<strong>in</strong>zelnen potentiellen Verunre<strong>in</strong>igungsstellen<br />
detailliert betrachten<br />
(siehe<br />
Abb. 20). Die Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen<br />
s<strong>in</strong>d selten völlig unbekannt,<br />
doch haben die<br />
Projekt-Ingenieure, wie auf vielen<br />
Gebieten der Technik, auch hier<br />
häufig unzureichende Kenntnisse<br />
von den praktischen Gegebenheiten.<br />
Aus Abb. 20 s<strong>in</strong>d die e<strong>in</strong>zelnen<br />
kritischen Punkte ersichtlich.<br />
Wenn das System besser<br />
gegen das E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
geschützt wird,<br />
können sich die Anlagekosten<br />
zunächst erhöhen.<br />
Auf die Dauer verm<strong>in</strong>dern sich<br />
jedoch die Betriebsko-sten. Der<br />
wichtigste Faktor s<strong>in</strong>d die Gesamtkosten.<br />
Ent-sprechend Abb.<br />
21 s<strong>in</strong>d die e<strong>in</strong>zelnen Möglichkeiten<br />
zur Kontrolle der Verschmutzung<br />
sorgfältig zu untersuche.<br />
Anschließend ist das System<br />
entsprechend Abb. 21 e<strong>in</strong>zuordnen.<br />
4. Die E<strong>in</strong>bauorte für die Filter festlegen.<br />
Auch dabei ist zu<br />
berücksichtigen, daß die wirtschaftlichste<br />
Lösung sowohl von<br />
den Anlage- wie auch von den<br />
Betriebskosten abhängt.<br />
5. Die Durchflußmenge an den e<strong>in</strong>zelnen<br />
Filter-E<strong>in</strong>bauorten feststellen.<br />
Dabei ist zu be-achten,<br />
daß Pumpen mit ver-änderlichem<br />
Fördervolumen, wie druckkompensierte<br />
Pumpen, häufig<br />
längere Zeit mit ger<strong>in</strong>ger Förderleistung,<br />
jedoch unter vollem Betriebsdruck<br />
arbeiten und die<br />
Pumpe deshalb geschützt werden<br />
muß. Am Filter können auch<br />
Durchflußmengen oberhalb der<br />
maximalen Pumpen-Fördermenge<br />
auftreten, z. B. die an der Kolbenfläche<br />
e<strong>in</strong>es Differentialzyl<strong>in</strong>ders<br />
austretende Flüssigkeitsmenge.<br />
Unkontrollierte<br />
Flüssigkeitsdekompression kann<br />
kurzzeitig ebenfalls zu sehr hohen<br />
Durchflußmengen führen.<br />
6. Den maximal zulässigen Druckabfall<br />
am jeweiligen Filter bestimmen.<br />
Dabei s<strong>in</strong>d sämtliche<br />
Betriebsbed<strong>in</strong>gungen, wie Kaltstarts<br />
usw., zu berücksichtigen.<br />
7. Die Strömungsart am jeweiligen<br />
E<strong>in</strong>bauort analysieren. In den<br />
Druck- und Rückleitungen tritt<br />
wahrsche<strong>in</strong>lich pulsierender<br />
Druck auf (Abb. 15). Bei Nebenstromfiltration<br />
kann gleichbleibende<br />
Strömung angenommen<br />
werden. Nun lassen sich die Filterwerte<br />
bestimmen.<br />
28
8. Filtergröße<br />
a) Druckfilter werden nach Abb.<br />
22 bestimmt.<br />
b) Rücklauffilter werden nach<br />
Abb. 23 bestimmt.<br />
c) Nebenstromfilter werden nach<br />
Abb. 24 bestimmt.<br />
9. Das geeignete Anzeigegerät für<br />
den Filterzustand entsprechend<br />
den vom Benutzer festgelegten<br />
Forderungen auswählen (diese<br />
Anforderungen erfragen und nicht<br />
erraten).<br />
10. Bei kont<strong>in</strong>uierlich arbeitenden<br />
Anlagen entsprechend konstruierte<br />
E<strong>in</strong>richtungen bereithalten,<br />
damit die Anlage zum Elementwechsel<br />
nicht angehalten<br />
werden muß (bei Nebenstromfiltration<br />
nicht erforderlich).<br />
11. Sicherstellen, daß die Filter zur<br />
Wartung leicht zugänglich s<strong>in</strong>d.<br />
Beispiel 1: Druckleitungsfiltration<br />
A<br />
Arbeitsspiel<br />
System ständig unter Last, die<br />
Stellglieder werden jedoch nur<br />
selten betätigt.<br />
B<br />
P T<br />
12. Kontrollieren, ob die Arbeitsweise<br />
der Komponenten durch<br />
den E<strong>in</strong>bau von Filter <strong>in</strong> den<br />
Hauptstrom nicht bee<strong>in</strong>trächtigt<br />
wird.<br />
13. Sicherstellen, daß das Filtermaterial<br />
mit der systemflüssigkeit<br />
voll verträglich ist.<br />
14. Die Anforderungen h<strong>in</strong>sichtlich<br />
Langzeitbetrieb beachten. Insbesondere<br />
bei großen Systemen<br />
s<strong>in</strong>d Möglichkeiten zum<br />
Durchspülen von Abschnitten,<br />
aus denen die <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
nicht von selbst abfließen<br />
kann, vorzusehen.<br />
15. Entnahmestellen vorsehen.<br />
16. Empfehlungen für die <strong>Verschmutzungs</strong><strong>kontrolle</strong><br />
durch den Anwender<br />
erstellen. Die Methoden<br />
zur Aufzeichnung von Daten und<br />
zur Analyse der Ergebnisse werden<br />
<strong>in</strong> Kapitel 8 dargelegt.<br />
Arbeitsbeispiele<br />
Aus den folgenden Beispeilen ist<br />
zu entnehmen, wie mit den<br />
verschiedenen Kurven und Tabellen<br />
gearbeiten werden kann, sobald der<br />
Filter-E<strong>in</strong>bauort festgelegt worden ist.<br />
A B<br />
P T<br />
Filter-Bypass-<br />
Ventil auf 3 bar<br />
e<strong>in</strong>gestellt<br />
Pumpenförderleistung<br />
30 l/m<strong>in</strong>.<br />
A B<br />
P T<br />
Beispiel 1:<br />
Druckleitungsfiltration<br />
Maximaler Systemdruck 140 bar.<br />
Pumpe mit festem Fördervolumen,<br />
Förderleistung 30 l/m<strong>in</strong>.<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>empf<strong>in</strong>dlichkeit der<br />
Komponenten: Kle<strong>in</strong>e Kolbenventile,<br />
unter Druck stehend und deshalb<br />
empf<strong>in</strong>dlich gegen Verschlammung.<br />
In den Verunre<strong>in</strong>igungskurven<br />
(Abb. 10) die Kurve für<br />
durchschnittliche Komponenten und<br />
140 bar nehmen. Empfohlenes Profil:<br />
17/13. Aus Abbildung 15 den Filter<br />
für Grad 17/13 bei 5 und 15 µm<br />
auswählen. Dabei mögliche<br />
Verschlammung <strong>in</strong> Betracht ziehen.<br />
E<strong>in</strong>en Filter für teilweise<br />
Fe<strong>in</strong>stabscheidung wählen.<br />
Die Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen s<strong>in</strong>d<br />
gut, der E<strong>in</strong>tritt von Verunre<strong>in</strong>igung<br />
kann jedoch nur wenig oder gar nicht<br />
kontrolliert werden, da sich Zyl<strong>in</strong>der<br />
im System bef<strong>in</strong>den. Die<br />
Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen entsprechen<br />
deshalb dem Grad 3 (Abb. 21).<br />
Der Druckabfall am Filterelement<br />
wird durch e<strong>in</strong> Bypass-Ventil auf 5<br />
bar begrenzt. Aus den<br />
Auswahlkurven für Druckleitungsfilter<br />
(Abb. 22) ergibt sich am Schnitt-<br />
140 bar<br />
A B<br />
P T<br />
29
-punkt der Kurve für Grad 3 bei<br />
