einfluss der Ölreinheitsklasseeinfluss der …iso 18738 lifts – measurement of lift ride quality...
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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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
• 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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
Mikroskopaufnahme von Partikeln (1 Teilstrich = 10 Mikrometer):tu
nge
+ B
erat
Sys
tem
eA
ufzu
g –
Bild: Wiebeck OHG - Hydraulik + Pneumatik + Engineering
A
10Ulrich Nees
Schwelmer Symposium 2008
> 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:
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
00
00.0
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00.0
00
00.0
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0000
0
32.0
00
64.0
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30.0
00
50.0
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00.0
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0000
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8.00
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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:
Schwelmer Symposium 2008
Partikelanzahl im Normalbereich (15/13/10) : tu
nge
+ B
erat
Sys
tem
eA
ufzu
g –
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18Ulrich Nees
Schwelmer Symposium 2008
Probleme bei der Positionierung (20/18/14) :tu
nge
+ B
erat
Sys
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eA
ufzu
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19Ulrich Nees
Schwelmer Symposium 2008
Fahrkorb überfährt die Haltestelle (23/19/21) : tu
nge
+ B
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Sys
tem
eA
ufzu
g –
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20Ulrich Nees
Schwelmer Symposium 2008
Fahrkorb überfährt die Haltestelle (23/19/21) :
ca. 19 sec.
tung
e +
Ber
at
130m
m
Sys
tem
eA
ufzu
g –
A
21Ulrich Nees
Schwelmer Symposium 2008
Unkontrolliertes Fahrverhalten (23/20/15) : tu
nge
+ B
erat
Sys
tem
eA
ufzu
g –
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22Ulrich Nees
Schwelmer Symposium 2008
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
Schwelmer Symposium 2008
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
e +
Ber
at
Aufmerksamkeit
Sys
tem
eA
ufzu
g –
A
25Ulrich Nees
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