Hydraulik allgemein

Erfahrungen aus der Praxis: ... über Sinn und Notwendigkeit  von Filtern im Bereich der Hydraulik

Der Begriff "Hydraulik"

Der Begriff Hydraulik wird abgeleitet von den griechischen Wörtern "hydor" = Wasser und "aulos" = Röhre.
Heute versteht man unter dem Begriff Hydraulik alles technische Wissen bei der Übertragung und Steuerung von Kräften und Bewegungen durch Flüssigkeiten
Die meist eingesetzte Hydrauliktechnik ist die Ölhydraulik (Mineralöle, Synthetiköle, Pflanzenöle, Emulsionen). Nur in bestimmten Gebieten werden schwer entflammbare und unbrennbare Flüssigkeiten (Poly-Glykollösungen und verschiedene Ester) verwendet. Das Hydraulik-Prinzip entspringt dem physikalischen Gesetz, dass sich Flüssigkeiten nicht zusammendrücken lassen. Daher gelingt die Kraftübertragung mit sehr kleinen Verlusten (z. B. Reibung).

Funktion und Einsatzbereiche

Eine Pumpe erzeugt Druck. Über Kolben, die in Zylindern gleiten, oder Hydromotoren kann die Kraft, die von der Pumpe kommt, mittels Steuerventilen in perfekt dosierte Bewegung und Arbeitsleistung umgesetzt werden.
In den letzten zwei Jahrzehnten war die Entwicklung am Hydrauliksektor besonders dynamisch. Die Bewegungen der Maschinen wurden immer schneller und die übertragenen Kräfte immer noch höher. Außerdem müssen immer öfter verschiedene Bewegungen und Arbeitsleistungen gleichzeitig durchgeführt werden. Etwa bei Hydraulikbaggern, diversen Baumaschinen und Industrieanlagen wie Spritzgussmaschinen für Kunststoff und Aluminium, hydraulischen Pressen, Bearbeitungszentren für Stahl und Aluminium-bauteile.
Fahrzeuge haben hydraulische Lenkungen und Niveauausgleichsregelungen, bei Arbeitsmaschinen werden hydrostatische Fahrantriebe eingesetzt. Bei Flugzeugen werden Leitwerk und Landeklappen hydraulisch betätigt, Helikopter verstellen die Rotorblätter hydraulisch. Die Hydraulik ist heute also aus unserem Leben fast nicht mehr wegzudenken.

Technische Voraussetzungen

Für diese Entwicklung wurden immer genauere Steuerungs-einheiten (Ventile) benötigt. Heute ist der Einsatz von Servoventilen und Proportionalventilen Standard und immer häufiger anzutreffen. Diese äußerst fein arbeitende Regelung und die exakt arbeitenden Pumpen, Kolben und Hydromotoren verlangen eine sehr reine Hydraulikflüssigkeit, damit alle Komponenten wirklich optimal zusammenwirken können.

Reinheitsklassen der Hydraulikflüssigkeit

Im Laufe der Zeit wurden exakte Normen für die Reinheit der Hydraulikflüssigkeiten geschaffen, damit sich Konstrukteure, Filtrationstechniker und Wartungstechniker einer einheitlichen Sprache bedienen können. Die beiden wichtigsten Normen, die die Reinheit einer Hydraulikflüssigkeit definieren, sind in Europa: ISO DIS 4406 und NAS 1638.
Beide Normen sind gebräuchlich und werden gerne angewandt.
Für den Filtertechniker ist es selbstverständlich, die Filter nach diesen Normen auszuwählen. Grundlage der Reinheitsklassen ist die Bestimmung der maximal erlaubten Anzahl von Partikeln von genau definierter Größe, die in der Hydraulikflüssigkeit verbleiben dürfen.

Abscheidegrad der Filter oder b-Wert der Hydraulikfilter

Der Filter soll einen möglichst hohen Abscheidegrad haben. Das heißt, alle Partikel, die die Größe der angegebenen Filterfeinheit haben oder größer sind, sollen zum möglichst höchsten Prozentsatz aus der Hydraulik-flüssigkeit ausgefiltert werden.

Um diesen Abscheidegrad ausdrücken zu können, wurde der Begriff des
b-Wertes geschaffen. Vereinfacht ausgedrückt, sagt uns dieser Wert den Abscheidegrad (%-Zahl) von Partikeln einer bestimmten Größe oder größer (Beispiel ? 10 m).
Der Abscheidegrad oder ß-Wert errechnet sich aus der genauen Auszählung dieser Partikel vor dem Filter und nach dem Filter zum exakt gleichen Zeitpunkt und bei gleichem Differenzdruck.
Zahlenbeispiel: Vor dem Filter werden in 100 ml Hydraulikflüssigkeit 100.000 Partikel ? 10 m gezählt und nach dem Filter 1.000 Partikel.
b >= 10 m = 100 x (100.000/1.000)
Dieser b-Wert sagt aus, dass 99 % aller Partikel größer gleich 10 m abgeschieden, das heißt ausgefiltert werden.

