Der Entwurf eines hydraulischen Systems für Hochtemperaturbedingungen erfordert mehr als nur die Auswahl von hitzebeständigem Hydrauliköl, Hochtemperaturdichtungen oder einem größeren Ölkühler.
Ob ein System zuverlässig im Sommer oder in einer anderen heißen Umgebung betrieben werden kann, hängt von drei grundlegenden Faktoren ab:
- Wie viel Wärme das hydraulische System erzeugt
- Wie viel Wärme das System abführen kann
- Ob Pumpen, Ventile, Rohre, Reservoirs und Aktuatoren effizient bleiben, nachdem das Öl heiß geworden ist
Ein System, das nur für den Betrieb bei Raumtemperatur, kurze Betriebszyklen oder maximalen Druck ausgelegt ist, kann während der Inbetriebnahme normal erscheinen. Nach mehreren Stunden Dauerbetrieb kann jedoch die Östemperatur weiter steigen, die Bewegung langsamer werden, der Druck instabil werden und die Leckage zunehmen.
Das Hauptziel des Designs von Hochtemperatur-Hydrauliksystemen besteht daher darin, ein stabiles thermisches Gleichgewicht herzustellen und gleichzeitig die Druck-, Durchfluss-, Geschwindigkeits- und Steueranforderungen der Maschine zu erfüllen.
Definieren Sie die tatsächlichen Hochtemperaturbetriebsbedingungen
Der erste Schritt besteht darin, zwischen Umgebungstemperatur, Hydrauliköletemperatur und Lokalkomponententemperatur zu unterscheiden.
Die Außentemperatur repräsentiert nicht immer die tatsächliche Betriebsumgebung des hydraulischen Systems. Eine hydraulische Energieeinheit, die in einem geschlossenen Gehäuse, in der Nähe eines Motors, neben einem Auspuffrohr oder in der Nähe eines Ofens installiert ist, kann Temperaturen erleben, die viel höher sind als die umgebende Luft.
Bestätigen Sie vor dem Design des Systems:
- Normale und maximale Umgebungstemperatur
- Erwartete normale Ölstemeperatur
- Maximal zulässige Ölstemeperatur
- Kontinuierliche Betriebszeit bei hoher Temperatur
- Arbeitsdruck und Spitzendruck
- Maximaler und durchschnittlicher Durchfluss
- Frequenz des Maschinenzyklus
- Hochdruckhaltezeit
- Leerlauf- oder Standby-Zeit
- Externe Wärmequellen
Maximaldruck und maximaler Durchfluss allein reichen nicht aus, um die thermische Belastung abzuschätzen.
Zum Beispiel kann ein System einen hohen Spitzendruck haben, aber nur für einige Sekunden in jedem Zyklus verwenden. Die durchschnittliche Wärmeentwicklung kann moderat bleiben. Ein anderes System kann bei niedrigerem Druck betrieben werden, aber kontinuierlich einen großen Durchfluss drosseln, was über die Zeit mehr Wärme erzeugt.
Der gesamte Betriebszyklus muss daher bewertet werden, anstatt sich nur auf Spitzenwerte zu verlassen.
Reduzieren Sie unnötige Wärmeentwicklung
Das Design von Hochtemperatur-Hydrauliksystemen sollte zunächst die Energieeffizienz verbessern, anstatt zu verlangen, dass der Kühler jeden vermeidbaren Energieverlust beseitigt.
Hydraulische Energie wird in Wärme umgewandelt, wenn Öl durch Überdruckventile, Drosselventile, einschränkende Rohre und abgenutzte Komponenten fließt.
