Einfluss der ÖlreinheitsklasseEinfluss der …ISO 18738 Lifts – Measurement of Lift ride quality...

Schwelmer Symposium 2008

Einfluss der Ölreinheitsklassetung Einfluss der Ölreinheitsklasse

auf die Fahreigenschaften

e +

Ber

at

von Hydraulikaufzuganlagen

Sys

tem

eA

ufzu

g –

A

1Ulrich Nees


Dargestellt wird die Änderung bzw. der Einfluss der Ölreinheitsklasse gem ISO 4406 auf die Fahrqualität

Thema:tu

ng

Ölreinheitsklasse, gem. ISO 4406 auf die Fahrqualität gem. ISO 18738, von Hydraulikaufzuganlagen.Die Ölreinheitsklasse, unter Berücksichtigung der Partikelanzahl

d P tik l öß b i fl di F h lität d di

e +

Ber

at und Partikelgröße, beeinflussen die Fahrqualität und die Standzeit der Aggregate. Messungen gem. ISO 18738 geben erste Hinweise auf mögliche Störungen im Hydrauliksystem.

Sys

tem

e

Berücksichtigung findet auch die VDMA 24569 Biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten – Umstellungsrichtlinien von Druckflüssigkeiten auf Mineralölbasis auf biologisch schnell

Auf

zug

– abbaubare Druckflüssigkeiten

A

2Ulrich Nees


Inhaltsverzeichnis:Normen (Kurzübersicht)

Di F k i H d likflü i k i

Trends am Markt

Die Funktionen von Hydraulikflüssigkeiten

Schädigungen durch Verunreinigungen

Anforderung an Reinheitsklasse

tung

Spielmaße von Hydraulikkomponenten

Größenvergleiche in Mikrometer

Mikroskopaufnahme von Partikeln

e +

Ber

at

Verschmutzungsklassen nach ISO 4406 / 99

Reinheitsklassenanforderung von typischen Hydraulikkomponenten

Entnahmestellen der ÖlprobenSys

tem

e

Durchgeführte Tests

Bestandteil der Untersuchungen

Vermischung von Mineralöl mit biologisch schnell abbaubaren Druckflüssigkeiten (Fotos)

Auf

zug

–

Untersuchung von Hydraulikanlagen auf Partikel gem. ISO 4406

Fahrkurven von Hydraulikanlagen

Zusammenfassung

A

3Ulrich Nees

Quellenverzeichnis


Normen (Kurzübersicht):DIN 51391-3:2004-12 Prüfung von Schmierstoffen - Bestimmung des Gehaltes an Additivelementen -Teil 3: Direkte Bestimmung von Ca, Mg, Zn und Ba durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP OES) g , g, p p y g pp ( )

DIN 51394:1984-10 Prüfung von Schmierstoffen; Prüfung von niedrigviskosen Schmierölen auf oxidations- und korrosionsverhindernde Eigenschaften

DIN ISO 7120:2000-05 Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe - Mineralöle und andere Flüssigkeiten -tung

g gBestimmung der Korrosionsschutzeigenschaften in Gegenwart von Wasser

ISO 18738 Lifts – Measurement of Lift ride quality

ISO 4406 Hydraulik, Zahlenschlüssel für den Grad der Verschmutzung durch feste Partikele +

Ber

at

DIN ISO 13373-2 Zustandsüberwachung und –diagnostik von Maschinen –Schwingungs-Zustandüberwachung Teil 2: Verarbeitung Analyse und Darstellung von Schwingungswerten

VDMA 24569 Biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten – Umstellungsrichtlinien vonSys

tem

e

g g gDruckflüssigkeiten auf Mineralölbasis auf biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten

Auf

zug

–A

4Ulrich Nees


Trends am Markt:Die Zunahme der Lebens- und Einsatzdauer von Hydraulikölen z.B. im Aufzugbau verbunden mit einer Reduzierung der Ölmengen, längern Ölwechselinterwallen führt zu einer höheren B h d S h i t ff G i Füll füh höh T t

tung

Beanspruchung der Schmierstoffe. Geringe Füllmengen führen zu höheren Temperaturen, was erhöhte Qualitätseigenschaften der Schmierstoffe erfordert. Im Auftrag des VDMA, der Fachgemeinschaft Fluidtechnik wurde 1997 eine Studie, „Die technologische Entwicklung der Fluidtechnik bis zum Jahr 2010“, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser „Delphi-Studie Fluidtechnik“

i kü fti A f d D kflü i k it d U l föl l h i h f d

e +

Ber

at zeigen zukünftige Anforderungen an Druckflüssigkeiten und Umlauföle, welche sich auf andere Schmierstoffgruppen übertragen lassen.

