Schmutzpartikelaufnahme von Hydraulikfiltern

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Modellierung von Partikelquellen

Mit Hilfe von Prüfständen wurde sowohl der Partikeleintrag über den Belüftungsfilter als auch der Partikeleinzug über Zylinderdichtungen untersucht und für die Simulation modelliert. Aber auch wenn man nur wenig detaillierte Aussagen über den tatsächlichen Partikelanfall in seinem Hydrauliksystem hat, kann man den Schmutzeintrag in der Simulation mit Hilfe von Schmutzzugabebauteilen unter entsprechenden Annahmen abschätzen, um so unterschiedliche Filtrationskonzepte zumindest qualitativ sehr gut miteinander vergleichen zu können.

Simulationsbeispiel

Als einfaches Beispiel ist im Simulationsschaltbild (DSHplus) ein Hydraulikkreislauf mit Saugfilter, Druckfilter und Partikelquelle (hier über ein Schmutzzugabebauteil integriert) gezeigt (Bild 1). Die Partikel gelangen vom Tank als erstes in den Saugfilter, in dem die Grobfraktion der eingebrachten Partikel aufgenommen wird. Die übrigen Partikel nimmt der hier auch feiner ausgeführte Druckfilter auf. Der Schmutz verteilt sich ungefähr im Massenverhältnis 2:1 (Bild 2).

Die Filterstandzeiten von Saug- und Druckfilter kann man am einfachsten am Druckverlustverlauf erkennen. Die Filterstandzeit ist erreicht, wenn unter normalen Betriebsbedingungen bereits das Bypassventil öffnet. Das ist deutlich am Abknicken der Druckverlustkurve zu erkennen. Das Bypassventil des Saugfilters spricht bereits bei deutlich niedrigerem Druck (0,25 bar) an, um keine Kavitation in der Pumpe zu verursachen. Man sieht aber, dass sich für den Druckfilter, obwohl er weniger Partikelmasse aufnimmt und obwohl er mit 7 bar einen deutlich höheren Ventilansprechdruck hat, trotzdem eine geringere Filterstandzeit ergibt (Bild 3). Das liegt in diesem Beispiel u.a. an der deutlich größeren Filterfläche des Saugfilters, die gleichbedeutend mit einer entsprechend höheren Schmutzkapazität ist.

In der Simulation besteht auch die Möglichkeit, sich an beliebigen Stellen im Hydrauliksystem die Ölreinheiten anzeigen zu lassen. Neben der Standardausgabe von Ölreinheitsklassen, kann man sich die Partikeldaten auch als Anzahl- oder Massenkonzentrationen für beliebige Partikeldurchmesser ausgegeben lassen.

Unterstützung der Entwickler

Mit diesem Simulationswerkzeug ist ein großer Schritt zur Auslegung, zur einfacheren Analyse und zum besseren Verständnis von Filtrationskonzepten gelungen. Die Filter- und Partikelsimulation ist als eigenständige Komponentenbibliothek in DSHplus angelegt. In Verbindung mit der integrierten Filterdatenbank wurde ein Tool entwickelt, das zukünftig bei der Filterkonzept-Entwicklung unterstützen und im Rahmen von Kundenprojekten für die Auslegung, Überprüfung und Optimierung von Filtrationskonzepten eingesetzt werden kann.

* Karl Wartlick, Entwicklung Filterelemente, ARGO-HYTOS GMBH

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