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Aktuelles

Entwicklung eines scherungsarmen Druckregelventil für hydraulische Anwendungen

CFD-Simulation an der Nutwicklung des Ventils

Ziel des Projektes ist es ein Regelventil für hydraulische Anwendungen zu entwickeln, das auf die speziellen Eigenschaften und Inhaltsstoffe von hydraulischen Fluiden angepasst ist. Zusätze (Additive) in Hydraulikfluiden reagieren sehr empfindlich auf Scherung und Temperatur und können bei zu hohen Scherkräften und Temperaturen zerstört werden, was zu verkürzten Standzeiten des Fluides führt. Ab einer Temperatur von 50 °C bedeutet eine Erwärmung um 10 K eine Halbierung der Gebrauchsdauer.

Die Firma gec-co und der Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg haben in den letzten Jahren ein neuartiges Regelventil für Thermalwasserkreisläufe entwickelt. Ein besonderes Augenmerk wurde hierbei auf eine kontinuierliche Regelung und einen schonenden Umgang mit der Thermalsole gelegt, da es bei starken Strömungsturbulenzen zu Fällungsreaktionen, Ausgasungen, Kavitation und abrasiven Verschleiß kommt. Dieses Ventil soll für den Einsatz in Hydraulikanwendungen weiterentwickelt werden.

Die Unterschiede gegenüber dem Einsatz in Thermalwasser sind die zum Teil deutlich höheren Viskositäten der Hydraulikfluide und die hohen Drücke bei hydraulischen Anwendungen. Hydrauliköle besitzen Viskositäten die bis um Faktor 500 größer sind als die von Thermalwasser. Die Strömung ist deshalb oft laminar im Gegensatz zur turbulenten Wasserströmung. Die Auswirkungen einer anderen Strömungsform auf die Regeleigenschaften müssen analysiert werden und in die Anpassung des Ventils einfließen.

Im Thermalwasserkreislauf wird das Ventil mit Drücken bis maximal 40 bar beaufschlagt, wohingegen in der Hydraulik Drücke von 500 bar und mehr wirken. Diese hohen Belastungen müssen zum einen in die Festigkeitsbetrachtung als auch in das Steuerkonzept mit einfließen. Aufgrund der hohen Stellkräfte muss ein Getriebe-übersetztes oder hydraulisches Steuersystem entwickelt werden.

Ölalterungsverhalten

Das Ventil soll im Vergleich zu herkömmlichen Ventilen eine hinsichtlich des Hydraulikfluides schonende Druckregelung durch die gezielte Verhinderung von Scherbelastungen gewährleisten. Weiterhin ermöglicht es die Gestalt des Ventils eine Kühlung in das Ventilgehäuse zu implementieren. Die Wärme wird direkt am Punkt der Entstehung abgeführt und nicht wie sonst üblich mit einem nachgeschalteten Kühler. Eine Erwärmung des Fluides und der darin enthaltenen Additive über die kritische Temperatur kann somit vermieden werden. Aus der Reduzierung von Scherbelastungen und der Abführung der betriebsbedingt auftretenden Dissipationswärme resultiert letztlich eine erhebliche Verlängerung der Nutzungsdauer des Hydraulikfluides.

>> Dieses Projekt wurde am 31. März 2017 erfolgreich abgeschlossen. <<

Projektbearbeitung:

Ehsan Emamjomeh, M. Sc.

  • Tätigkeit: Wiss. Mitarbeiter
  • Adresse:
    Raum 1.622
  • Telefonnummer: +49 9131 85-29458
  • E-Mail: em@ipat.fau.de

Dipl.-Ing. Philipp Temme

  • Tätigkeit: Wiss. Mitarbeiter
  • Adresse:
    Raum 1.574
  • Telefonnummer: +49 9131 85-29462
  • E-Mail: tm@ipat.fau.de

Daniel Steger, M. Sc.

  • Tätigkeit: Wiss. Mitarbeiter
  • Adresse:
    Raum 1.632
  • Telefonnummer: +49 9131 85-29440
  • E-Mail: sg@ipat.fau.de

Florian Klein

  • Tätigkeit: Techniker
  • Adresse:
    Raum 1.622
  • Telefonnummer: +49 9131 85-29458
  • E-Mail: kl@ipat.fau.de