Wichtige Trends im Bereich der Fluidtechnik:

Sys

tem

e Wichtige Trends im Bereich der Fluidtechnik:• Zunahme der Leistungsdichte in Maschinen.

• Drehzahl von Hydraulikpumpen und –motoren wird um ca. 15% steigen.

Di G öß H d likk t i P d M t i d 20% b h

Auf

zug

– • Die Größe von Hydraulikkomponenten wie Pumpen und Motoren wird um ca. 20% abnehmen(Maschinen werden kompakter gebaut).

• Die Druckbereiche in wichtigen Anwendungsbereichen der Mobilen- und Stationärhydraulikwerden um ca. 20-30% zunehmen.A

• Die Ölvolumina werden geringer, die Ölumlaufzahl wird größer.

• Hohe Energieeinbringung in den Schmierstoff durch z.B. Magnete oder elektrische Felder z.B. Servoventile.

5Ulrich Nees


• Als Medium zur Energieübertragung• Zur Schmierung von internen beweglichen Bauteilen

Die Funktionen von Hydraulikflüssigkeiten:

g g• Als Medium zur Wärmeübertragung• Passungsspiel zwischen beweglichen Teilen

tung

Schädigungen durch Verunreinigungen:• Verschluss von Düsen• Verschleiß von Bauteilene

+ B

erat

• Entstehung von Rost und Oxydation• Entstehung von chemischen Verbindungen• Abbau von Zusatzstoffen• Biologisches WachstumS

yste

me

Auf

zug

–A

6Ulrich Nees


Systemart Anforderung Anlieferungszustand200 l Fass Neuöl

Reduktion der Anlagenverfügbarkeit bei

f f

Anforderung an Reinheitsklasse:

ungefilterter Neubefüllung

Allgemeiner Maschinenbau

19/17/14 23/21/18 4 mal

tung

Maschinenbau und Arbeits-

hydraulik mit l kt b täti t

21/19/16(A f d i

2 male +

Ber

at

elektr. betätigten Ventilen

(Anforderung in DIN 51524)

einfache 15/13/10 23/21/18 7 malSys

tem

e

einfache Steuerungen mit Servo-

15/13/10 23/21/18 7 mal

und 21/19/16 5 malAuf

zug

–

und Proportional-steuerelementen

21/19/16(Anforderung in DIN 51524)

5 malA

7Ulrich Nees

Verband der Schmierstoff Industrie


Spielmaße von Hydraulikkomponenten:

Bauteil MikrometerBauteil Mikrometer

Reibungsarme Lager 0,5

Flügelzellenpumpe 0,5 bis 1,0tung

Zahnradpumpe (Zahnrad / Seitenplatte) 0,5 bis 5

Servoventil ( Kolben / Bohrung) 1 bis 4

e +

Ber

at

Hydrostatische Lager - Kolbenpumpe 1 bis 25

Düse ( Kolben / Zylinderbohrung) 5 bis 40

Hydrozylinder (Laufspiel) 50 bis 250Sys

tem

e

Hydrozylinder (Laufspiel) 50 bis 250

Servoventilöffnung (in Regelposition) 130 bis 450

Dubbel Taschenbuch für Maschinenbau Auflage 22, Schmierstoffe im Betrieb, Springer-Verlag, Berlin, 2002

Auf

zug

–A

8Ulrich Nees


Material (Relative Partikelgröße) Mikrometer

Größenvergleiche in Mikrometer:

Bakterien 2

Rote Blutkörper 8

tung

Feines Mehl 25

Untere Sichtbarkeitsgrenze 40 (30)

Menschliches Haar 70 / 75e +

Ber

at

Menschliches Haar 70 / 75

Salzkorn 100

Sys

tem

e

Partikelgrößen werden in Mikrometer angegeben, ein Mikrometer ist der millionste Teil eines Meters.Für das menschliche Auge liegt die untere Grenze der Sichtbarkeit bei ca. 40 Mikrometer.Die meisten „schädlichen“ Partikel in Hydraulikaufzuganlagen sind kleiner als 40 Mikrometer.

