Ein hydraulisches System, das für den Hochtemperatureinsatz vorgesehen ist, kann nicht nur durch einen kurzen, unbelasteten Test bei Raumtemperatur genehmigt werden.
Einzelne Komponenten können ihre Druck- und Temperaturwerte erfüllen, aber das zusammengebaute System kann sich nach mehreren Stunden Betrieb anders verhalten. Wenn das Öl heißer und dünner wird, kann die interne Leckage zunehmen, der Pumpenausstoß kann fallen, die Geschwindigkeit des Aktuators kann sich ändern, und die Lasthaltung kann sich verschlechtern. Ein Kühler, der während der Inbetriebnahme ausreichend erscheint, kann auch nicht in der Lage sein, während des tatsächlichen Produktionszyklus eine stabile Öltemperatur aufrechtzuerhalten.
Die Validierung sollte daher am gesamten hydraulischen System unter Bedingungen erfolgen, die den tatsächlichen Anwendungen nahekommen.
Der Test sollte vier Punkte bestätigen:
- Das System erreicht eine stabile Betriebstemperatur.
- Druck, Durchfluss und Bewegung bleiben akzeptabel, wenn das Öl heiß ist.
- Das Kühlsystem kann die während des kontinuierlichen Betriebs erzeugte Wärme abführen.
- Der Betrieb bei hohen Temperaturen führt nicht zu einem dauerhaften Leistungsabfall.
Festlegung einer Kaltbetrieb-Basislinie
Vor dem Wärme-Test sollte die Systemleistung bei einer bekannten Umgebungstemperatur mit dem Öl nahe seiner normalen Starttemperatur aufgezeichnet werden.
Die Basislinie sollte Folgendes beinhalten:
- Pumpenausgangsdruck und tatsächlicher Durchfluss
- Einstellung des Druckentlastungsventils
- Aktoren Geschwindigkeit und vollständige Zykluszeit
- Haupt-Rücklaufdruck
- Filter-Druckabfall
- Lasthaltungsleistung
- Motorstrom oder Motorkraft
- Externe Leckage, Geräusch und Vibration
Aufzeichnungen über Umgebungstemperatur, Reservoiröltemperatur, Pumpenausgangstemperatur sowie Ein- und Austrittstemperaturen des Kühlers sind ebenfalls erforderlich.
Jede an dieser Stelle festgestellte abnormale Bedingung sollte vor den Hochtemperaturtests korrigiert werden. Vorhandene Probleme wie übermäßiger Rückdruck, instabile Ventiloperation, schlechte Halteleistung oder externe Leckage werden in der Regel ernster, wenn die Öltemperatur ansteigt.
Die Kaltzustandsdaten bieten die Referenz zur Bewertung der Änderungen im heißen Zustand.
Reproduktion des tatsächlichen Betriebszyklus
Der Testzyklus sollte repräsentieren, wie die Maschine tatsächlich betrieben wird.
Das Betreiben der Pumpe einige Minuten lang ohne Last kann die grundlegende Funktion bestätigen, jedoch validiert es nicht das thermische Design. Der Test sollte die tatsächliche Bewegungsabfolge, die Lasten der Aktoren, Druckniveaus, Geschwindigkeiten, gleichzeitige Funktionen, Leerlaufzeiten und die Druckhaltedauer umfassen.
Wenn beispielsweise zwei Zylinder normalerweise zusammen arbeiten, sollten sie auch während des Tests gemeinsam betrieben werden. Wenn die Ausrüstung eine Last bei hohem Druck für mehrere Minuten hält, muss dieser Zustand einbezogen werden.
Die kontinuierliche Betriebszeit ist ebenfalls wichtig. Eine Maschine, die für mehrere Stunden ausgelegt ist, kann nicht durch einen kurzen Test validiert werden, der endet, bevor das Reservoir, das Ventilblock und der Kühler ihre normalen Betriebstemperaturen erreichen.
Der Test sollte fortgesetzt werden, bis:
- Die Öltemperatur stabil ist;
- Die angegebene Betriebsdauer abgeschlossen ist;
- Ein definierter Temperatur- oder Leistungsgrenzwert erreicht ist; oder
- Eine abnormale Bedingung einen Stillstand erfordert.
Bestätigung des thermischen Gleichgewichts
Während des Betriebs wandeln Pumpen, Ventile, Filter, Rohre und Aktoren einen Teil der Energiezufuhr in Wärme um.
Der thermische Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn die Wärmeentwicklung des Systems ungefähr gleich der über das Reservoir, die Rohrleitungen, den Kühler, die Luft oder das Kühlwasser abgeführten Wärme ist. An diesem Punkt sollte die Öltemperatur innerhalb des zulässigen Bereichs der Öl- und Systemkomponenten stabil bleiben.
Temperaturen sollten in regelmäßigen Abständen an mehreren Orten aufgezeichnet werden:
- Stausee
- Pumpenausgang
- Haupt-Rücklaufleitung
- Kühler-Eingang
- Kühler-Ausgang
- Pumpengehäuse
- Ventilblock
- Maschinenverkleidung
Die Temperatur des Reservoirs zeigt den allgemeinen Zustand des Systems an, aber lokale Messungen sind ebenfalls erforderlich. Ein Ventilabschnitt kann aufgrund von Drosselung oder interner Leckage viel heißer laufen als das Reservoir.
Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs ist ebenfalls wichtig. Ein System, das sich allmählich erwärmt und stabilisiert, kann akzeptabel sein. Ein schneller Anstieg kann auf einen kontinuierlichen Entlastungsfluss, übermäßige Drosselung, hohen Rückdruck, eingeschränkte Filtration oder eine niedrige Pumpeneffizienz hinweisen.
Wenn die Temperatur weiter ansteigt, ohne einen klaren Stabilisierungstrend zu zeigen, ist die Wärmeentwicklung größer als die verfügbare Kühlkapazität.
Vergleich der Leistung bei kalten und heißen Bedingungen
Die Temperatur allein beweist nicht, ob das System zuverlässig ist.
Wenn die Viskosität abnimmt, kann der interne Leckverlust durch die Pumpe, Ventile, Zylinder, Motoren und Lastregelventile zunehmen. Das System kann unter der Alarmtemperatur bleiben, während sich die Betriebsleistung bereits verschlechtert hat.
Wiederholen Sie die Hauptmessungen, nachdem das System seine normale heiße Betriebsbedingung erreicht hat:
- Pumpenfluss bei gleichem Druck und gleicher Geschwindigkeit
- Pumpenausgangs- und Aktuatordruck
- Haupt-Rückdruck
- Aktuatorgeschwindigkeit
- Vollständige Zykluszeit
- Motorstrom oder Motorkraft
- Druckabfall während der Haltezeit
- Last- oder Zylinderverschiebung
Eine signifikante Reduzierung des Pumpenflusses kann auf eine geringere volumetrische Effizienz hinweisen.
Wenn der Pumpenausgangsdruck deutlich höher ist als der Aktuatordruck, können Energieverluste über Ventile, Rohre, Filter oder den Rücklaufkreis auftreten.
Wenn der Systemdruck normal bleibt, aber die Bewegung des Aktuators langsamer wird, kann der interne Leckverlust in der Pumpe, im Regelventil, im Zylinder oder im hydraulischen Motor zugenommen haben.
Die Akzeptanzgrenzen sollten vor dem Testen definiert werden. Nur zu bestätigen, dass “die Maschine weiterhin funktioniert”, ist nicht ausreichend.
Überprüfung der Lasthaltung mit heißem Öl
Lasthaltetests sollten durchgeführt werden, nachdem das Öl seine normale Betriebstemperatur erreicht hat.
Dies ist besonders wichtig für Hebe-, Klammer-, Press- und Positionierungssysteme. Ein Zylinder, der mit kaltem Öl korrekt hält, kann driften, nachdem das Öl dünnflüssiger geworden ist.
Aufzeichnen:
- Anfangs-Halte Druck
- Druck nach der angegebenen Haltezeit
- Zylinder- oder Lastbewegung
- Pumpen-Neustartfrequenz
- Temperatur von Ventil und Aktuator
- Externe Leckage
Der Druckabfall allein kann das genaue Problem möglicherweise nicht identifizieren, da Öldruck, Schlauchdehnung und Temperaturänderungen den Druck beeinflussen können. Die tatsächliche Lastverschiebung ist oft ein nützlicheres Maß.
Wenn die Pumpe häufig neu startet, um den Druck wiederherzustellen, könnte eine interne Leckage im Zylinder, im Steuerventil, im Rückschlagventil oder im Ausgleichsventil vorliegen.
Wenn die Pumpe kontinuierlich bei hohem Druck während des Haltens arbeitet, könnte der Kreis selbst unnötige Wärme erzeugen. Ein Akkumulator, hydraulischer Sperrventil, Ausgleichsventil oder eine druckschaltergesteuerte Pumpenanordnung könnte erforderlich sein.
Bewertung der Kühlleistung
Ein drehender Ventilator bestätigt nicht, dass der Kühler korrekt dimensioniert ist.
Die Kühlleistung sollte unter normaler Last bewertet werden, nachdem das Öl eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat.
Für ein luftgekühltes System überprüfen Sie:
- Öltemperatur am Kühler-Einlass und -Auslass
- Druckabfall auf der Ölseite
- Drehrichtung und Geschwindigkeit des Ventilators
- Luftstrom durch den Kühler
- Sauberkeit der Lamellen
- Ansauglufttemperatur
- Heißluftzirkulation
Für ein wassergekühltes System überprüfen Sie auch die Temperatur, den Durchfluss und die Auslasstemperatur des Kühlwassers.
Ein Temperaturrückgang über dem Kühler zeigt, dass der Wärmeübergang stattfindet. Wenn jedoch die Temperatur im Reservoir weiter steigt, entfernt der Kühler weniger Wärme, als das System erzeugt.
Vor der Installation eines größeren Kühlers sollten vermeidbare Wärmequellen wie kontinuierlicher Überdruckfluss, übermäßige Ventil-Drosselung, interne Leckage und hoher Rückdruck überprüft werden.