e<strong>in</strong>em Druck von 3 bar e<strong>in</strong> Multiplikationsfaktor<br />
von 1,4.<br />
Deshalb: Durchflußkapazität des<br />
Filters bei e<strong>in</strong>em Druckabfall von 1<br />
bar = 30 l/m bei sauberer<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
(Pumpenfördermenge x 1,4 = 42<br />
l/m<strong>in</strong>). Der Druckabfall am<br />
Filterelement ist der Viskosität<br />
proportional.<br />
Zusammenfassung: Für das<br />
System ist e<strong>in</strong> Filter für e<strong>in</strong>e<br />
Durchflußmenge von 42 l/m<strong>in</strong><br />
bei e<strong>in</strong>em Druckabfall von 1 bar bei<br />
sauberer <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit und bei<br />
der vorher festgelegten Viskosität der<br />
Systemflüssigkeit zur teilweisen<br />
Fe<strong>in</strong>stfiltration er-forderlich.<br />
Beispiel 2: Rücklauffiltration<br />
Maximaler Systemdruck 70 bar.<br />
Pumpe mit konstantem<br />
Fördervolumen, Förderleistung 100<br />
l/m<strong>in</strong>. <strong>Verschmutzungs</strong>empf<strong>in</strong>dlichkeit<br />
der Komponenten: Pumpe, Ventil<br />
und Zyl<strong>in</strong>der können als<br />
durchschnittlich<br />
verunre<strong>in</strong>igungsempf<strong>in</strong>dlich<br />
klassifiziert werden.<br />
Aus der Darstellung der<br />
Verunre<strong>in</strong>igungskurven (Abb. 10) ist<br />
diejenige für durchschnittliche<br />
Komponenten bei 70 bar<br />
auszusuchen. Das empfohlene<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsprofil entspricht<br />
19/15. Nun ist aus Abb. 15 e<strong>in</strong> Filter<br />
Beispiel 2: Rücklaufleitungsfiltration<br />
Arbeitsspeil<br />
Die Pumpe arbeitet kont<strong>in</strong>uierlich,<br />
die Zyl<strong>in</strong>der werden jedoch nur<br />
etwa alle 2 M<strong>in</strong>uten betätigt<br />
diesem Grad entsprechend<br />
auszuwählen. In diesem Fall könnte<br />
e<strong>in</strong> Grobfilter verwendet werden. Da<br />
sich jedoch e<strong>in</strong><br />
Druckbegrenzungsventil durch den<br />
Filter entlädt und außerdem<br />
wahrsche<strong>in</strong>lich Dekompressionsstöße<br />
auftreten, wird e<strong>in</strong> Filter zur<br />
teilweisen Fe<strong>in</strong>stfiltration empfohlen.<br />
Die maximale Durchflußmenge am<br />
Filter beträgt 200 l/m<strong>in</strong> bei e<strong>in</strong>em<br />
Zyl<strong>in</strong>der mit e<strong>in</strong>em Flächenverhältnis<br />
von 2:1.<br />
Die Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen s<strong>in</strong>d<br />
gut, wobei die Verunre<strong>in</strong>igung durch<br />
E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Verschmutzung bis<br />
zu e<strong>in</strong>em gewissen Maß unter<br />
Kontrolle steht. Es wird Grad 2<br />
vorgeschlagen (Abb. 21).<br />
Der Druck am Filterelement wird<br />
durch das Bypass-Ventil auf 1,5 bar<br />
begrenzt. Aus den Auswahlkurven für<br />
Rücklauffilter (Abb. 23) läßt sich<br />
entnehmen, daß sich am<br />
Schnittpunkt der Kurve für Grad 2<br />
und e<strong>in</strong>em Druck von 1,5 bar e<strong>in</strong><br />
Multiplikationsfaktor von weniger als<br />
1 ergeben würde. In derartigen<br />
Fällen wird der M<strong>in</strong>destfaktor 1<br />
e<strong>in</strong>gesetzt. Hier ist genügend<br />
Durchflußkapazität vorhanden, um<br />
den größeren Ölstrom beim<br />
E<strong>in</strong>fahren des Zyl<strong>in</strong>ders<br />
aufzunehmen. Während der<br />
belastungsfreien Zeiten fließt durch<br />
den Filter lediglich e<strong>in</strong>e Menge von<br />
100 l/m<strong>in</strong>.<br />
A<br />
B<br />
P T<br />
Flächenverhältnis im Zyl<strong>in</strong>der 2:1<br />
Zusammenfassung: In diesem<br />
Fall wird e<strong>in</strong> Filter zur teilweisen<br />
Fe<strong>in</strong>stfiltration für e<strong>in</strong>e<br />
Durchflußmenge von 200 l/m<strong>in</strong> bei<br />
e<strong>in</strong>em Druck von 0,3 bar bei<br />
sauberer Flüssigkeit und der<br />
vorherbestimmten<br />
Flüssigkeitsviskosität benötigt. Der<br />
Druckabfall am Element ist der<br />
Viskosität proportional.<br />
Beispiel 3: Nebenstromfiltration<br />
Maximaler Systemdruck 200 bar.<br />
Druckkompensierte Pumpe mit<br />
veränderlichem Fördervolumen;<br />
maximale Förderleistung 70 l/m<strong>in</strong>.<br />
Tankkapazität 200 Liter.<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsempf<strong>in</strong>dlichkeit der<br />
Komponenten: Kritische Komponente<br />
ist die Pumpe.<br />
Von den Kurven für den<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrad (Abb. 10) ist die<br />
Kurve für durchschnittliche Komponenten<br />
bei 200 bar auszusu-chen.<br />
Das empfohlene Verunre<strong>in</strong>igungsprofil<br />
lautet 15/11. Anhand<br />
von Abb. 15 ist e<strong>in</strong> diesem Grad<br />
entsprechendes Filter auszuwählen.<br />
Es ist zu erkennen,<br />
daß unter den <strong>in</strong> diesem Fall<br />
herrschenden konstanten<br />
Durch-flußbed<strong>in</strong>gungen Grad 15/11<br />
sowohl mit e<strong>in</strong>em Fe<strong>in</strong>stfilter als<br />
auch mit e<strong>in</strong>em Filter für teilweise<br />
Fe<strong>in</strong>stfiltration e<strong>in</strong>gehalten werden<br />
kann.<br />
Maximale Rückstrommenge 200 l/m<strong>in</strong>.<br />
Bypass-Ventil des Filters<br />
auf 1,5 bar e<strong>in</strong>gestellt<br />
30
Die Wahl des Filters hängt somit<br />
von der Frage ab, welches Risiko<br />
e<strong>in</strong>gegangen werden kann. In der<br />
Praxis ist es e<strong>in</strong> e<strong>in</strong>facher<br />
Arbeitsgang, e<strong>in</strong>en Filter der ei-nen<br />
Kategorie gegen e<strong>in</strong>en solchen der<br />
anderen an Ort und Stelle<br />
auszutauschen, so daß<br />
das Risiko m<strong>in</strong>imal ist.<br />
Entsprechend Abb. 32 beträgt die<br />
Förderleistung der<br />
Nebenstrompumpe unter der<br />
Annahme durchschnittlicher<br />
Beg<strong>in</strong>gungen<br />
20 l/m<strong>in</strong>.<br />
Die Umgebungsbed<strong>in</strong>gungen s<strong>in</strong>d<br />
schlecht, doch läßt sich unter<br />
Anwendung der entsprechenden<br />
Konstruktionspr<strong>in</strong>zipien e<strong>in</strong>e gute<br />
Kontrolle über e<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gende<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen erreichen. Es wird<br />
Grad 3 angenommen.<br />
Der Druckabfall am Filterelement<br />
wird durch e<strong>in</strong> Bypass-Ventil auf 1<br />
bar begrenzt. In den Auswahlkurven<br />
für Nebenstromfilter ergibt der<br />
