NACHWACHSENDE ROHSTOFFE
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Axel Römer, Braunschweig
Hyd ra u l i kö l e a uf der Bas i s nachwachse nder Rohstoffe
Ergebnisse aus Laborversuchen
Der Beitrag befaßt sich mit den Einsatz
möglichkeiten von bio logisch schnell abbaubaren Ölen auf pflanz licher Basis zur Verwendung in zentral versorgten Getriebe- und Hydrauliksystemen von Landmaschinen. ln Laborversuchen und
Prüfstandsläufen mit Laufzeiten über 1000 Stunden werden ausgewählte Öle untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß die pflanzlichen Hydrauliköle in einem breiten Einsatzspektrum eingesetzt werden können. Die Prüfläufe mit dem am
Institut für Landmaschinen und Fluidtech
nik der TU Braunschweig entwickelten Versuchsstand ermöglichen weiterhin Aussagen über die Einsatzgrenzen und die Standzeiten der Öle .
D
ie Grund lage für den Aufbau des Versuchsstandes und die d u rchgeführten Versuche bildeten Feldversuche, in denen die Belastungsparamete r fü r Hyd rau
likfl üssigkeiten i n Traktoren und La ndma
sch inen ermittelt wurden. Ü ber die Durchfüh rung und Ergebnisse
d ieser Feldversuche wurde be- reits in der LAN DTEC H N I K 3/96 berichtet. Die in den mehrjäh ri- gen Feldversuchen gewonnenen
Bild 1· Hydraulikschaltplan des Versuchsstandes Fig. 1 : Hydrau/ic connection dia
tigsten Ziele ist die U ntersuchu ng der Öle unter möglichst praxisgerechten Bedin
gungen, u m einen Vergleich der zeitge
rafften Laborversuche m it den Erfa hrun
gen aus Feldeinsätzen zu ermöglichen.
Bild 1 zeigt den hydraulischen Schaltplan des Versuchsstandes. Das vereinfacht dargestellte Getriebe eines Serientraktors wird durch einen stufenlos verstellbaren Variator a ngetrieben . Das Getriebe enthält zwei im Öl laufende Bremsen , die das zu untersuchende Öl a ls Rei bsystem bela
sten. Den definierten Kühlölstrom für die B remsen fördert d ie Pumpe (4). Die hy
draul ische Leistung der Verstellpumpe ( 1 ) wird auf einen Hyd romotor (2), der wiederum durch einen zweiten Hydrau
l ikkreislauf mit der Pumpe (3) u nd dem Druckbegrenzungsventil (6) belastet wird , ü bertragen. Die Regelung der Dreh
zah l des Hydromotors (2) erfolgt d u rch das Stromregelventil (8). Das Druckbe
grenzungsventil (5) d ient zur Erzeugung der im realen System auftretenden Ver- Sen5oren/sensors:
n: Drehzahl/ rpm
p: Druck/ prenllre
Q: Volumenstram/volume llow
T: Tamperatur/le,npar�ture
von etwa 100 1/m i n bei e i nem maximalen Druck von 350 bar. Das Ölvolumen in den beiden Tan ks beträgt jeweils 50 Liter.
Die verschiedenen Systemdrücke für die Bremse ( Druckregelventil (7)) und d ie Hydraulikkreisläufe sowie d ie Ölvolu men
ströme und d ie Drehza h l d es Getriebes werden ü ber einen Versuchsstandsrech
ner vorgegeben und ü berwacht, bezie
hungsweise geregelt. Die im Versuchs
sta nd eingesetzten Kom ponenten und d ie Festlegu ng der Prüfpara meter nach den Messungen in Feldversuchen ermögli
chen eine praxisgerechte U ntersuchung der Öle m it definierten und reproduzier
baren Bedingunge n . Ablauf der Versuche
Die Labor- und Versuchsstandsuntersu
chungen werden zunächst m it d rei Ölen auf Rapsöl basis und einem M ineralöl d u rchgefü h rt. Am Versuchsstand erfolgt die Variation der Para m eter:
• Ölvolumenstrom und Systemd ruck,
• Tank- oder Getriebesu m pftem peratur,
• loka le Spitzentem perature n ( i n B rem
sen oder einzelnen Verbrauchern),
• Einscha ltdauer der Aggregate, zeitliche Aufei nanderfolge der Belastungen.