Das Design sollte vermeiden:
- Kontinuierlichen Betrieb des Überdruckventils
- Lange Zeiträume mit Hochdruckfluss von einer Pumpen mit fester Verdrängung
- Pumpenfluss, der den Bedarf des Aktuators erheblich übersteigt
- Großer Fluss, der durch ein proportional gesteuertes Ventil mit einer kleinen Öffnung strömt
- Kontinuierlicher Pumpenfluss, nachdem ein Aktuator das Ende seines Weges erreicht hat
- Lange Druckhaltezeiten, die nur durch den Pumpenfluss unterstützt werden
- Unterdimensionierte Ventilöffnungen
- Pumpen und Ventile, die weit außerhalb ihres effizienten Arbeitsbereichs betrieben werden
Bei Maschinen mit stark schwankendem Durchflussbedarf kann eine variable Verdrängungspumpe oder eine lastabhängige Regelung den Überschussfluss und die Druckverluste reduzieren.
Bei pumpensystemen mit fester Verdrängung sollte ein Entlastungsstromkreis berücksichtigt werden, damit die Pumpe während Leerlaufzeiten nicht unter hohem Druck steht.
Wenn das System Druck halten oder eine Last über einen langen Zeitraum aufrechterhalten muss, gehören mögliche Lösungen dazu:
- Hydraulikspeicher
- Druckschaltergesteuerte Pumpenbetriebe
- Niedrigdurchfluss-Druckhaltungsstromkreise
- Pilotgesteuerte Rückschlagventile
- Gegengewichts- oder Lasthalteventile
- Unabhängige mechanische oder hydraulische Verriegelungskreise
Die Reduzierung der internen Wärmeentwicklung senkt die Öltemperatur und kann auch den Motorenergieverbrauch, Lärm, Pumpenverschleiß und Betriebskosten senken.
Optimieren Sie das Rohr- und Reservoirdesign
Der Rohrdurchmesser und die Anordnung beeinflussen den Saugwiderstand, den Druckverlust, den Rücklaufdruck und die Wärmeentwicklung.
Die Rohrauswahl sollte nicht nur auf der Gewindegröße der Komponentenanschlüsse basieren. Der innere Durchmesser sollte entsprechend dem tatsächlichen maximalen Durchfluss, der akzeptablen Ölgeschwindigkeit und dem zulässigen Druckabfall ausgewählt werden.
Wichtige Entwurfspunkte sind:
- Die Saugleitung kurz und ungehindert zu halten
- Übermäßige Winkel und scharfe Biegungen zu vermeiden
- Druckleitungen für den maximalen Betriebsdurchfluss auszuwählen
- Einen ausreichenden Rücklaufdurchmesser zu gewährleisten
- Die Durchflusskapazität von Schnellkupplungen zu überprüfen
- Unnötig lange Schläuche zu vermeiden
- Die Filter- und Kühlerwerte an den tatsächlichen Durchfluss anzupassen
- Den kombinierten Druckabfall von in Reihe installierten Komponenten zu berechnen
Die Rücklaufleitung wird oft unterschätzt.
Wenn der Rücklauffilter, der Kühler, die Fittings und die Rohre übermäßigen Widerstand erzeugen, muss die Pumpe zusätzlichen Druck erzeugen, um Öl zum Reservoir zurückzuführen. Dieser Druckverlust wird kontinuierlich in Wärme umgewandelt.
Das Reservoir spielt auch eine wichtige Rolle bei der Kühlung, der Luftfreisetzung, der Ablagerung von Verunreinigungen und der Wassertrennung.
Ein Reservoir für den kontinuierlichen Hochtemperaturbetrieb sollte folgende Merkmale aufweisen:
- Ein ausreichendes effektives Ölvolumen
- Eine ausreichende externe Oberfläche
- Die richtigen Standorte für Saug- und Rücklaufanschlüsse
- Interne Trennwand
- Kontrollierte Rücklaufölgeschwindigkeit
- Geeignete Ölverweilzeit
- Ein klar definierter Ölniveaubereich
- Gute Luftzirkulation um den Tank
Heißes Rücklauföl sollte nicht direkt in den Pumpensaugbereich fließen. Eine korrekt positionierte Trennwand erhöht den Ölaufwandweg und bietet mehr Zeit für Wärmeabgabe und Lufttrennung.
Der Behälter sollte, wenn möglich, von Motoren, Auspuffrohren, Öfen und anderen externen Wärmequellen entfernt installiert werden.