Schnittpunkt der Kurve für 3 Grad<br />
bei 1 bar e<strong>in</strong>en Multiplikationsfaktor<br />
von 2,7. Die Durchflußkapazität des<br />
Filters bei e<strong>in</strong>em Druckabfall von 0,3<br />
bar bei sauberer Flüssigkeit beträgt<br />
somit 20 x 2,7 = 54 l/m<strong>in</strong>.<br />
Beispiel 3: Nebenstromfiltration<br />
Arbeitsspeil<br />
Pumpe arbeitet ständig unter<br />
Last mit Druckkompensation,<br />
entsprechend dem unterschiedlichen<br />
Flüssigkeitsbedarf<br />
A<br />
Zusammenfassung: In diesem<br />
Fall bestünde das Nebestromsystem<br />
aus e<strong>in</strong>er Pumpe mit e<strong>in</strong>er<br />
Förderleistung von 20 l/m<strong>in</strong> und<br />
e<strong>in</strong>em Filter für teilweise<br />
Fe<strong>in</strong>stfiltration. Letzteres könnte<br />
ohne Schwierigkeiten gegen e<strong>in</strong><br />
Fe<strong>in</strong>stfilter ausgewechselt werden,<br />
falls der gewünschte<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrad nicht erreicht<br />
wird.<br />
Das Element ist entsprechend<br />
e<strong>in</strong>er Durchflußmenge von<br />
54 l/m<strong>in</strong> bei e<strong>in</strong>em Druckabfall<br />
von 0,3 bar bei sauberer Flüssigkeit<br />
und der vorherbestimmten<br />
Flüssigkeitsviskosität auszuwählen.<br />
Der Druckabfall am Element<br />
ist der Viskosität proportional.<br />
Kapitel 8<br />
Entnahme und Analyse von<br />
Flüssigkeitsproben<br />
Nur sehr wenige<br />
<strong>Hydraulik</strong>systeme weisen Ventile zur<br />
Entnahme<br />
von Flüssigkeitsproben auf.<br />
In den meisten Fällen können jedoch<br />
Proben aus dem Tank<br />
an der Stelle, an der die<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit zur Pumpe<br />
abgeleitet wird, entnommen werden.<br />
Wenn das System mit Ventilen zur<br />
Probeentnahme ausgestattet ist,<br />
können diese zur Überwachung des<br />
Filterverhaltens benutzt werden.<br />
B<br />
P T<br />
DR<br />
Tankkapazität 200 l<br />
A B<br />
P T<br />
Maximale<br />
Pumpenförderleistung<br />
70<br />
l/m<strong>in</strong>.<br />
Nebenstrompumpe<br />
20 l/m<strong>in</strong>.<br />
Die Ventile müssen so<br />
angeordnet se<strong>in</strong>, daß die<br />
Probeentnahme auch wirklich<br />
repräsentative<br />
Proben ergibt. Gegenwärtig s<strong>in</strong>d<br />
noch ke<strong>in</strong>e Standardverfahren zur<br />
Probeentnproben an <strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong><br />
festgelegt. Bis dies<br />
der Fall ist, müssen Tank-proben<br />
weiterh<strong>in</strong> durch Ansaugen<br />
entnommen werden. Falls e<strong>in</strong><br />
Entnahmeventil <strong>in</strong> e<strong>in</strong>en Tank<br />
e<strong>in</strong>gebaut werden soll, ist e<strong>in</strong><br />
Kugelventil mit Teflonsitz und e<strong>in</strong>er<br />
Rohröffnung entsprechend Abb. 34<br />
zu verwenden. Auf diese Weise wird<br />
die Probe am wenigsten zusätzlich<br />
verunre<strong>in</strong>igt.<br />
Wenn andere Entnahmestellen<br />
notwendig werden, s<strong>in</strong>d sie<br />
vorzugsweise dort anzuordnen, wo<br />
turbulente Strömung herrscht. Häufig<br />
wird e<strong>in</strong> T-Stück ohne Stichleitung<br />
e<strong>in</strong>gebaut. Es ist jedoch<br />
anzumerken, daß unter den<br />
Fachleuten über diesen speziellen<br />
Aspekt unterschiedliche Me<strong>in</strong>ungen<br />
bestehen. Es sollte hier ebenfalls e<strong>in</strong><br />
Kugelventil verwendet werden. Die<br />
Anordnung sollte an e<strong>in</strong>er solchen<br />
Stelle <strong>in</strong>nerhalb des Systems<br />
erfolgen, an der die Durchflußmenge<br />
normalerweise konstant ist.<br />
A B<br />
P T<br />
Bypass-Ventil des<br />
Filters auf 1 bar<br />
e<strong>in</strong>gestellt<br />
31
Abb. 34: Anordnung e<strong>in</strong>es Entnahmeventils am Tank mit E<strong>in</strong>zelheit<br />
45<br />
Da nur etwa 200 ml Flüssigkeit<br />
entnommen werden, ist es wich-tig,<br />
das Ventil so kle<strong>in</strong> wie möglich zu<br />
wählen. Im Idealfall ist<br />
e<strong>in</strong> kle<strong>in</strong>es Ventil e<strong>in</strong>zubauen<br />
und die Probe beim vollständig<br />
geöffneten Ventil über e<strong>in</strong>e<br />
Rohrleitung mit enger Bohrung auf<br />
der Niederdruckseite des Ventils zur<br />
Durchflußbegrenzung zu entnehmen.<br />
Falls e<strong>in</strong> großes Ventil e<strong>in</strong>gebaut ist,<br />
kann es nur wenig geöffnet werden,<br />
um die Durchflußmenge zur<br />
Entnahme ausreichend zu<br />
begrenzen. Die Ventil–öffnung ist<br />
dann meistens so eng, daß größere<br />
Partikel zurückgehalten werden und<br />
Erosion auftritt. Beide Effekte<br />
bee<strong>in</strong>trächtigen<br />
die Repräsentativität der Probe.<br />
Bei der Probeentnahme ist große<br />
Sorgfalt anzuwenden, um<br />
zuverlässige Resultate zu erhalten.<br />
Aufgrund der praktischen<br />
Erfahrungen wurden folgende<br />
Verfahren entwickelt.<br />
Re<strong>in</strong>igen der Flasche<br />
Es s<strong>in</strong>d saubere neue Flaschen<br />
mit Schraubkappen zu verwenden.<br />
Der Arbeitsablauf ist wie folgt:<br />
1. Etwa 75 ml Kraftfahrzeugbenz<strong>in</strong><br />
e<strong>in</strong>füllen und die Flasche gut<br />
durchschütteln.<br />
Entnahmeleitung (Rohrleitung) mit 6 mm<br />
Außendurchmesser; Rohrende wie gezeigt um<br />
45 abgeschrägt, um das Ansammeln von<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen an dieser Stelle zu vermeiden<br />
2. Die Flasche sofort nach dem<br />
Durchschütteln entleeren.<br />
3. Die Arbeitsgänge 1 und 2 wiederholen.<br />
4. Die Flasche mit der Öffnung<br />
nach unten halten und gründlich<br />
mit e<strong>in</strong>em geeigneten Aerosol-Lösungsmittel<br />
durch-spülen.<br />
5. Den Arbeitsgang 4 wiederholen.<br />
6. Etwas saubere Plastikfolie auf<br />
die Flaschenöffnung auflegen<br />
und die Kappe aufschrauben.<br />
Drei Entnahmeverfahren<br />
Zur Entnahme von<br />
Flüssigkeitsproben haben sich drei<br />
Methoden e<strong>in</strong>gebürgert; sämtliche<br />
Verfahren haben folgende Punkte<br />
geme<strong>in</strong>sam:<br />
Ke<strong>in</strong>e Probe durch Unterbrechen<br />
e<strong>in</strong>er Leitung entnehmen,<br />
d. h. durch Lösen e<strong>in</strong>er Verb<strong>in</strong>dung<br />
oder durch Entleeren e<strong>in</strong>es<br />
Schlauchstücks.<br />
Bei Entnahme der Probe auf<br />
größtmögliche Sauberkeit achten.<br />
Methode 1<br />
Diese Methode wird angewandt,<br />
wenn e<strong>in</strong> geeignetes Ventil zur<br />
Probeentnahme zur Verfügung steht.<br />
