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Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen des Schaumverhaltens von Arbeitsflüssigkeiten,
besonders von Hydraulik-Ölen Besondere Bedeutung kommt dem Schaumverhalten von Arbeitsflüssigkeiten
zu, die in hydrodynamischen Bremsen und hydrodynamischen Getrieben verwendet werden.
Die erreichbare Leistung einer hydrodynamischen Bremse z.B. bei konstantem Füllungsgrad
hängt von der Dichte und der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit, z.B. Öl, ab. Bei
Teilfüllung wird das Öl intensiv mit Luft durchmischt. Öle, die dabei viel Luft
aufnehmen und im Ölsumpf nicht schnell genug abgeben, schäumen. Die Drücke im System
werden instabil; die Bremsleistung geht zurück. Beim Umfüllen hydrodynamischer Wandler
und Kupplungen tritt eine ähnliche Wirkung die volle Leistung kann nicht mehr übertragen
werden.
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Es gibt zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zum Prüfen des Schaumverhaltens
von Ölen, wie Hydraulik-Ölen, Schmierölen u.dgl.
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Nach einem Verfahren z.B. wird das Verhältnis von umlaufender Ölmenge
zum Ölvorrat als maßgebend für den Grad der Verschäumung im Ölkreislauf gemessen
("Konstruktion" 10. (1958) Heft 5, Seite 192).
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Ein weiteres Verfahren, nach DIN 51 566, befaßt sich mit der Prüfung
von Schmierölen, und zwar mit der Bestimmung der Neigung sur Schaumbildung. Nach
diesem Verfahren wird durch je eine in einem Mezylinder befindliche und bei 25°
bzw. 95°C gehaltene Probe fünf Minuten lang ein gleichmäßiger Luftstrom geblasen.
Danach wird das Schaumvolumen abgelesen und die Ablesung nach einer Absetzzeit von
zehn Minuten wiederholt. Die bei höherer Temperatur geprüfte Probe wird, nachdem
ihr Schaum durch Rühren zum Zerfall gebracht ist, nochmals bei 25°C auf Schäumneigung
geprüft.
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Dieses Verfahren lehnt sich an an die US-amerikanische Prüfung gemäß
ASTM Designation D 892-63.
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Gemeinsam ist allen diesen Verfahren, das Schaumverhalten des Öles
zu prüfen, d.h. inwieweit das Öl sich mit Luft mischt und in welcher Zeit und inwieweit
die Luft wieder aus dem Öl entweicht. So einfach diese Verfahren sind, so geben
sie doch keine eindeutigen Ergebnisse, ob sich das Öl für hydrodynamische Getriebe
oder Bremsen eignet.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen des Schaumverhaltens
der Arbeitsflüssigkeit, besonders eines Öles, für ein hydrodynamisches Getriebe
oder fur eine hydrodynamische Bremse.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht dsrln, daß das Getriebe
oder die Bremse, deren Arbeitsraum nur zum Teil mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist,
mit konstanter Drehzahl angetrieben und bis su bestimmten Temperaturen der Flüssigkeit
innerhalb des Betriebsbereiches hochgefahren wird, daß diese Temperatur jeweils
gehalten und das erreichbare Drehmoment an der Sekundärseite, dem Turbinenrad oder
Stator, im Beharrungszustand gemessen wird, nachdem dieArbeitsflüssigkeit die Schäumgrenze
erreicht hat.
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Nach die sein Verfahren wird also praktisch die Übertragungsfähigkeit
der Arbeitsflüssigkeit unmittelbar gemessen.
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Um genaue Richtlinien zur Prüfung der Betriebsbrauchbarkeit solcher
Öle zu bekommen, ist es nach einer weiteren Ausbildung des Verfahrens gemäß der
Erfindung vorteilhaft, als Bezugawert zum Vergleich mit dem mit z.B. Öl als Arbeitsflüssigkeit
abgegebenen Drehmoment das mit, vorzugsweise destilliertes, Wasser von 200C erzielte
Drehmoment zu benutzen und zur Beurteilung der Betriebsbrauchbarkeit der Arbeitsflüssigkeit
jeweils eine bestimmte Grenzkurve mit dem Drehmomentverhältnis von Arbeitsflüssigkeit
zu Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur der Flüssigkeit zugrunde zu legen.
Die empirisch ermittelten Grenzkurven gehen aus von bereits praktisch brauchbaren
Ölen, deren Übertragungsmomente ermittelt wurden. Die Kurven können je nach Anforderung,
ob im Brens-oder Getriebebetrieb, verschieden liegen.