Gestalten Sie das Kühlsystem entsprechend der Wärmebelastung
Ein Kühler sollte nicht nur nach Pumpenfluss oder Anschlussgröße ausgewählt werden.
Das Kühlsystem sollte basieren auf:
- Geschätzte Wärmeentwicklung
- Zielbetriebsöltemperatur
- Maximale Sommertemperatur
- Dauerbetrieb
- Öldurchfluss durch den Kühler
- Druckabfall auf der Ölseite
- Verfügbare Luftstrom- oder Kühlwasserbedingungen
- Installationsraum
- Maschinenlastvariation
- Erforderliche Kühlreserve
Luftgekühlte Ölkühler sind verbreitet bei mobilen Geräten und Systemen ohne stabile Wasserversorgung. Ihre tatsächliche Leistung hängt jedoch von der Umgebungstemperatur, der Luftstrommenge, der Sauberkeit der Lamellen und der Installationsposition ab.
Warme Luft, die aus dem Kühler austritt, muss in der Lage sein, das Gehäuse zu verlassen. Wenn die Luft wieder in den Kühler gezogen wird, kann eine Wärmerückführung die Kühlleistung erheblich verringern.
Wasserkühlung Ölkühler sind oft geeigneter für stationäre Geräte, Dauerbetriebssysteme und hohe thermische Lasten. Ihre Leistung hängt von der Kühlwassertemperatur, dem Fluss, der Wasserqualität, der Verkalkung und der Korrosionskontrolle ab.
Ein angemessener Entwurfsabstand sollte für höhere als erwartete Umgebungstemperaturen, erhöhte Produktionszyklen oder zukünftige Systemerweiterungen enthalten sein.
Die Kühlleistung sollte jedoch nicht verwendet werden, um kontinuierliche Entlastungsströme, übermäßige Drosselung oder starke interne Leckagen auszugleichen. Wärmequellen sollten reduziert werden, bevor die Größe des Kühlers endgültig festgelegt wird.
Wählen Sie geeignetes Hydrauliköl und temperaturbeständige Komponenten aus
Das Hydrauliköl muss innerhalb des von der Pumpe und den Steuerkomponenten erforderlichen Viskositätsbereichs während des zu erwartenden Temperaturbereichs bleiben.
Die Ölauswahl sollte berücksichtigen:
- Mindeststarttemperatur
- Normale Betriebstemperatur des Öls
- Maximale Öltemperatur
- Erforderliche Viskositätsklasse
- Viskositätsindex
- Oxidationsbeständigkeit
- Verschleißschutzleistung
- Luftabgabeleistung
- Schaumresistenz
- Entwässerbarkeit
- Kompatibilität mit Dichtungsmaterialien
Öl, das zu viskos ist, erhöht den Saug-, Filter- und Rohrwiderstand. Öl, das zu dünn wird, erhöht die interne Leckage in Pumpen, Ventilen, Zylindern und Motoren.
Hochtemperatur-Hydrauliköl kann die Viskositätsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit verbessern, kann jedoch die schlechte Kreiseffizienz oder unzureichende Kühlung nicht korrigieren.
Dichtungen, Schläuche, Magnetspulen, Sensoren, Stecker und elektrische Komponenten müssen auch nach ihrer kontinuierlichen Betriebstemperatur ausgewählt werden, nicht nur nach ihrer kurzfristigen Spitzenbewertung.
Die Auswahl von Dichtungen und Schläuchen sollte die Öltemperatur, die Umgebungstemperatur, den Druck, den Druckstoß, den Fluidtyp, die Bewegungsgeschwindigkeit und die Exposition gegenüber externer Wärme berücksichtigen.
Wenn Komponenten nicht von einem Motor oder Abgassystem entfernt werden können, sind möglicherweise Wärmeschutzbleche, isolierende Hüllen oder überarbeitete Rohrleitungen erforderlich.