Dabei ist der obenstehende H<strong>in</strong>weis <strong>in</strong><br />
bezug auf die Strömung zu beachten.<br />
1. Das System m<strong>in</strong>destens 30<br />
M<strong>in</strong>uten lang <strong>in</strong> Betrieb nehmen,<br />
bevor die Probe entnommen<br />
wird, um Verunre<strong>in</strong>igungen <strong>in</strong><br />
der Flüssigkeit so gleichmäßig<br />
wie möglich zu verteilen.<br />
2. Das Entnahmeventil öffnen und<br />
m<strong>in</strong>destens 500 ml <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
durch das Ventil<br />
abluafen lassen.<br />
3. Die Probenflasche unter das<br />
geöffnete Ventil halten und 150<br />
bis 200 ml <strong>Hydraulik</strong>flüs-sigkeit<br />
e<strong>in</strong>füllen. Das Ventil bei der Probeentnahme<br />
nicht berühren, es<br />
könnten Partikel sich vom Ventil<br />
lösen und e<strong>in</strong>e Verfälschung der<br />
Probe verursachen.<br />
4. Die Probenflasche entfernen und<br />
das Ventil schließen.<br />
5. Die Probenflasche sofort mit der<br />
Kappe verschließen.<br />
Methode 2<br />
Diese Methode wird angewandt,<br />
wenn ke<strong>in</strong> geeignetes Ventil zur<br />
Verfügung steht und e<strong>in</strong> Standardventil<br />
mit unbekannten<br />
Eigenschaften h<strong>in</strong>sichtlich der<br />
Abgabe von Verunre<strong>in</strong>igungen<br />
benutzt werden muß.<br />
1. Das System m<strong>in</strong>destens 30<br />
M<strong>in</strong>uten lang <strong>in</strong> Betrieb nehmen,<br />
bevor die Probe entnommen<br />
wird.<br />
2. Das Ventil öffnen und m<strong>in</strong>destens<br />
51 <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
durch das Ventil abfließen lassen,<br />
bevor die Probe entnommen<br />
wird. Am besten wird dabei die<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit durch e<strong>in</strong>en<br />
Plastikschlauch wieder <strong>in</strong> den<br />
Tank zurückgeleitet. Das Ventil<br />
nicht schließen.<br />
3. Nach dem Durchspülen des Ventils<br />
den Plastikschlauch vom Ventil<br />
abziehen, das Ventil aber nicht<br />
schließen. 150 bis 200 ml <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
<strong>in</strong> die Probenflasche<br />
abfüllen. Das Ventil bei<br />
der Probeentnahme nicht<br />
berühren.<br />
4. Die Flasche abnehmen und das<br />
Ventil schließen.<br />
32
5. Die Probenflasche sofort mit der<br />
Kappe verschließen. Nach<br />
Möglichkeit s<strong>in</strong>d Ventile mit<br />
graphitimprägnierter Packung zu<br />
meiden, da die Packung häufig<br />
Graphit <strong>in</strong> die <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
abgibt. Bei Drücken<br />
oberhalb von 15 bar ist diese<br />
Methode nicht geeignet.<br />
Methode 3<br />
Diese Methode wird bei<br />
<strong>Hydraulik</strong><strong>systemen</strong>, bei denen ke<strong>in</strong><br />
Entnahmeventil vorhanden ist<br />
und die Probe aus dem Tank<br />
entnommen werden muß,<br />
angewandt. Wenn die folgenden<br />
Angaben zur Vorbereitung und zur<br />
Durchführung e<strong>in</strong>gehalten werden,<br />
können die <strong>in</strong> der Probe enthaltenen<br />
Partikel auf repräsentativer Basis<br />
ausgezählt werden. Die Ausstattung<br />
umfaßt e<strong>in</strong> ausrei-chend langes Stück<br />
Plastik-schlauch mit e<strong>in</strong>em Glasrohr<br />
von 60 cm Länge an e<strong>in</strong>em Ende und<br />
e<strong>in</strong>em Glasrohr von 8 cm am anderen<br />
Ende, ausgespülte Probe-flaschen mit<br />
e<strong>in</strong>em Inhalt von 250 ml und e<strong>in</strong><br />
Aerosol-Lösungsmittel, das zum<br />
Verdünnen der <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
geeigent ist.<br />
Verfahren<br />
1. Vor der Probeentnahme ist der<br />
Schlauch <strong>in</strong>nen und außen mit<br />
dem Aerosol-Lösungsmittel zu<br />
spülen.<br />
2. Die Probe ist dann zu entnehmen,<br />
wenn sich das System im<br />
normalen Betriebszustand bef<strong>in</strong>det,<br />
frühestens aber 30 M<strong>in</strong>uten<br />
nach Inbetriebnahme.<br />
3. Das Entlüftungsventil oder den<br />
Deckel vom Tank abnehmen. Vorher<br />
aber die Umgebung<br />
des Teils sorgfältig säubern.<br />
Die Positionierung des Entnahmeschlauchs<br />
im Tank ist von<br />
großer Wichtigkeit - die Öffnung<br />
muß m<strong>in</strong>destens 15 cm von den<br />
Wandungen, vom Boden, vom<br />
Flüssigkeitsspiegel usw. entfernt<br />
se<strong>in</strong>. Die Probe ist dann durch Ansaugen<br />
<strong>in</strong> den Entnahmeschlauch<br />
zu ziehen und <strong>in</strong> die Probenflasche<br />
zu füllen. Dieser Arbeitsgang ist zu<br />
wiederholen, bis die erforderliche<br />
Flüssigkeitsmenge entnommen<br />
worden ist.<br />
Partikelanalyse<br />
Die Methoden zur Partikelzählung<br />
s<strong>in</strong>d geeignet für Partikel, die e<strong>in</strong>e<br />
Größe von mehr als 5 µm haben.<br />
Außerdem geben sie H<strong>in</strong>weise auf die<br />
Art der Verunre<strong>in</strong>igungen.<br />
Grundsätzlich gibt es zwei Methoden,<br />
und zwar die Auszählung mittels Mikroskop<br />
und die automatische<br />
Auszählung.<br />
Von den mikroskopischen<br />
Methoden ist die Methode ARP-599A<br />
oder e<strong>in</strong>e modifizierte Version davon<br />
weit verbreitet. Die Flüssigkeitsprobe<br />
wird durch e<strong>in</strong>e<br />
Labormembran gefiltert. Die auf der<br />
Membran zurückbleibenden Partikel<br />
werden dann statistisch <strong>in</strong><br />
Größengruppen e<strong>in</strong>geteilt und gezählt.<br />
Bei der mikroskopischen<br />
Zählmethode des Institute of<br />
Petroleum werden die<br />
Verunre<strong>in</strong>igun-gen auf e<strong>in</strong>e Membran<br />
niedergeschlagen. Diese Membran<br />
wird dann transparent gemacht, so<br />
daß die Partikel mittels Durchsicht<br />
untersucht werden können.<br />
Außerdem können die Partikel auf<br />
e<strong>in</strong>er Le<strong>in</strong>wand vergrößert dargestellt<br />
werden.<br />
Abgesehen davon, daß das<br />
Auszählen sehr zeitraubend ist,<br />
können verschiedene Personen bei<br />
der gleichen Vorlage zu<br />
unterschiedlichen Ergebnissen<br />
kommen. Die Ergebnisse erfahrener<br />
Zähler liegen jedoch im allgeme<strong>in</strong>en<br />
<strong>in</strong>nerhalb annehmbarer Grenzwerte.<br />
Zum Vergleich sollten stets<br />
Kontrollzählungen durchgeführt<br />
werden.<br />
Automatische Zähler<br />
Es gibt m<strong>in</strong>destens zwei moderne<br />
Geräte zur Abtastung mittels<br />
Computer und zur<br />