Auf

zug

–A

9Ulrich Nees


Mikroskopaufnahme von Partikeln (1 Teilstrich = 10 Mikrometer):tu

nge

+ B

erat

Sys

tem

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g –

Bild: Wiebeck OHG - Hydraulik + Pneumatik + Engineering

A

10Ulrich Nees


> 4µm > 6 µm > 14 µm

ISO Code

Partikelanzahl/100 ml ISO-Code

Partikelanzahl/100 ml ISO-Code

Partikelanzahl/100 ml

Verschmutzungsklassen nach ISO 4406 / 99:

Code Code Code

(nach ISO 4406)

Von Bis (Nach ISO 4406)

Von Bis (Nach ISO 4406)

Von bis

10 500 1000 10 500 1000 10 500 1000tung

11 1000 2000 11 1000 2000 11 1000 2000

12 2000 4000 12 2000 4000 12 2000 4000

13 4000 8000 13 4000 8000 13 4000 8000

e +

Ber

at

14 8000 16000 14 8000 16000 14 8000 16000

15 16000 32000 15 16000 32000 15 16000 32000

16 32000 64000 16 32000 640000 16 32000 64000

17 64000 130000 17 64000 130000 17 64000 130000Sys

tem

e

18 130000 260000 18 130000 250000 18 130000 260000

19 260000 500000 19 260000 500000 19 250000 500000

20 50000 1000000 20 500000 1000000 20 500000 1000000

Auf

zug

–

21 1000000 2000000 21 1000000 2000000 21 1000000 2000000

22 2000000 4000000 22 2000000 4000000 22 2000000 4000000

23 4000000 8000000 23 4000000 8000000 23 4000000 8000000

A

11Ulrich Nees

Tabelle ISO 4406 / 99:


Hydraulik- Anforderung an die Verfügbarkeit der Hydraulikanlage

Reinheitsklassenanforderung von typischen Hydraulikkomponenten:

komponente normal hoch verstärkt

Betriebsdruck >160 160-100 <100 >160 160-100 <100 >160 160-100 <100

Steuerventil 14/12/9 15/13/10 16/14/11 13/11/8 14/12/9 15/13/10 12/10/7 13/11/8 14/12/9tung

Prop.-Ventil Regelpumpe 15/13/10 16/14/11 17/15/12 14/12/9 15/13/10 16/14/11 13/11/8 14/12/9 15/13/10

e +

Ber

at

Cartridge- Ventil Kolbenpumpe 16/14/11 17/15/12 18/16/13 15/13/10 16/14/11 17/15/12 14/12/9 15/13/10 16/14/11

Flügel- undSys

tem

e

Flügel und Zahnradpumpe Druck-, Strom-, Regel- und Wegeventil

17/15/12 18/16/13 18/17/14 16/14/11 17/15/12 17/16/13 15/13/10 16/14/11 17/15/12

Auf

zug

–

Wiebeck OHG - Hydraulik + Pneumatik + Engineering

A

12Ulrich Nees


Entnahmestellen der Ölproben:

Rücklauftung

Rücklauf

ca. 100 mm unter der Oberfläche

Ölbehälter

e +

Ber

at

ca. in der Mitte das BehältersÖl

Sys

tem

e

am Boden des Behälters (Pumpensumpf)

Auf

zug

–A

13Ulrich Nees


Durchgeführte Tests (Auswahl): • Absinkgeschwindigkeit von verschiedenen Partikeln bei unterschiedlichen Öltemperaturen

• Kontamination mit Fremdkörpern aus der Umgebung (definierte Bedingungen)• Kontamination mit Fremdkörpern aus der Umgebung (definierte Bedingungen)

• Umlaufzeit von definierten Partikeln (Material und Größe) im Hydraulik – System

• Vermischung von Mineralöl (2% bis 20%) und biologischem Hydrauliköl (HEES 46)

• Wasseraufnahme von Mineralöl und biologischem Hydrauliköltung

• Wasseraufnahme von Mineralöl und biologischem Hydrauliköl

usw.