Schmutzaufnahmekapazität der Hydraulikfilter

Lange Filterwechselintervalle sind auch bei Hydraulikfiltern eine wichtige Anforderung. Eine größtmögliche Schmutzaufnahmekapazität ist unbedingt notwendig.
Damit eine einheitliche Prüfung vorgenommen werden kann, wurde der Multipasstest nach ISO 4572 eingeführt. Mit diesem Test können Filter unter Laborbedingungen auf b-Wert und theoretische Schmutzaufnahme-kapazität geprüft werden.
In der Praxis weichen die so ermittelten Werte immer wieder davon ab, da Vibrationen und Erschütterungen der Maschinen und Anlagen diese Werte beeinflussen können.

Filtration von Hydraulikflüssigkeiten

Immer genauer wirkende Ventile und immer noch höhere Drücke verlangen nach immer noch genaueren Filtermedien, die in der Lage sind, genau definierte Reinheiten während des Betriebes zu garantieren.
Die Auswahl der Filtermedien wird vor allem von den verwendeten Hydraulikflüssigkeiten beeinflusst. Um mineralische Öle zu filtrieren, müssen zum Beispiel ein anderes Filtermedium und andere Dichtungen eingesetzt werden als für Poly-Glykollösungen.

Man unterscheidet also zwischen internen und externen Verschmutzungsquellen. Dazu kommen auch noch die chemischen Veränderungen der Hydraulikflüssigkeit durch Oxidationsprozesse. Ebenso kann sich in den Systemen Kondenswasser bilden, das die Standzeit der Flüssigkeit erheblich verkürzt.

Die metallischen Verunreinigungen rufen nicht nur Schäden an den verschiedenen Komponenten hervor, sie wirken auch katalytisch und beschleunigen so den Alterungsprozess der Hydraulikflüssigkeit.

Vorteile der Filtration

Mit einer großen Typenvielfalt und verschiedenen Kombinationen von Filtern lässt sich jede Hydraulikflüssigkeit sicher filtern und die verlangte Reinheitsklasse der Hydraulikflüssigkeit garantieren.
Die empfindlichen Bauteile (Pumpen, Ventile, Steuerblöcke etc.) können damit wirksam vor den verschiedenen Schmutzquellen geschützt werden.
Der Alterungsprozess wird wesentlich verlangsamt.
Der Verschleiß wird minimiert und die Standzeit der Anlagen wesentlich verlängert.
Teure Stehzeiten und Reparaturen werden vermieden.
Die Kosten für Ersatzteile und Hydraulikflüssigkeit werden auf ein absolutes Minimum gedrückt.

Bedeutung und Funktion von Schmieröl

1. Das Schmieröl muss Reibung verhindern und das Gleiten verschie-dener Bauteile aneinander ermöglichen.
2. Die Kühlung der aneinander gleitenden Komponenten muss gewährleistet werden.

Beim Schmieröl sind die Ansprüche an die Reinheit, ähnlich wie beim Hydrauliköl, rapide gestiegen. Die Passungen der Kugellager wurden immer genauer, da sie immer größere Umdrehungszahlen und Belastungen zu verkraften haben.
Auch bei Getrieben greifen die Zahnräder immer genauer und teilweise haben sich nicht nur die Umdrehungszahlungen erhöht, sondern auch die Drehmomente.
Ebenso wie in der Hydraulik werden heute von den Konstrukteuren die Ölreinheiten des Schmieröls genau vorgeschrieben.

In der Schmiertechnik verwendet man dieselben Normen zur Bestimmung der Ölreinheit wie in der Hydraulik (ISO DIS 4406 oder NAS 1638).

Filtration von Schmieröl

Im Unterschied zur Hydraulik werden in der Schmiertechnik meistens Öle mit hoher oder sehr hoher Viskosität eingesetzt.
Für den Filtertechniker bedeuten diese hohen Viskositäten des Schmieröls eine besondere Berücksichtigung bei der Auswahl der Filter. Es muss sichergestellt werden, dass das Schmieröl mit sehr geringem Differenzdruck gefiltert werden kann, auch wenn es noch nicht die volle Betriebstemperatur erreicht hat.
Dabei werden Filter verwendet, die ähnlich oder gleich wie bei der Hydraulikfiltration gebaut sind.

Vorteile der Filtration

  • Durch eine Kombination verschiedener Filter ist ein wirksamer Schutz der Komponenten durch sichere Einhaltung der Ölreinheit zu gewähr- leisten.
  • Die Standzeit des Schmieröls wird wesentlich verlängert.
  • Der Alterungsprozess wird verlangsamt.
  • Teure Stehzeiten und Reparaturen werden vermieden.

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