Bildschirmdarstellung. Die<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen werden auf e<strong>in</strong>er<br />
vorbereiteten Membran e<strong>in</strong>gebracht.<br />
Auf dem Monitor ersche<strong>in</strong>t dann e<strong>in</strong>e<br />
stark vergrößerte Abbildung. Es<br />
erfolgt e<strong>in</strong>e optische Abtastung des<br />
die Verunre<strong>in</strong>igungen enthaltenden<br />
Bereichs. Die Partikel können <strong>in</strong> ihrer<br />
Gesamtheit oder aber auch nach<br />
besonderen Kriterien ausgezählt<br />
werden.<br />
Die Zählresultate werden <strong>in</strong><br />
Zahlenform angezeigt. Der Computer<br />
im Instrument kann so programmiert<br />
werden, daß er diese Informationen<br />
<strong>in</strong> beliebiger Form abgibt, z. B. als<br />
Anzahl <strong>in</strong> Abhängigkeit vom<br />
Flüssigkeitsvolumen oder als<br />
prozentualen Verteilungswert. Die<br />
e<strong>in</strong>gespeicherten Digital<strong>in</strong>formationen<br />
lassen sich <strong>in</strong> Querschnitte oder <strong>in</strong><br />
Größtmaße auf der X-oder der<br />
Y-Achse umwandeln.<br />
Andere Instrumente, die nach<br />
dem Pr<strong>in</strong>zip der Lichtunterbrechung<br />
arbeiten, zählen die <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er<br />
Flüssigkeit schwebenden Partikel.<br />
Diese Flüssigkeit kann e<strong>in</strong>e<br />
Flaschenprobe se<strong>in</strong>. Es ist auch<br />
möglich, das Instrument direkt an e<strong>in</strong><br />
<strong>Hydraulik</strong>system anzuschließen, da<br />
der Meßkopf für Leitungsdrücke von<br />
m<strong>in</strong>destens 210 bar ausgelegt ist. Die<br />
Flüssigkeitsprobe fließt durch e<strong>in</strong>e<br />
kle<strong>in</strong>e, rechteckige Öffnung und an<br />
e<strong>in</strong>em Fenster vorbei. Die Partikel<br />
passieren das Fenster nache<strong>in</strong>ander,<br />
wenn nicht bestimmte<br />
Konzentrationswerte überschritten<br />
werden. Das von e<strong>in</strong>er Wolframlampe<br />
kommende Licht wird durch das<br />
Fenster <strong>in</strong> e<strong>in</strong>en parallenlen Strahl mit<br />
genau e<strong>in</strong>gehaltenem Querschnitt<br />
umgeformt und auf e<strong>in</strong>en Fotodetektor<br />
gerichtet. Wenn die e<strong>in</strong>zelnen Partikel<br />
am Fenster vorbeiwandern, verr<strong>in</strong>gern<br />
sie den Querschnitt des Lichtstrahls<br />
entsprechend ihrer Größe. Es spielt<br />
dabei ke<strong>in</strong>e Rolle, ob das Licht<br />
absorbiert, reflektiert oder abgelenkt<br />
wird, so lange es nicht zum Detektor<br />
gelangt.<br />
Am Fotodetektor wird dadurch<br />
e<strong>in</strong>e bestimmte<br />
Spannungsverm<strong>in</strong>derung (oder<br />
Ausfall) proportional zur<br />
Partikelgröße verunsacht. Die<br />
Partikel werden <strong>in</strong> mehreren<br />
Zähikanälen mit vore<strong>in</strong>gestellter<br />
Zählschwelle entsprechend ihrer<br />
Größe summiert. Jeder Kanal kann<br />
auf e<strong>in</strong>en bestimmten Größenbereich<br />
e<strong>in</strong>gestellt werden, so daß der<br />
Operator jeden beliebigen<br />
Größenbereich wählen kann.<br />
33
Da diese Instrumente nach dem<br />
Pr<strong>in</strong>zip der Querschnittsverm<strong>in</strong>derung<br />
e<strong>in</strong>es Lichtstrahls arbeiten, messen<br />
sie die Projektionsflächen der<br />
Partikel und registrieren dann die<br />
Durchmesser von Kreisen oder<br />
equivalenten Flächen. Leider können<br />
sie nicht zwischen festen Partikeln<br />
und Luftblasen unterscheiden.<br />
Nach dem gegenwärtigen Stand<br />
der Technik ist es nicht möglich, die<br />
Ergebnisse der verschiedenen <strong>in</strong><br />
Gebrauch bef<strong>in</strong>dlichen Zählmethoden<br />
zue<strong>in</strong>ander <strong>in</strong> Beziehung zu setzen.<br />
E<strong>in</strong> Methodenvergleich kann deshalb<br />
nur von Fachleuten auf dem Gebiet<br />
der verschidenen Zählmethoden und<br />
-techniken durchgeführt werden.<br />
Partikel mit e<strong>in</strong>er Größe von weniger<br />
als 5µm<br />
Bei der Zählung von Partikeln mit<br />
e<strong>in</strong>er Größe von weniger als 5 µm<br />
mittels der<br />
Lichtunterbrechungs-Methode treten<br />
verschiedene Probleme auf. Kle<strong>in</strong>ere<br />
Partikel können zwar mit dem Mikroskop<br />
festgestellt werden, jedoch<br />
lassen sie sich nur unter großen<br />
Schwierigkeiten zählen.<br />
Abb. 35: Typische Partikelverteilung, dargestellt im<br />
halblogarithmischen Maßstab<br />
105 10 4<br />
10 3<br />
10 2<br />
10<br />
Anzahl der 1 Partikel (logarithmisch)<br />
10 20 30 40 50 60 70 80 90100110120<br />
Partikelgröße <strong>in</strong> m (l<strong>in</strong>ear)<br />
Es gibt e<strong>in</strong>e Methode zur<br />
nichtquantitativen Messung von<br />
Partikeln, die kle<strong>in</strong>er als 5 µm s<strong>in</strong>d.<br />
Mittels dieser Methode wird der<br />
Verschlammungs<strong>in</strong>dex festge-stellt.<br />
Dabei wird die Durchflußmenge e<strong>in</strong>er<br />
sauberen <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit, die<br />
durch e<strong>in</strong>e Membran fließt, mit<br />
derjenigen der Flüssigkeitsprobe<br />
beim gleichen Druck verglichen.<br />
Die Grenzen dieser Methode<br />
bestehen dar<strong>in</strong>, daß nicht mischbare<br />
Flüssigkeiten, wie Wasser, den<br />
gleichen Effekt wie die Partikel<br />
verursachen, d. h., sie verstopfen<br />
die Membran und führen dadurch<br />
zu e<strong>in</strong>er Erhöhung der Zahl für den<br />
Verschlammungs<strong>in</strong>dex.<br />
Darstellung der Daten für die<br />
Partikelverunre<strong>in</strong>igung<br />
Zur grafischen Darstellung e<strong>in</strong>er<br />
Reihe der <strong>in</strong> Gebrauch bef<strong>in</strong>dli-chen<br />
Klassifizierungsarten wird die<br />
halblogarithmische Methode (siehe<br />
Abb. 35) angewendet. Da-bei wird die<br />
Zahl der Partikel kumulativ<br />
e<strong>in</strong>getragen. Bei dieser Art der<br />
Darstellung wird jedoch eher mehr<br />
Gewicht auf die größeren Partikel<br />
gelegt, die nur e<strong>in</strong>en sehr kle<strong>in</strong>en<br />
Prozentsatz der Gesamtmenge<br />
ausmachen, und die Partikelgrößen<br />
unterhalb von 15 µm ersche<strong>in</strong>en als<br />
Masse. Damit das Aufkommen an<br />
kle<strong>in</strong>eren Partikeln genau untersucht<br />
werden kann, läßt sich die Kurve im<br />
vergrößerten Maßstab auf<br />
e<strong>in</strong>fach/doppelt-logarithmisches<br />
Papier umzeichnen (Abb. 30).<br />
Die Aufgabe, aus derartigen<br />