Stärken Sie die Kontaminationskontrolle und den Temperaturenschutz
Hohe Temperaturen beschleunigen die Oxidation von Hydrauliköl und erhöhen die Schäden, die durch Luft, Wasser und feste Partikel verursacht werden.
Das System sollte daher Folgendes umfassen:
- Filtration, die auf die Sauberkeitsanforderungen der Komponenten abgestimmt ist
- Filter mit ausreichender Durchflusskapazität
- Differenzdruckanzeigen oder Verstopfungsalarme
- Ein geeigneter Behälterentlüfter
- Wasser- und Kondensatkontrolle
- Entleerungs- und Reinigungsstellen
- Filtered New-Oil filling
- Ölprobenentnahmestellen
Systeme, die proportionalen Ventile, Servoventile oder andere Präzisionskomponenten verwenden, erfordern normalerweise eine strengere Kontaminationskontrolle.
Temperaturüberwachung sollte auch im ursprünglichen Design enthalten sein.
Nützliche Überwachungsstandorte sind:
- Stausee
- Haupt-Rücklaufleitung
- Kühler-Eingang
- Kühler-Ausgang
- Pumpenausgang
- Pumpengehäuseablass
- Eingeschlossener Gerätekompartment
Das Steuerungssystem kann automatisch:
- Den Kühlventilator starten
- Die Kühlwasserzufuhr öffnen
- Eine Hochtemperaturwarnung aktivieren
- Die Betriebszyklusfrequenz reduzieren
- Hochlastbewegungen begrenzen
- Die Maschine stoppen, wenn die Temperatur unsicher wird
Alarm- und Abschalttemperaturen sollten auf den Grenzen des Öls, der Pumpe, der Dichtungen, der Schläuche und der elektrischen Komponenten basieren. Eine universelle Temperatureinstellung ist nicht für jedes hydraulische System geeignet.
Informationen, die vor dem Design eines Hochtemperatursystems erforderlich sind
| Kategorie | Informationen zur Bestätigung |
|---|---|
| Temperatur | Normale und maximale Umgebungstemperatur, erwartete Öltemperatur, maximal zulässige Öltemperatur |
| Druck | Arbeitsdruck, Spitzen Druck, Halte Druck und Haltezeit |
| Strömung | Maximaler Durchfluss, durchschnittlicher Durchfluss und Durchfluss, der für jede Bewegung erforderlich ist |
| Einsatzzyklus | Bewegungsfolge, Zyklusfrequenz, Leerlaufzeit und kontinuierliche Betriebszeit |
| Stellantriebe | Anzahl, Last, Geschwindigkeit und Betriebsrichtung der Zylinder oder Motoren |
| Hydraulische Flüssigkeit | Flüssigkeitsart, Viskositätsgrad und spezielle Medien |
| Installation | Platz, Belüftung, Staub, Wasserexposition und externe Wärmequellen |
| Kühlung und Steuerung | Luft- oder Wasser Kühlbedingungen, Sensoren, Alarm- und Abschaltanforderungen |
Schlussfolgerung
Der Schlüssel zur Auslegung von Hochtemperatur-Hydrauliksystemen besteht nicht einfach darin, einen größeren Kühler zu installieren oder Standardkomponenten durch Hochtemperaturversionen zu ersetzen.
Ein zuverlässiges Design beginnt mit der tatsächlichen Umgebungs- und Öltemperatur, dem Druck, dem Durchfluss, dem Arbeitszyklus und der kontinuierlichen Betriebszeit. Unnötige Wärme durch Entlastungsstrom, Drosselung, interne Leckagen und Druckverluste sollte zunächst reduziert werden.
Die Pumpe, Ventile, Rohre, Tank, Kühler, Öl, Dichtungen, Schläuche und elektrische Komponenten müssen dann als ein komplettes thermisches System ausgewählt werden.
Mit geeigneter Kontaminationskontrolle, Temperaturüberwachung, automatischer Kühlung und Übertemperaturschutz ist das Hydrauliksystem besser in der Lage, eine stabile Leistung während des Sommers und unter anderen Hochtemperaturbetriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
