Thermischer Haushalt und Verschleiss elektrohydraulischer Kompaktantriebe
Aufgabe / Zielsetzung
Elektrohydraulische Kompaktantriebe weisen eine Reihe konzeptspezifischer Besonderheiten auf. Dazu zählen ein hermetisch abgeschlossener Ölkreislauf mit kleinem Ölvolumen und der Verzicht auf eine aktive Kühlung. Zudem wird angestrebt, auf eine Filtrierung zu verzichten sowie eine Lebensdauerfüllung mit Öl einzusetzen. Unter diesen konzeptspezifischen Besonderheiten sind sowohl die thermo-energetischen Eigenschaften als auch die Verschleißvorgänge weitgehend unbekannt, gleichwohl deren Kenntnis für einen temperaturstabilen, wartungsarmen und prozesssicheren Betrieb von großer Bedeutung ist. Zielstellung des Vorhabens ist die Analyse des thermo-energetischen Verhaltens inklusive der simulationsgestützten Vorhersage der Betriebstemperatur sowie die Analyse der Verschleißvorgänge innerhalb dieser Antriebe.
Lösungsweg
Das thermo-energetische Verhalten von elektrohydraulischen Kompaktantrieben wird am Beispiel eines Demonstrators untersucht. Es wird eine Methodik aufgezeigt, mit der die Betriebstemperaturen im Antrieb mit vertretbarem Rechenaufwand (konzentrierte Parametersimulation) berechnet und vorhergesagt werden können. Die Methodik beinhaltet die thermo-energetische Analyse des Antriebs sowie die Modellbildung. Letztere fußt auf der analytischen Berechnung der Wärmeübergangsparameter und dem Aufbau eines netzwerkbasierten Knotenpunktmodells. Die Validierung des thermo-hydraulischen Modells zeigt, dass mithilfe der Methodik das dynamische und thermische Verhalten des Antriebs hinreichend gut abgebildet werden können, um bei der Entwicklung, Optimierung und Beurteilung möglicher Anwendungsgebiete von elektrohydraulischen Kompaktantrieben Unterstützung zu leisten. Die Sensitivität der Betriebstemperatur auf verschiedene Einflussgrößen und Möglichkeiten zur Steigerung des Wärmeabgabevermögens werden auf Basis von Simulationsstudien aufgezeigt, Hinweise zur thermo-optimalen Gestaltung abgeleitet.
Die Verschleißvorgänge in elektrohydraulischen Kompaktantrieben werden experimentell analysiert. Zwei Demonstratoren unterschiedlicher Konfiguration absolvieren Dauerversuche von 40 Tagen. Mithilfe von regelmäßigen Ölanalysen, der Untersuchung des Pumpenwirkungsgrads vor und nach den Versuchen sowie der Sichtprüfung der Pumpen werden Einblicke und erste wichtige Erkenntnisse in die Verschleißvorgänge in elektrohydraulischen Antrieben gewonnen.
Gemessene und simulierte Beharrungstemperatur des Demonstrators bei Ausführung eines Testzyklus
Das IGF-Vorhaben 18051 BR/1 der Forschungsvereinigung Forschungs-kuratorium Maschinenbau e.V. - FKM, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) e. V. bezogen werden (Postanschrift: Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt am Main, E-Mail: info@fkm-net.de, Tel.: +49 69 6603 1352).