Daten e<strong>in</strong>e E<strong>in</strong>teilung <strong>in</strong><br />
Verunre<strong>in</strong>igungsklassen<br />
vorzunehmen, wäre viel e<strong>in</strong>facher,<br />
wenn man von geraden Kurven mit<br />
gleicher Steigung ausgehen könnte.<br />
Wie zuvor gezeigt wurde, kommt<br />
dies <strong>in</strong> der Praxis so gut wie nicht<br />
vor, da die Steigung zum Beispiel<br />
nicht nur von der Art des<br />
Filterelements, sondern auch von<br />
dessen Anordnung im System<br />
abhängt.<br />
Was erforerlich wäre, um diese<br />
unterschiedlichen Kurven zu<br />
begradigen, ist e<strong>in</strong> logischeres<br />
Abb. 36: Kurve nach Abb. 35, umgezeichnet auf<br />
e<strong>in</strong>fach/doppelt-logarithmisches Papier, um sie zu begradigen<br />
105 10 4<br />
10 3<br />
10 2<br />
10<br />
Anzahl der 1 Partikel (logarithmisch)<br />
5 10 15 25 50 100<br />
Partikelgröße <strong>in</strong> m (doppeltlogarithmisch)<br />
34
und e<strong>in</strong>facheres Verfahren der<br />
Auswertung, das die Grenzen der<br />
Meßgenauigkeit berücksichtigt sowie die<br />
Notwendigkeit der Wiedergabe<br />
unterschiedlicher Kurvensteigungen.<br />
Dieses Verfahren mößte außerdem e<strong>in</strong>e<br />
e<strong>in</strong>fache, wirksame und e<strong>in</strong>deutige<br />
Kommunikation zwischen den<br />
Lieferanten und den Anwerdern von<br />
<strong>Hydraulik</strong>geräten ermöglichen und den<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrad mit Feststoffen <strong>in</strong><br />
der Flüssigkeit deutlich beschreiben.<br />
Das System CETOP RP 70 dürfte<br />
diesen Anforderungen im Laufe der<br />
Zeit entsprechen. E<strong>in</strong>e<br />
Zusammenfassung der hier<br />
<strong>in</strong>teressierenden Abschnitte ist im<br />
vorliegenden Aufsatz enthalten.<br />
Abb. 37: Zuordnung der Bereichsnummern im<br />
System CETOP RP 70 <strong>in</strong> Abhängigkeit von den<br />
gezählten Partikeln<br />
Anzahl der Partikel pro 100 ml<br />
Mehr als und Bis zu<br />
8M<br />
4M<br />
2M<br />
1M<br />
500k<br />
250k<br />
130k<br />
64k<br />
32k<br />
16k<br />
8k<br />
4k<br />
2k<br />
1k<br />
500<br />
250<br />
130<br />
64<br />
32<br />
16<br />
8<br />
4<br />
2<br />
1l<br />
16M<br />
8M<br />
4M<br />
2M<br />
1M<br />
500k<br />
250k<br />
130k<br />
64k<br />
32k<br />
16k<br />
8k<br />
4k<br />
2k<br />
1k<br />
500<br />
250<br />
130<br />
64<br />
32<br />
16<br />
8<br />
4<br />
2<br />
Bereichsnummer<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Die Angaben über das<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsprofil s<strong>in</strong>d zur<br />
Verwendung bei der Spezifizierung<br />
von <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeiten gedacht.<br />
Es ist jedoch nicht beabsichtigt, mit<br />
der Norm e<strong>in</strong>e Empfehlung oder e<strong>in</strong>e<br />
Vorschrift h<strong>in</strong>sichtlich des zulässigen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrades <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em<br />
bestimmten<br />
System auszusprechen. Weiterh<strong>in</strong><br />
wird ke<strong>in</strong>e Meßmethode<br />
vorgeschrieben oder empfoheln,<br />
noch wird die Art der Verunre<strong>in</strong>igung<br />
festgelegt.<br />
Abb. 38: Ergebnisse e<strong>in</strong>er typischen Partikelzählung<br />
Partikel-Großenbereich<br />
5 - 15 µm<br />
15 - 25 µm<br />
25 - 50 µm<br />
50 -100 µm<br />
über 100 µm<br />
Die meisten existierenden<br />
Methoden zur Def<strong>in</strong>ierung der<br />
Mengenwerte für Verunre<strong>in</strong>igung mit<br />
Feststoffen basieren auf der<br />
Voraussetzung, daß bei allen<br />
derarti-gen Verunre<strong>in</strong>igungen e<strong>in</strong>e<br />
vergleichbare Verteilung der Partikelgrößen<br />
vorhanden ist. Diese<br />
Annahme kann bei natürlichen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, wie bei <strong>in</strong> der Luft<br />
enthaltenem Staub, zutreffen. Sie gilt<br />
jedoch nicht notwendigerweise für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, die<br />
<strong>in</strong> e<strong>in</strong>em System umgewälzt<br />
Anzahl der Partikel pro 100 ml<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
195.200<br />
3.880<br />
1.280<br />
232<br />
76<br />
Abb. 39: Kurzbezeichnung für die Verunre<strong>in</strong>igung. Um diese Bezeichnung zu erhalten, wird<br />
der Gesamtzahl der Partikel oberhalb von 5 m und derjenigen oberhalb von 15 m jeweils<br />
e<strong>in</strong>e Bereichsnummer zugeordnet; diese Bereichsnummern werden dann mit e<strong>in</strong>em<br />
Schrägstrich zusammengefaßt: 18/13<br />
10 7<br />
10 6<br />
10 5<br />
10 4<br />
10 3<br />
10 2<br />
10<br />
1<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5<br />
2.5<br />
1.3<br />
6.4<br />
3.2<br />
1.6<br />
8<br />
4<br />
2<br />
5 10 15 20 25<br />
Partikelgröße <strong>in</strong> µm<br />
24<br />
23<br />
22<br />
21<br />
20<br />
19<br />
18<br />
17<br />
16<br />
15<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
35
worden s<strong>in</strong>d und dabei <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er Pumpe<br />
zerkle<strong>in</strong>ert und <strong>in</strong> Filtern separiert<br />
wurden.<br />
Um derartige Veränderundgen der<br />
Größenverteilung zu berücksichtigen,<br />
wird das Verunre<strong>in</strong>igungsprofil durch<br />
zwei Zahlen def<strong>in</strong>iert. Diese geben<br />
jeweils die Anzahl von<br />
Feststoffpartikeln oberhalb von 5 µm<br />
und von 15 µm pro 100 ml<br />
Probenflüssigkeit an.<br />
Um die Anzahl der Bereiche nicht<br />
zu groß werden zu lassen und doch<br />
sicherzustellen, daß sich die<br />
e<strong>in</strong>zelnen Stufen deutlich<br />
vone<strong>in</strong>ander abgrenzen, wurde das<br />
Stufenverhältnis mit 2 festgelegt. Aus<br />
Abb. 37 ist ersichtlich, wie die<br />
Mengenwerte den e<strong>in</strong>zelnen<br />
Bereichsnummern zugeordnet s<strong>in</strong>d.<br />
Es wurde folgendes Verfahren<br />
angewandt:<br />
Abb. 40: Tabellarische Zusammenstellung von Verunre<strong>in</strong>igungsdraden und der zugehörigen<br />
Durzbezeichnungen<br />
Anzahl der Partikel pro 100 ml<br />
Code<br />
20/17<br />
20/16<br />
20/15<br />
20/14<br />
19/16<br />
19/15<br />
19/14<br />
19/13<br />
18/15<br />
18/14<br />
18/13<br />
18/12<br />
17/14<br />
17/13<br />
17/12<br />
17/11<br />
16/13<br />
16/12<br />
16/11<br />
16/10<br />
15/12<br />
15/11<br />
15/10<br />
15/9<br />
14/11<br />
14/10<br />
14/9<br />
14/8<br />