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Damit nicht bei solcher Prüfung gleich so große Ölmengen auf ihre
Eignung untersucht werden müssen, ist eine Vorrichtung für das
Verfahren
gemäß der Erfindung geschaffen, die durch folgende Teile gekennzeichnet ist: a)
eine hydrodynamische, teilgefüllte Brllfbreise kleinerer leistung, z.B. 15 P8, die
aus einem offenen, eine verhältnismäßig kleine Prüfölmenge, z.B. 10 bis 15 ltr,
enthaltenden Kreislauf gespeist wird; b) einen Antriebsmotor, z.B. Elektromotor,
der den Rotor der Bremse antreibt sowie einen Drehmomentmesser, der das von Stator
aufgenommene Drehmoment mtßt; c) einen steuerbaren Wärmetauscher, durch den die
Temperatur des Öles eingestellt und gleichgehalten wird; d) Drosseln in den Leitungen
zum bzw. vom Arbeitsraum der Bremse, die auf den Bezugswert Wasser einmal eingestellt
sind; e) Geräte zum Messen des Füllpumpendruckes, des Fülldruckes und der Temperatur
des dem Arbeitsraum der Bremse aus des Wärmetauscher zufließenden Öles.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung
für das Verfahren in der Zeichnung dargestellt und in der nachstehenden Beschreibung
erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt eine hydrodynamische Prüfbremse
mit einer Leistung von etwa 15 PS. Hierin bedeuten: 1 hydrodynamische Bremse 2 Fülleitung
zum Arbeitsraum der Bremse 1 3 Fülldruckmesser 4 Drossel in der leitung von Arbeitsraum
der Bremse 1 zur Teilfüllungssteuerung 5 Füllpumpe 6 Ansaugleitung der Füllpumpe
5 7 Druckleitung der Füllpumpe 5 8 Pumpendruckmesser 9 Drehmomentmesser 10 Temperaturmesser
11 Gehäuse der Bremse 12 Wärmetauscher BAD ORIGINAL 13 Kühlwassereintritt
14
Kühlwasseraustritt 15 Drossel in einer Umgehungsleitung zur Teilfüllungssteuerung
der Bremse 1 16 Elektromotor (3000 U/min) Als Bezugswert und sur Überprüfung der
Bremseinstellung gilt das mit Wasser bei 200C erreichte Moment Mdwasser = 2r7 mkg,
wobei die Drosseln 4 und 15 einmal eingestellt sind. In Fig. 2 ist dieser Bezugswert
mit 17 bezeichnet.
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Die Prüfölmenge beträgt etwa 13 ltr. Das Öl wird mit einer FUllpumpe
5 aus dem Sumpf angesaugt und über einen Wärmetauscher 12 der Bremse 1 zugeführt.
Diese besteht links aus dem vom Elektromotor 16 angetriebenen Rotor und rechts aus
dem Stator der mit einem Drehmomentmeßgerät 9 verbunden ist. Damit die durch den
Wärmetauscher 12 fließende Ölmenge gesteuert werden kann, wird ein Teil des Öles
durch eine Umgehungsleitung mit Drossel 15 in den Sumpf zurückgeführt. In der durch
die Pumpe 5 teilgefüllten Bremse t erwärmt sich das 01, dessen Temperatur, angezeigt
durch das Meßgerät 10, durch mehr oder weniger Kühlmitteldurchfluß durch den Wärmetauscher
12 steuerbar ist Die vom Meßerät 9 abgelesenen Drehmomente werden bei konstanten
Zuflußquerschnitten (Fülleitung 2) und Abflußquerschnitten (Drosseln 4 und 15) unter
Erzielung einer Teilfüllung des Arbeitsraumes der Bremse 1 im Temperaturbereich
von etwa 20° bis 140°C aufgenommen. Das Drehmoment im Beharrungsbetrieb, d.h. wenn
das Öl an der Grenze seiner Luftaufnahmefähigkeit angelangt ist, ist indirekt ein
Maß fur den Luftgehalt und gestattet eine Voraussage über das Verhalten in Bremsen
größerer leistung.
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In Fig. 2 sind ferner zur Beurteilung der Betriebsbrauchbarkeit des
Öles für hydrodynamische Bremsen eine empirisch ermittelte Grenzkurve 18, eine Kurve
19 mit einen brauchbaren Öl und eine Kurve 20 mit einem nicht brauchbaren Öl dargestellt,
und zwar Nd Prüföl mit dem Drehmomentverhältnis von Öl zu Wasser KN = Nd Wasser
in Abhängigkeit von der Temperatur des Öles. Daraus geht hervor, da oberhalb der
Grenzkurve 18 erreichte Neßwerte des jeweils geprüften Öles den Bedingungen genügen,
solche unterhalb
Jedoch nicht. Der Grenzkuvenanstieg ist etwas unterhalb
der zur Zeit brauchbaren Öle gewählt. Brauchbare Öle sollen sich möglichst rasch
im Betrieb erwärmen und schon bei möglichst niedriger Temperatur das volle Drehmoment
erreichen und, wie aus dem waagerechten Verlauf der Grenzkurve 18 hervorgeht, diesen
Verlauf über einen Temperaturbereich von etwa 50 bis 140°C beibehalten. Die Ölkurve
20 zeigt beispielsweise, daß dieses Öl zu viel Luft aufnimmt und diese zu langsam
entweicht. Es erwärmt sich daher nur sehr zögernd. An keiner Stelle werden die geforderten
Momente erreicht. Die Ölkurve 19 weist bei 50°C Temperatur bereits ein über der
Grenzkurve 18 liegendes Drehmoment auf und verläuft über dem der Grenzkurve 18 konstant
im Bereich bis 140°C. Dieses Öl ist also besonders für Bremsbetrieb brauchbar.
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An Öle für hydrodynamische Getriebe mit häufigem Umfüllen, wie Wandler
und Kupplungen, werden nicht so große Anforderungen gestellt wie an Öle für Bremsen.
Die Grenzkurve (siehe 21, Fig.2) kann daher niedriger liegen.
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Noch geringer sind die Anforderungen an Öle für hydrodynamische Getriebe
mit ständig gefülltem Ölkreislauf, deren zulässige Grenzkurven für das Öl noch unterhalb
der vorher genannten (siehe 22, Fig.2) liegen können.
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Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß das Öl nach Kurve 20 zwar für Getriebe
mit ständig gefüllten Kreisläufen brauchbar wäre, nicht aber für Cetriebe mit häufig
umgefüllten Kreisläufen. Die Kurven solcher Öle können zwischen den Kurven 21 und
18 liegen.