Die Kühlreserve sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Ein System, das in einer Werkstatt bei 25°C getestet wurde, könnte in einer Sommerumgebung bei 40°C instabil bleiben.
Überprüfung von Alarmen und Schutzvorrichtungen
Die Temperaturüberwachung und -schutz sollten als Teil des kompletten Hydrauliksystems geprüft werden.
Sensormesswerte sollten, wo möglich, mit einem kalibrierten Referenzwert verglichen werden. Der Test sollte folgendes überprüfen:
- Starttemperatur des Kühlgebläse
- Betrieb des Kühlwasserhahns
- Hochtemperaturwarnung
- Betrieb mit reduzierter Leistung oder reduzierte Last
- Übertemperaturabschaltung
- Sicherer Neustart nach Kühlung
- Reaktion auf einen fehlgeschlagenen oder getrennten Sensor
Alarm- und Abschaltsteuerungen sollten auf dem niedrigsten relevanten kontinuierlichen Temperaturgrenzwert unter Öl, Pumpe, Dichtungen, Schläuchen, Elektromagnetspulen, Motor und elektrischen Komponenten basieren.
Ein Alarm, der zu niedrig eingestellt ist, kann unnötige Unterbrechungen verursachen. Ein Alarm, der zu hoch eingestellt ist, kann eine Öloxidation, Dichtungsbeschädigung oder übermäßiges Austreten ermöglichen, bevor der Schutz aktiviert wird.
Abkühlen und erneute Prüfung
Nach dem Hochtemperaturlauf sollte das System gemäß dem normalen Abschaltverfahren abkühlen. Dann wiederholen Sie die Hauptbasismessungen.
Überprüfen Sie, ob:
- Der Pumpenfluss nahe dem ursprünglichen Wert liegt
- Der Druck stabil bleibt
- Die Geschwindigkeit des Aktuators und die Zykluszeit sich erholen
- Die Halteleistung unverändert bleibt
- Neue Leckagen aufgetreten sind
- Das Ventil oder der Aktuator schwergängig sind
- Lärm oder Vibrationen zugenommen haben
- Die Farbe, der Geruch oder das Schäumen des Öls sich verändert hat
Wenn das System nicht nahe seiner ursprünglichen Leistung im Kaltzustand zurückkehrt, kann der Hochtemperaturbetrieb eine Ölverschlechterung, Pumpenverschleiß, Dichtungsbeschädigung, Ventilhaftung oder dauerhafte Leckage verursacht haben.
Das Bestehen des heißen Tests ohne Abschaltung bedeutet nicht, dass das System bestanden hat, wenn danach eine dauerhafte Verschlechterung bleibt.
Vorbereitung eines technischen Testberichts
Der Abschlussbericht sollte gemessene Daten enthalten und nicht nur eine “Bestanden”-Erklärung.
Er sollte aufzeichnen:
- Öltyp und Viskositätsgrad
- Umgebungstemperatur
- Betriebsdruck, Durchfluss und Belastung
- Zyklusfolge und -frequenz
- Kontinuierliche Betriebszeit
- Temperatur an jedem Messpunkt
- Kühlerinlauf- und -ausgangstemperaturen
- Kalt- und Heißpumpenfluss
- Zykluszeitvariation
- Halten-Druckabfall und Lastbewegung
- Motorstrom
- Leckage, Geräusch und Vibration
- Alarm- und Abschaltresultate
- Abkühlinspektionsergebnisse
Temperatur-gegen-Zeit-Diagramme sind besonders nützlich, da sie zeigen, ob das System ein thermisches Gleichgewicht erreicht. Strömungs-, Zykluszeit- und Motorstromtrends können Leistungseinbußen zeigen, während das Öl erhitzt wird.
Schlussfolgerung
Ein Hochtemperatur-Hydrauliksystem ist nur dann zuverlässig, wenn das gesamte System weiterhin korrekt funktioniert, nachdem es heiß wird.
Die Validierung sollte die tatsächlichen Umgebungsbedingungen, Druck, Strömung, Last, Einschaltdauer, Haltezeit und kontinuierliche Betriebsdauer reproduzieren. Temperaturtrends müssen zusammen mit Pumpenströmen, Aktuatorgeschwindigkeit, Rückdruck, Lasthaltung und Eingangsleistung bewertet werden.
Ein erfolgreiches System sollte eine stabile Betriebstemperatur erreichen, eine akzeptable Hot-Oil-Leistung aufrechterhalten, seine Kühl- und Schutzfunktionen korrekt betreiben und nach dem Abkühlen nahe seinem ursprünglichen Zustand zurückkehren.
Wenn die Öltemperatur weiterhin steigt, der Durchfluss erheblich abfällt, lokale Komponenten überhitzen oder die Lasthaltung sich verschlechtert, sollten der hydraulische Kreislauf, die Pumpen- und Ventilauswahl, die Rohrleitungen, der Behälter und das Kühlsystem überprüft werden.
Das Anheben des Alarmwerts oder die Installation eines größeren Kühlers kann das Symptom verbergen, aber es verifiziert nicht, dass das Design zuverlässig ist.