13/10<br />
13/9<br />
13/8<br />
12/9<br />
12/8<br />
11/8<br />
Über 5 µm Über 15 µm<br />
Mehr als und Bis zu Mehr als und Bis zu<br />
500k<br />
500k<br />
500k<br />
500k<br />
250k<br />
250k<br />
250k<br />
250k<br />
130k<br />
130k<br />
130k<br />
130k<br />
64k<br />
64k<br />
64k<br />
64k<br />
32k<br />
32k<br />
32k<br />
32k<br />
16k<br />
16k<br />
16k<br />
16k<br />
8k<br />
8k<br />
8k<br />
8k<br />
4k<br />
4k<br />
4k<br />
2k<br />
2k<br />
1k<br />
1M<br />
1M<br />
1M<br />
1M<br />
500k<br />
500k<br />
500k<br />
500k<br />
250k<br />
250k<br />
250k<br />
250k<br />
130k<br />
130k<br />
130k<br />
130k<br />
64k<br />
64k<br />
64k<br />
64k<br />
32k<br />
32k<br />
32k<br />
32k<br />
16k<br />
16k<br />
16k<br />
16k<br />
8k<br />
8k<br />
8k<br />
4k<br />
4k<br />
2k<br />
64k<br />
32k<br />
16k<br />
8k<br />
32k<br />
16k<br />
8k<br />
4k<br />
16k<br />
8k<br />
4k<br />
2k<br />
8k<br />
4k<br />
2k<br />
1k<br />
4k<br />
2k<br />
1k<br />
500<br />
2k<br />
1k<br />
500<br />
250<br />
1k<br />
500<br />
250<br />
130<br />
500<br />
250<br />
130<br />
250<br />
130<br />
130<br />
130k<br />
64k<br />
32k<br />
16k<br />
64k<br />
32k<br />
16k<br />
8k<br />
32k<br />
16k<br />
8k<br />
4k<br />
16k<br />
8k<br />
4k<br />
2k<br />
8k<br />
4k<br />
2k<br />
1k<br />
4k<br />
2k<br />
1k<br />
500<br />
2k<br />
1k<br />
500<br />
250<br />
1k<br />
500<br />
250<br />
500<br />
250<br />
250<br />
In der obigen Tabelle s<strong>in</strong>d die am häufigsten vorkommenden Kurzbezeichnungen zwischen den<br />
Bereichen 8 und 20 aufgeführt. Weitere, <strong>in</strong> der Tabelle nicht enthaltene, Kurzbezeichnungen<br />
können aus Abb. 39 abgeleitet werden.<br />
Aus e<strong>in</strong>er Flüssigkeitsprobe von<br />
100 ml werden zunächst sämtliche<br />
Partikel mit e<strong>in</strong>er Größe oberhalb 5<br />
µm ausgezählt und e<strong>in</strong>er<br />
Bereichsnummer aus der rechten<br />
Spalte zugeordnet. Als nächstes<br />
werden sämtliche Partikel mit e<strong>in</strong>er<br />
Größe oberhalb von 15 m summiert<br />
und ebenfalls e<strong>in</strong>er Bereichsnummer<br />
zugeord-net, wie bei den<br />
5-µm-Partikeln. Die Abb. 30 zeigt<br />
zum Beispiel die Ergebnisse e<strong>in</strong>er<br />
typischen Zählung.<br />
In diesem Fall s<strong>in</strong>d 200.668<br />
Partikel mit e<strong>in</strong>er Größe von mehr<br />
als 5 µm vorhanden; die<br />
Be-reichsnummer lautet somit 18.<br />
Die Anzahl der Partikel mit e<strong>in</strong>er<br />
Größe von mehr als 15 µm beträgt<br />
5.468, die Bereichsnummer ist somit<br />
13. Durch Zusammenfassung dieser<br />
beiden Nummern mittels Schrägstrich<br />
ergibt sich die Profilbezeichnung<br />
18/13 (Abb. 39).<br />
Es gibt zwei Möglichkeiten zur<br />
Anwendung dieses Systems. Die<br />
erste besteht dar<strong>in</strong>, die gerade<br />
angeführten Regeln streng<br />
e<strong>in</strong>zuhalten, und die zweite, die<br />
Ergebnisse tatsächlich<br />
durchgeführter Messungen auf<br />
grafischem Wege mite<strong>in</strong>ander zu<br />
vergleichen.<br />
In Abb. 40 s<strong>in</strong>d 34 Beispiele für<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsprofile aufgeführt<br />
(siehe den Anhang zu CETOP).<br />
Diese lassen sich leicht auch aus<br />
den Angaben <strong>in</strong> der Tabelle <strong>in</strong> Abb.<br />
37 zusammenstellen.<br />
Die CETOP-Kurzbezeichnung<br />
basiert auf der Tatsache, daß harte<br />
abrasive Partikel <strong>in</strong> der<br />
Größenordnung um 5 µm e<strong>in</strong><br />
sche<strong>in</strong>bares Seitenverhältnis von<br />
etwa 1 aufweisen, und daß bei<br />
Partikeln oberhalb von 15 µm<br />
im allgeme<strong>in</strong>en das Seitenverhältnis<br />
3 nicht überschritten wird.<br />
Es s<strong>in</strong>d somit weitere<br />
Informationen erforderlich, um den<br />
Anteil an faserförmigen<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen, die<br />
Reibungswirkung der<br />
Verunre<strong>in</strong>igungen und irgendwelche<br />
besonderen Verunre<strong>in</strong>igungen, z. B.<br />
die häufig <strong>in</strong> Getreidemühlen<br />
36
auftretenden, zu beschreiben. In<br />
manchen Fällen mag es von<br />
Bedeutung se<strong>in</strong>, die Meßmethode<br />
anzugeben, z. B. Mikroskop oder Art des<br />
automatischen Zählers.<br />
Die dem System CETOP RP70<br />
eigenen Vorteile können wie folgt<br />
zusammengefaß werden:<br />
Die erste Nummer der<br />
Klassifizierungsangave, d. h. die<br />
Anzahl der Partikel oberhalb von 15<br />
µm läßt sich relativ genau mittels<br />
sämtlicher gegenwärtig <strong>in</strong> Gebrauch<br />
bef<strong>in</strong>dlicher Zählsysteme, sowohl<br />
manuell als auch automatisch,<br />
bestimmen.<br />
Es klassifiziert den<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsgrad für die beiden<br />
wichtigsten Zonen mittels Angabe<br />
der Beziehung zwischen den Mengen<br />
an groben und fe<strong>in</strong>en Partikeln.<br />
Es berücksichtigt die<br />
unterschiedlichen Kurvensteigungen<br />
im Bereich zwischen den Zähl-werten<br />
für 5 µm und 15 µm Partikel und gibt<br />
diese an.<br />
Die Klassifizierung kann direkt<br />
aus den Zählergebnissen abgeleitet<br />
werden, ohne daß die Not-wendigkeit<br />
e<strong>in</strong>es grafischen Vergleichs gegeben<br />
wäre, wenngleich bei letzterem <strong>in</strong><br />
bestimmten Fällen Vorteile erkennbar<br />
s<strong>in</strong>d.<br />
Es steht nicht wesentlich im<br />
Gegensatz zu anderen vorhandenen<br />
Systemen. Die Verhältniswerte<br />
ermöglichen die Beschreibung der<br />
am häufigsten vorkommenden<br />
Verunre<strong>in</strong>igungsbereiche mit zwei<br />
Zahlen. Die Bereiche weisen jedoch<br />
genügend Abstand auf, um s<strong>in</strong>nvolle<br />
Bedeutung zu haben.<br />
In Abb. 41 ist e<strong>in</strong> häufig<br />
benutztes Formular zur Angabe der<br />
sich bei der Partikelzählung<br />
ergebenden Daten abgedruckt.<br />
Kapitel 9<br />
Schlußfolgerungen<br />
Jede Untersuchung h<strong>in</strong>sichtlich<br />
der Verschmutzung von<br />
Hydrau-likflüssigkeiten umfaßt vier<br />
Personengruppen:<br />
1. Flüssigkeitshersteller oder -lieferant<br />
2. <strong>Hydraulik</strong>geräte- und Filterhersteller<br />
3. Hersteller der Masch<strong>in</strong>en, <strong>in</strong> die<br />
die <strong>Hydraulik</strong>geräte e<strong>in</strong>gebaut<br />
werden<br />
4. Endbenutzer der Masch<strong>in</strong>e.<br />
Jede dieser Personengruppen hat<br />