Aus Bild 2 sind beispiel haft d ie Prüfbe
d i ngungen bei einem B remsversuch zu entnehmen. Als maßgebende G röße wird bei d iesem Versuch die Kühlöltemperatur T3 betrachtet. Die Para meter B remszeit, B remsdruck p3 und Ta n ktem peratu r T5
gram of the test stand '---'
Daten ü ber Tem peratur- und Druckbela
stung der Hydraul iköle d ienten zur Kon
struktion des Versuchsstandes, zur Aus
wahl der Versuchsöle und zur Festlegung der Prüfparameter. Denn eines der wich-
Dipl. -lng. Axel Römer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik der TU Braunschweig, Langer Kamp 19 a, 38106 Braunschweig (Leiter: Prof Dr. -lng. H. -H. Harms).
Das im Oktober 1994 begonnene Projekt wird von der Landtechnik- Vereinigung (LAV) im VDMA betreut und durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt sowie den an der Arbeitsgruppe der LAV teilnehmenden Firmen finanziert.
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lustleistung. An diesem Ventil wird d ie hy
draulische Leistung von Tei lölsträmen komplett in Wärme umgesetzt. Der Ver
suchsstand kann je nach Prüfprogram m m i t den dre i Belastungseinheiten ( B rem
se, Druckbegrenzungsventil (5), Hydro
motor (2)) gleichzeitig oder m it jeder Be
lastungseinheit einzeln betrieben werden.
Der hydra u lische Kreisla uf m it der Pum
pe (3) verfügt ü ber einen sepa raten Öl
tan k und wird a ls zusätzlicher Prüfkreis eingesetzt. Der Tem peraturhaushalt des Versuchsstandes ist ü ber zwei Ö l kü hler beei nflußba r. Die Verstellpumpe ( 1 ) för
dert einen maximalen Ölvolu menstrom
sowie Drehzahl d ienen primär zur Einstel
l u ng der Kü h löltem peratur. Die Tem pera
tur der Bremsschei ben liegt deutlich ü ber der gemessenen Öltem peratur. Die Dauer eines solchen Versuches richtet sich nach den in den Feldversuchen ermittel
ten B remszeiten bezogen auf die gesam
te Einsatzzeit einer Ölfü l l u ng und d ie Ver
wend u ng d es Fah rzeuges. Bei einem Traktor, der ü berwiegend für Tra nsport
fahrten eingesetzt wird , ergeben sich an
dere Bed ingu ngen als für einen Traktor bei der Boden bearbertung.
Während der Versuche werden am Ver
suchsstand der Wassergehalt erm ittelt
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Bild 2:Beispiel für die Belastung der Öle im Versuchsstand (T3:
Kühlöltemperatur, T5:
Tanktemperatur, p3:
Bremsdruck) Fig. 2: Example for stress of oi/s in fest stand 3 (T3: cool oil temperature, T5: tank 2 5 3 0 3 5 min 4•5 temperature, p3:
L_ ___ o._o_o_,5_1_.o_1_,5_2_.o __ • __ • __ ' ______ ___, brake pressure
den Verhältnissen in rea len Hydra u l i ksy
stemen von Landmaschinen. Die Ergeb
nisse der Ölu ntersuchu ngen m it praxis
nahen Bed i ngungen verdeutlichen die Einsatzgrenzen und -möglichkeiten der a uf Rapsölbasis hergestel lten G etriebe
und Hydrauliköle. Bei d u rchsc h n ittlichen Belastungen können teilweise Standzei
ten über die vom Masc h i nenhersteller an
gegebenen Ölwechselintervalle hinaus er
reicht werden. Die U ntersuchung der nassen Bremsen und der Tem peratu rein
flüsse zeigen a llerd i ngs a uch, wie schnell sich d ie Öleigenschaften unter bestimm
ten Bed ingungen (zum Beispiel Abrieb
partikel) verschlechtern können. Für den Masch inenhersteller bleibt daher d ie Fra
ge zu beantworten, welche Ölwechselin
tervalle anzugeben sind. Da d ie Eigen
schaften der auf dem M arkt befindlichen Öle und die Einsatzbedi ngungen der Ma
schinen - gerade im internationalen Ver
gleich - sehr unterschiedlich sind , kön
nen d ie Ö lwechselintervalle n u r Durch
schnittswerte mit einem entsprechenden Sicherheitsfaktor sei n . Wünschenswert ist daher eine preisgünstige 'Online-O berwa
chung' d es Ölzustandes, d ie dem Fahrer eine Verschlechteru ng der Öleigenschaf
ten anzeigt. Weitere Forsch ungsarbeiten am I nstitut für Land maschinen und Fluid
technik befassen sich mit diesem The
menbereich.
u nd eine Parti kelzählung im Öl durchge
fü hrt. Nachdem die Öle eine defin ierte Belastu ngseinheit d u rchlaufen haben, er
folgt eine Probenentnahme. Diese Pro
ben werden dann in Zusammenarbeit mit dem I nstitut für Erdöl- und Erdgasfor
schung in Clausthai-Zellerfeld unter
sucht. Ana lysiert werden d ie physikali
schen und chem ischen Kenngrößen so
wie die thermische und oxidative Sta bilität der Öle. Außerdem erfolgten eine Ele
mentanalyse u nd der Einsatz spektrosko
pischer M ethoden zur Ermittl u ng struk
turchemischer Daten. Zusätzlich werden die biologische Abba u barkeit und das Ausbreitungsverha lten der Öle in einer Bodensäule bestimmt.