• Veränderung der Ölqualität nach definierten Betriebsstunden

e +

Ber

at

Bestandteil der Untersuchungen (Auswahl): • Viskosität bei 40°C, 60°C und 100°C

• Viskositätsindex Der Viskositätsindex VI ist eine mit Hilfe der bei 40° C und 100° C gemessenen kinematischen Viskosität berechnete Kenngröße. Sys

tem

e

g gDas in der ISO 2909 beschriebene Rechenverfahren wurde vor mehr als 50 Jahren entwickelt.

• Verschleiß: Eisen, Zinn, Aluminium, Nickel Kupfer, Blei usw. (mg/kg)

• Verunreinigungen: Silizium, Kalium, Natrium, Titan (mg/kg), Wasser (ppm) und Partikel aus der Umgebungsluft

Auf

zug

–

• Reinheitsklasse nach ISO 4406 (1999)

• Additive: Kalzium, Magnesium, Bor, Zink, Phosphor, Barium, Schwefel

A

14Ulrich Nees


Vermischung von Mineralöl mit biologisch schnell abbaubaren Druckflüssigkeiten :

tung

e +

Ber

atS

yste

me

Auf

zug

–A

15Ulrich Nees

Daten der Aufzuganlage: 1.224 Betriebsstunden, Reinheitsklasse nach ISO 4406 - 22/19/18


Vermischung von Mineralöl mit biologisch schnell abbaubaren Druckflüssigkeiten :

tung

e +

Ber

atS

yste

me

Auf

zug

–A

16Ulrich Nees

Daten der Aufzuganlage: 1.224 Betriebsstunden, Reinheitsklasse nach ISO 4406 - 22/19/18


Untersuchung von Hydraulikanlagen auf Partikel gem. ISO 4406:

40%

30%

35%

tung

15%

20%

25%

e +

Ber

at

5%

10%

15%

Sys

tem

e

0%

5%

60.0

00

00.0

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00.0

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0

32.0

00

64.0

00

30.0

00

50.0

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4.00

0

8.00

0

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0

32.0

00

64.0

00

3000

0

Auf

zug

–

26 50

1.00

2.00

4.00

>800 3 6 13 25 50

>100 1 3 6

>13

>4 μm >6 μm >14 μm

A

17Ulrich Nees

Messungen an 460 neu bzw. wieder befüllten Hydraulikanlagen:


Partikelanzahl im Normalbereich (15/13/10) : tu

nge

+ B

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Sys

tem

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ufzu

g –

A

18Ulrich Nees


Probleme bei der Positionierung (20/18/14) :tu

nge

+ B

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Sys

tem

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ufzu

g –

A

19Ulrich Nees


Fahrkorb überfährt die Haltestelle (23/19/21) : tu

nge

+ B

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g –

A

20Ulrich Nees


Fahrkorb überfährt die Haltestelle (23/19/21) :

ca. 19 sec.

tung

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Ber

at

130m

m

Sys

tem

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g –

A

21Ulrich Nees


Unkontrolliertes Fahrverhalten (23/20/15) : tu

nge

+ B

erat

Sys

tem

eA

ufzu

g –

A

22Ulrich Nees


Zusammenfassung:Messungen nach ISO 18738, bzw. die vorhandenen Messsysteme, können nicht nur zur Feststellung der Fahrqualität verwendet werden. Der größere Anwendungsbereich liegt in der Optimierung von Aufzuganlagen, hier im Besonderen in den Bereichen Konstruktion Komponente und System Mit den Messungenhier im Besonderen, in den Bereichen Konstruktion, Komponente und System. Mit den Messungen kann das Zusammenspiel zwischen Konstruktion, Montage, Komponente und System dokumentiert werden.Die ermittelten Messwerte und Diagramme geben einen objektiven Einblick in die Leistungsfähigkeit einer Aufzuganlage. Leistungsfähigkeit bedeutet in diesem Zusammenhang auch Verfügbarkeit, Verschleiß vonKomponenten, Wartungs- bzw. Serviceinterwalle und nicht zuletzt einen Einblick in die Energieeffizienz. D Ei fl d Öl R i h it kl f di F h lität b d F h h lt k it d bil Ditu

ng

Der Einfluss der Öl Reinheitsklasse auf die Fahrqualität bzw. das Fahrverhalten kann mit der mobilen Diagnoseerkannt und analysiert werden. Ja nach Anlagentyp und eingesetzten Komponenten bzw. Aggregate, könnenRückschlüsse auf mögliche Verunreinigungen und dadurch verursachte Funktionsstörungen bewertet werden. Zur Bewertung und Analyse müssen Messungen nicht nur im Fahrkorb durchgeführt werden. Die Ölanalyse, zur Absicherung der Messwerte, muss speziell auf die Ölsorte, die Umweltbedingungen und das verwendete e