dem Markt gegenüber e<strong>in</strong>e gewisse<br />
Verantwortung zur Lieferung von<br />
Erzeugnissen, die ihre Aufgabe<br />
zufriedenstellend und zu<br />
annehmbaren Preisen erfüllen, und<br />
bei jeder müssen bestimmte<br />
Kenntnisse h<strong>in</strong>sichtlich der<br />
Sauberkeit der <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
vorhanden se<strong>in</strong>.<br />
Der Leiferant der<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit liefert diese<br />
Flüssigkeit mit dem geforderten<br />
Re<strong>in</strong>heitsgrad bei entsprechender<br />
Berechnung.<br />
Der Hersteller der <strong>Hydraulik</strong>geräte<br />
muß se<strong>in</strong>en Kunden über die Art der<br />
Hydrulikflüssigkeit und ihren<br />
Re<strong>in</strong>heitsgrad im H<strong>in</strong>blick auf das<br />
Optimum für den jeweiligen<br />
Anwendungsfall <strong>in</strong>formieren.<br />
Der Masch<strong>in</strong>enhersteller, der dem<br />
Endbenutzer gegenüber für die<br />
Lieferung verantwortlich ist, muß sich<br />
über die damit verbundenen<br />
Anforderungen im klaren se<strong>in</strong>. Dazu<br />
gehören die Lieferung der<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit, die Bereitstellung<br />
von Wartungse<strong>in</strong>richtungen und der<br />
e<strong>in</strong>zuhaltende Zuverlässigkeitsgrd. Es<br />
bleibt ihm überlassen, welchen<br />
Vorschlag er dem Kunden macht.<br />
Dies kann bedeuten, daß er zum<br />
Beispeiel e<strong>in</strong>en billigen<br />
Wegwerfartikel, der relativ häufig<br />
ausgetauscht werden muß, anbietet,<br />
oder aber e<strong>in</strong> teureres Gerät, bei<br />
dem lediglich h<strong>in</strong> und wieder e<strong>in</strong><br />
preiswertes Teil, wie e<strong>in</strong>e<br />
Filterpatrone, auszuwechseln ist.<br />
Die endgültige Entscheidung liegt<br />
beim Endbenutzer. Er muß<br />
<strong>in</strong> der Lage se<strong>in</strong>, den tatsächlichen<br />
Wert der e<strong>in</strong>zelnen ihm angebotenen<br />
Erzeugnisse zu ver-gleichen. Jeder<br />
Benutzer legt aber andere<br />
Bewertungsmaßstäbe an. Für den<br />
Endbenutzer bemißt sich der Wert<br />
e<strong>in</strong>er Pumpe daran, wie sie für<br />
se<strong>in</strong>en Zweck geeignet ist, wie lange<br />
sie ihre Aufgabe zufriedenstellend<br />
erfüllen wird und wie hoch die<br />
Wartungskosten s<strong>in</strong>d. Er <strong>in</strong>teressiert<br />
sich nicht dafür, wie viele 10 µm<br />
Partikel <strong>in</strong> 100 ml <strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit<br />
enthalten s<strong>in</strong>d.<br />
Das Interesse des Benutzers<br />
richtet sich auf denjenigen Filter, der<br />
den geforderten Re<strong>in</strong>heitsgrad zu<br />
ger<strong>in</strong>gsten Kosten ermöglicht. Damit<br />
diese Entcheidung getrof-fen werden<br />
kann, müssen die<br />
Anschaffungskosten für das<br />
je-weilige Gerät mit den<br />
Betriebskosten verglichen werden.<br />
Bei-spielsweise wären u. U. die<br />
Vorteile e<strong>in</strong>er sehr teuren Pumpe,<br />
die mit ,,verschmutzter“<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeit arbeitet, mit<br />
denjenigen für e<strong>in</strong>e preiswerte<br />
Pumpe plus Fitler zu vergleichen.<br />
Wenn die <strong>Hydraulik</strong><strong>in</strong>dustrie das<br />
Vertrauen, das sie gegenwärtig<br />
genießt, weiter erhalten will, muß sie<br />
aussagefähigere Spezifi-kationen für<br />
die verschiedenen Filterarten<br />
festlegen. Die Spezifikationen<br />
müssen es dem Endbenutzer<br />
ermöglichen, se<strong>in</strong>e Forderungen zu<br />
erfüllen, ohne daß er unbed<strong>in</strong>gt<br />
weiß, wie dies im e<strong>in</strong>zelnen<br />
geschieht. Diejenigen Personene, die<br />
diese Spezifikationen erstellen<br />
müssen, s<strong>in</strong>d auch die jenigen, die<br />
die Anforderungen im Detail kennen.<br />
Die Verantwortlichkeit ist zwischen<br />
den Herstellern von Filterelementen,<br />
die die Möglichkeiten und Grenzen<br />
kennen müssen, und den Herstellern<br />
von <strong>Hydraulik</strong>geräten, die den Bedarf<br />
kennen müssen, aufzuteilen. Diese<br />
beiden Gruppen sollten <strong>in</strong> der Lage<br />
se<strong>in</strong>, sich <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er begriffssicheren<br />
Sprache mite<strong>in</strong>-ander zu<br />
verständigen.<br />
37
Gegenwärtig stehen ke<strong>in</strong>e<br />
ausreichenden Technieken zur<br />
Verfügung, die sämtliche Aspekte<br />
der Messung der Verschmutzung von<br />
<strong>Hydraulik</strong>flüssigkeiten umfassen.<br />
Dies sollte aber nicht daran h<strong>in</strong>dern,<br />
e<strong>in</strong>en Anfang <strong>in</strong> der richtigen<br />
Richtung zu machen. Die<br />
Kurventabelle für den<br />
<strong>Verschmutzungs</strong>grad, z. B., ist nicht<br />
e<strong>in</strong> für allemal zu 100% genau. Es<br />
wird ständig notwendig se<strong>in</strong>, diese<br />
Kurven anhand neuerer Erfahrungen<br />
zu überarbeiten.<br />
Der Anstieg der Kosten für die<br />
Anlagen-Ausfallzeiten und den<br />
Wartungsaufwand muß den<br />
Endbenutzer dazu br<strong>in</strong>gen, die<br />
lau-fenden Kosten sowohl für neue<br />
als auch für vorhandene Anlagen<br />
sorgfältiger zu untersuchen. Damit er<br />
dazu <strong>in</strong> der Lage ist, muß er den<br />
Teil, den die<br />
<strong>Verschmutzungs</strong><strong>kontrolle</strong> bei der<br />
Bestimmung dieser Kosten für<br />
Hydrau-likanlagen spielt, besser<br />
beurteilen können. Es steht zu<br />
hoffen, daß dieser Aufsatz e<strong>in</strong>ige<br />
nützliche H<strong>in</strong>weise auf die<br />
eigentliche Art dieses Problems<br />
gegeben und den Weg zu mehr<br />
systematischen und<br />
kostengünstigeren Lösungen<br />
gewiesen hat.<br />
38
Abb: 41: Musterformular zur Angabe der Ergebnisse von Partikelzählungen<br />
KUNDE:<br />
MASCHINE:<br />
PROBE:<br />
ENTNAHMEDATUM:<br />
ENTNAHMEMETHODE:<br />
HYDRAULIKFLUSSIGKEIT:<br />
ZAHLMETHODE:<br />
ERGEBNISSE:<br />
PARTIKELZAHLBOGEN<br />
PARTIKELGROSSE IN MIKROMETER >5 15> 25> 50> >100<br />
PARTIKEL PRO 100 ml<br />
VERUNREINIGUNGSKURZBEZEICHNUNG NACH<br />
CETOP STD RP70H:<br />
ART DER VERUNREINIGUNGEN ALS GESCHÄTZTER PROZENTSATZ DER<br />
GESAMTVERUNREINIGUNG:<br />
REFLEKTIERENDE METALLLE %<br />
SCHWARZMETALLE %<br />
SILIKAT %<br />
ELASTOMERE/PLASTIK %<br />
BAUMWOLLFASERN %<br />
KOHLE %<br />
ANDERE (ANGEBEN) %<br />
ANDERE BEOBACHTUNGEN: (Z. B. WASSERGEHALT IN P.P.M.)<br />
ANALYSE ERSTELLT VON:<br />
DATUM:<br />
39