Analyse des Einlaufverhaltens bleifreier hydraulischer Verdrängereinheiten

Holzer, Achill; Schmitz, Katharina; Jacobs, Georg

doi:10.18154/RWTH-2025-01135

Analyse des Einlaufverhaltens bleifreier hydraulischer Verdrängereinheiten = Analysis of the run-in behavior of lead-free hydraulic displacement units

Holzer, Achill^RWTH*

2025

VerantwortlichkeitsangabeAchill Holzer

ImpressumAachen : Shaker 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-8191-0011-6

ReiheReihe Fluidtechnik. D ; 117

Dissertation, RWTH Aachen University, 2024

Druckausgabe: 2025. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schmitz, Katharina (Thesis advisor)^RWTH* ; Jacobs, Georg (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-12-11

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-01135
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1003570/files/1003570.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme (412810)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Hydraulische Komponenten und insbesondere hydraulische Verdrängermaschinen bestehen aus einer Vielzahl tribologisch hochbelasteter Kontakte. In der Praxis kommt es in den ersten Betriebsstunden zu einem Einlaufen, bei dem sich tribologische Schichten ausbilden und Fertigungstoleranzen im Bereich der Oberfläche egalisiert werden. Dieser Einlaufprozess findet nicht immer gleich und vor allem nicht immer in der gleichen Zeit statt. Oftmals wird das Einlaufen nach bestem Wissen und Erfahrungen der Hersteller durchgeführt. Es gilt daher, Erkenntnisse zu gewinnen, um den Einlaufprozess möglichst zielführend einzusetzen. Für eine optimale Einlaufstrategie muss zum einen genügend thermische und mechanische Energie in den Kontakt eingebracht, und damit fertigungsbedingte Oberflächenrauheiten eingeebnet und tribochemische Reaktionen in Gang gesetzt werden können. Zum anderen darf die eingebrachte Leistung nicht so hoch sein, dass es zu schwerem Verschleißkommt, was zu einer Reduktion der Lebensdauer oder zu einem Totalausfall führen kann. Für Hersteller hydraulischer Verdrängereinheiten ergibt sich insbesondere durch den zu erwartenden Umstieg auf bleifreie Materialien ein gesteigertes Interesse, Einlaufprozesse besser verstehen und gezielter nutzen zu können. Um ein wirtschaftliches Einlaufen zu ermöglichen, soll der Einlaufvorgang möglichst schnell absolviert werden können. Zur Erprobung der Einlaufstrategie wird eine Validierungskette aufgestellt, die Modellversuche, Komponentenversuche sowie Versuche an kompletten hydraulischen Verdrängereinheiten enthält. Dazu werden bleifreie Sondermessinglegierungen mit einer bleihaltigen Referenzlegierung auf einem Modellprüfstand sowie einem Komponentenprüfstand verglichen. Die Proben werden mit jeweils zwei charakteristischen Läpp- oder Feinschleifoberflächenfinishings versehen. Dabei wird die Änderung der Oberfläche vor und nach dem Einlaufen untersucht. Um den Einfluss zwischen konventionellen mineralischen Hydraulikölen und zink- und aschefreien Hydraulikölen zu beurteilen, werden die Versuche mit beiden Ölen durchgeführt und Unterschiede im Einlauf- und Reibverhalten herausgearbeitet. Aus den erzielten Ergebnissen werden Einlaufstrategien abgeleitet, welche zu einem optimierten Zeitverhalten der hydraulischen Komponenten führen. Die gewonnenen Einlaufstrategien werden anschließend auf nicht eingelaufene Hydraulikeinheitenmittels eines speziell konzipierten Prüfstands angewendet. Der Vergleich der unterschiedlichen Einlaufstrategien erfolgt zusätzlich zu Oberflächenuntersuchungen der Kontaktpartner auch durch Kennfeldmessungen des hydraulischen Wirkungsgrades. Neben der klassischen Messdatenauswertung werden alternative Auswertemöglichkeiten mittels künstlicher Intelligenz vorgestellt, durchgeführt, und die Resultate ausgewertet. Eine Übersicht über den Einfluss der unterschiedlichen Betriebs- und Fertigungsparameter auf den Einlaufvorgang schließt die Arbeit ab.

Hydraulic components, particularly hydraulic displacement machines, contain a large number of tribologically highly stressed contacts. After manufacturing, a run-in process takes place throughout the first hours of operation, where tribological layers form and manufacturing tolerances in the surface area are equalized. This run-in process does not always occur in the same manner and more notably, not necessarily within the same timeframe. It is therefore of importance to gain knowledge in order to use the run-in process as effectively as possible. For an optimal run-in strategy, sufficient thermal and mechanical energy must be introduced into the contact surface so that the production-related surface roughness can be leveled and, above all, the tribochemical reactions can be set in motion. The power applied must not be so high, that it causes severe wear, which can lead to a reduction in service life or even total failure. To remain economical, the run-in process should be completed as quickly as possible. To test different run-in strategies, a validation chain, which includes model tests, component tests, and tests on complete hydraulic displacement units, is setup. For this purpose, a model test bench and a component test bench are set up, and different test specimens are examined. Different lead-free special brass alloys are compared to a lead-containing reference alloy. The test specimens each undergo two characteristic lapping or fine grinding surface finishes. The specimens are analyzed both during the run-in process and after loading. In order to assess the influence of conventional mineral hydraulic oils and zinc- and ash-free hydraulic oils, the tests are carried out with both oils. Subsequently resulting differences in run-in and friction behavior are carefully examined. The results obtained by these experiments are used to derive run-in strategies which lead to an optimized time response of the hydraulic components. The run-in strategies obtained are then applied to hydraulic units that have not been run-in, using a specially designed test bench. In addition to surface examination of the contact partners, the comparison of the different run-in strategies is also carried out by means of map measurements of the hydraulic efficiency. In addition to classic measurement data evaluation, alternative evaluation options using artificial intelligence are presented and implemented, and the results are evaluated. Finally, an overview of the influence of the different operating and manufacturing parameters on the run-in process concludes the work.

OpenAccess:
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