+ B

erat

g p g gAggregat abgestimmt werden. Neben den beschriebenen Analysemethoden bzw. Analysemöglichkeiten, wird zur Optimierung von Aufzuganlagen auch Anleihe bei der experimentellen Modalanalyse genommen. Mithilfe der experimentellenModalanalyse lassen sich Komponenten in Bezug auf ihre strukturdynamischen Eigenschaften – Frequenzen,Dämpfungen und Schwingformen beschreibenS

yste

me

Dämpfungen und Schwingformen beschreiben. Messungen gem. ISO 18738 sind zur Bewertung von Seil- und Hydraulikaufzuganlagen erforderlich. BegleitendeAnalysen und Berechnungen, sind zur Interpretation der Messwerte und Diagramme erforderlich.Die Tests und Analyse belegen, dass die Anzahl der Partikel und die Partikelgröße Einfluss auf die Fahrqualitäteiner Aufzuganlage hat. Bei Ausschreibungen (Lastenhefte) sollte die Ölqualität (Reinheitsklasse usw.) b h i b dA

ufzu

g –

beschrieben werden.

Anmerkung:Die durchgeführten Messungen, Analysen, Tests usw. an ca. 460 Hydraulikanlagen, Versuchsaufbauten, Berechnungen und Tabellenist kein repräsentativer Querschnitt für vorhandene Aufzuganlagen bzw. mit Öl betriebenen Anlagen.

A

23Ulrich Nees


Quellen- und Literaturverzeichnis:Umweltlexikon des Umweltministeriums

Verband der Schmierstoff IndustrieVerband der Schmierstoff Industrie

Schwerentflammbare Hydraulikmedien vom Typ HFA Tribologie und Schmierungstechnik 3/2005

Schmierstoffe im Betrieb, Springer-Verlag, Berlin, 2002

Martin Reik, Fa. Hydac, VSI-Rundschau 1/2005

tung

Schwerentflammbare Hydraulikmedien vom Typ HFA, Tribologie und Schmierungstechnik, 3/2005

DUBBEL Taschenbuch für den Maschinenbau 22. Auflage / 2007

Aufgeführte Normen

Institut für Mechanik Rundgespräch Mechanik L Gaule +

Ber

at

Institut für Mechanik, Rundgespräch Mechanik, L. Gaul

Grundlagen der experimentellen Modalanalyse, (Modellierung, Bildung der Frequenzgänge und Übertragungsfunktionen, analytische Beschreibung (Kurvenanpassung, Schätzung), Identifikation, Verifikation), TU-Wien, Polytec,

Grundlagen der Schwingungstechnik 2, Systeme mit mehreren Freiheitsgraden, Kontinuierliche SystemeVi H t I ti

Sys

tem

e

Vieweg, Horst Irretier

Auf

zug

–

Amtliche Mineralölstatistik des BAW und MWV, Mineralölwirtschaftsverband, Germany 2001

Delphi-Studie im Auftrag des VDMA / Fachgemeinschaft Fluidtechnik, Verband DeutscherMaschinen- und Anlagenbauer, Lyoner Str. 18., Frankfurt am MainA

Mang, Theo; Dresel, Wilfried: Lubricants and Lubrication, Wiley-VHC,2001

Berechenbare Wirtschaftlichkeit und Sicherheit, Ölpflege mit System, Pall GmbH, Industrie-Hydraulik,Philip-Reis-Str. 6, 63303 Dreieich, Germany

24Ulrich Nees

Schwelmer Symposium 2008tu

ng

Vielen Dank für Ihre

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Ber

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Aufmerksamkeit

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g –

A

25Ulrich Nees

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