Angesichts globaler Probleme, die die Preise in die Höhe treiben, sind Effizienzverbesserungen sehr zu begrüßen.
In der Welt der Schmierstoffe ist es allgemein üblich, nach Möglichkeiten zur Maximierung der Effizienz zu suchen.
In der Automobilbranche und insbesondere bei der Entwicklung von Motor- und Getriebeölen ist Effizienz seit langem das Schlagwort.
Aber wie steht es mit Effizienz in der Welt der Hydraulikflüssigkeiten?
Dies ist kein herkömmlicher Aspekt, wenn es darum geht, sich auf Effizienz zu konzentrieren, aber effiziente Hydraulikflüssigkeiten könnten und sollten in unserer kostenbewussten Welt in Betracht gezogen werden. Bei Hydraulikflüssigkeiten sind Wirkungsgrade jedoch nicht so einfach zu erreichen wie bei herkömmlichen Flüssigkeiten.
Bei Motor- und Getriebeölen sind die Widerstandsfaktoren und die Verringerung der Reibung die wichtigsten Überlegungen. Indem man sich auf die Verringerung der Viskosität und die Senkung des Reibungskoeffizienten konzentriert, kann eine effektive Reduzierung des Wirkungsgrads erreicht werden.
In einem Hydrauliksystem gibt es zwei konkurrierende Mechanismen, die in Betracht gezogen werden sollten: Erstens den traditionellen Wirkungsgradmechanismus, bei dem das Ziel darin besteht, die Flüssigkeit mit minimalem Kraftaufwand durch die Pumpe zu bewegen. Dieser Effekt wird als Mechanischer Wirkungsgrad bezeichnet.
Der zweite Mechanismus, den es zu berücksichtigen gilt, ist die eigentliche Arbeit, die die Hydraulikflüssigkeit leistet. Die Flüssigkeit beginnt in einer Ölwanne und wird dann durch das System gepumpt. Dabei werden die Hydraulikzylinder unter Druck angetrieben, bevor sie in die Ölwanne zurückkehrt. Der Hydraulikkreislauf ist nicht perfekt, in jeder Hydraulikkomponente treten Strömungsverluste auf, und es kommt zu Leckagen, wodurch die Menge an Arbeitsflüssigkeit reduziert wird, die tatsächlich direkt in die Ölwanne zurückfließt. Pro zehn Liter Flüssigkeit, die zu Beginn des Kreislaufs abgepumpt werden, kehren vielleicht nur neun Liter zurück. Dies wird als Volumetrischer Wirkungsgrad bezeichnet, und in diesem Beispiel ist das System nur zu 90% effizient.
Beide Mechanismen müssen berücksichtigt werden, und ein großes Problem besteht darin, dass sie widersprüchlich sind. Je niedriger die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit ist, desto höher ist ihre mechanische Effizienz. Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität können jedoch leicht aus dem System austreten, wohingegen Flüssigkeiten mit hoher Viskosität in diesem Bereich robuster sind. Dies lässt sich am besten in der folgenden Grafik veranschaulichen, Abbildung 1, , wo zu sehen ist, dass die Viskosität der Flüssigkeit in den beiden Wirkungsgradmechanismen widersprüchlich wirkt.
Abbildung 1 — Diagramm zur Beziehung zwischen Viskosität und Wirkungsgrad
Die gestrichelte Linie, die in der Grafik zu sehen ist, gibt die Gesamteffizienz des Systems an. Dies kann durch das Produkt aus volumetrischer Effizienz und mechanischer Effizienz bestimmt werden
Gesamteffizienz = Mechanischer Wirkungsgrad * Volumetrischer Wirkungsgrad
Die weiße Zone in der Grafik hebt die optimale Viskosität für die Flüssigkeit hervor, um den maximalen Wirkungsgrad zu erzielen.
Idealerweise ergibt Maximierung der weißen Zone ein effizienteres System und ermöglicht es Eigentümern und Betreibern, ihre Betriebskosten zu senken . Herkömmliche Hydraulikflüssigkeiten sind einwertige Formulierungen und haben einen Viskositätsindex VI von etwa 95.
Eine Erhöhung des VI-Werts einer Rezeptur vergrößert den Betriebsbereich der Flüssigkeit und erhöht letztendlich die optimale Betriebszone in Bezug auf den Wirkungsgrad. Eine Erhöhung des VI verringert die Viskositätsänderung über einen Temperaturbereich. Dies wird in der folgenden Grafik veranschaulicht, Abbildung 2 .
Die rote Linie ist eine herkömmliche Flüssigkeit, und die grüne Linie ist eine optimierte Flüssigkeit mit höherem VI-Wert. Je flacher die Linie, desto breiter ist der optimierte Viskositätsbereich.
Abbildung 2 — Viskositätsindexdiagramm, das eine optimierte Position zwischen Viskosität und Temperatur zeigt
Wenn dies in das ursprüngliche Wirkungsgraddiagramm übersetzt wird, hat dies zur Folge, dass die volumetrische Kurve und die mechanische Kurve näher zusammenrücken und letztendlich die optimierte Betriebszone nun breiter wird, was dem Bediener in einem größeren Temperaturbereich mehr Effizienz bietet. Siehe Abbildung 3.
Die Herstellung einer Mehrbereichs-Hydraulikflüssigkeit ist recht einfach, aber teurer als das einstufige Äquivalent. Die Einführung eines polymeren Viskositätsmodifikators und die Anpassung der Grundölmischung ermöglichen die Erstellung einer mehrstufigen ISO-Norm 32/46/68, je nachdem, was für die Ausrüstung benötigt wird.
Die Kosten für die Flüssigkeit mögen zu Beginn höher sein, aber es wurde berechnet, dass die Effizienz um bis zu 28% und die Betriebskosten bei mobilen Geräten um bis zu 2,7% und bei stationären Geräten um 8,5% gesenkt werden*.
In einer Zeit, in der jeder Cent zählt, Die Einführung einer Mehrbereichs-Hydraulikflüssigkeit ist eine ernsthafte Überlegung wert, da dadurch die Effizienz von maximiert wird Ihr System und könnte die Betriebskosten erheblich senken.
Abbildung 3 — Optimized Viscosity to Efficiency Relationship Graph
Artikel geschrieben von Andrew Gelder, Technical Product & Sales Manager, Lubricants & Energy, IMCD
Dieser Artikel wurde ursprünglich in der Januar-Ausgabe 2023 des Lube Magazine von UKLA veröffentlicht.