Die in den Laboruntersuchungen ermit
telten Änderungen der Ölkennwerte las
sen sich so direkt den Belastu ngen der Öle im Versuchsstand zuord nen. Die ge
trennte Betrachtung einzelner Einfluß
größen ist eine wichtige Voraussetzung zur I nterpretation der Öleigenschaften.
Ergebnisse
l n Bild 3 sind beispielhaft eine der Ver
suchseinstellungen und - stellvertretend für die ermittelten Kennwerte der Öle - d ie Neutralisationszah l und die kinemati
sche Viskosität ü ber der Versuchszeit auf
getragen . Der Volumenstrom Q1 der Pumpe (1) ist a uf maximal 50 1/min und der Pumpend ruck p1 auf maximal 150 bar eingestel lt. Das vorgegebene I ntervall entspricht den in den Feldversuchen ge
messenen Belastungen beim Einsatz ei
nes Ladewagens oder eines Festmist
streuers, bei denen d ie hohe hyd ra u l i
sche Leistung für den Antrieb des Kratzbodens benötigt wird. Der Bereich n iedriger Volumenströme und Drücke entspricht einer Transportfahrt. Durch die vorgegebenen Belastungen bewegt sich d ie Ta nktem peratur zwischen 65 und 70 °C, d ie Lecköltem peratur der Verstell
p u m pe stellt mit 79 oc die höchste Sy
stemtem peratur dar. I m unteren Tei l von B ild 3 ist das Ergebnis eines aus Ra psöl hergestellten Getriebe- und Hydra u l i köls, das m it den genannten Bed i ngu ngen ge
testet wurde, dargestellt. Nach etwa 800
52. Jahrgang LANDTECHN I K 5/97
Betriebsstunden sind deutliche Verände
rungen bei der Neutralisationszahl ( N Z) und der Viskosität zu erkennen. Das Öl wurde wä h rend des Versuchs permanent a n der vom Hersteller angegebenen Tem
peraturgrenze von 70 oc im Tan k betrie
ben . Bei Tem peraturen zwischen 55 und 65 oc waren auch nach Laufzeiten von über 1 500 Betriebsstunden n u r geringe Ölalterungsprozesse zu erkennen. Auch ku rzzeitige Tem peraturen im Bereich bis 90 oc führten zu keinen deutlichen Ver
ä nderu ngen der Öleigenschaften. Aus der Bea nspruchung des gleichen Öls i n den nassen Bremsen über mehrere Stun
den ( Belastung siehe Bild 2) resu ltierte ein deutlicher Anstieg der Viskosität um etwa 14 % . l n einem weiteren Versuch wurd e das Öl mit konstantem Volumen
strom und Druck geprüft. Die dad urch mehr a ls verd reifachte U mwälzrate füh rte bei dieser Ölsorte zu keiner markanten Besch leun igung der Ölalterung. Erhöhter metallischer Abrieb ruft dagegen eine merkliche Verschlechterung der Öleigen
schaften in nerhal b relativ kurzer Be
triebszeiten hervor.
Schlüsselwörter
Hydraulikölbelastungen, biologisch schnell a bbau bare Öle
Keywords
Stress for hydra u lic oils, biologica l ly rapid degradable oi ls
Zusammenfassung
und Ausblick 60 - - - --- - - -r- -- -- - ---�---- - - - 200
Die ersten U ntersu
chungen mit dem Versuchsstand zei
gen zunächst die sehr gute ü berein
stim m u ng der Prüf
bedingungen m it
Bild 3: Prüfbedingun
gen und Veränderung der Öleigenschaften eines Rapsöls (Ql:
Volumenstrom, pl:
Pumpendruck, T5:
Tanktemperatur) Fig. 3: Test conditions and change of oil properfies of rape seed oil (Ql: volume flow, pl : pump pressure,
50
0
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60 2,52,0 1,5 1,0 0,5
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T5: tank temperature ..__ ____________________ ____,
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