Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 4 - Maschinenwesen - Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen
Campus-Boulevard 30
52074 Aachen

22013716

01.12.2016

An einem Alterungsprüfstand wurden zwei wasserbasierte Fluide, deren Viskosität mit einem Biopolymer des IVV an die marktgängige Referenzfluide (HFC und HLP) angeglichen wurde, hinsichtlich ihrer Stabilität unter hydraulisch üblichen Lastkollektiven untersucht. Beide Fluide zeigten zwar über die Versuchsdauer von 600 bzw. 250 Stunden eine abnehmende Viskosität, diese ist jedoch im Bereich der Viskositätsabnahme der marktgängigen Referenzfluide. Daher werden die genutzten Biopolymere als Verdicker für Hydraulikfluide prinzipiell als geeignet angesehen. Weiter wurden die tribologischen Eigenschaften der wasserbasierten Fluide auf einem Tribometer hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Schmierung der tribologischen Kontakte, z.B. innerhalb einer Pumpe, betrachtet und wiederum mit marktgängigen Hydraulikfluiden als Referenz verglichen. Die wasserbasierten Fluide zeigen im Vergleich zu den Referenzfluiden einen höheren Reibkoeffizient. Insbesondere bei der finalen Formulierung wird der Bereich der Mischreibung über die gesamte Versuchsdauer hinweg nicht verlassen. Dies könnte auch die Ursache für den deutlich unruhigeren Verlauf der Messkurven sein und ist darin begründet, dass die kinematische Viskosität ca. 9 mm²/s bei 40°C beträgt und damit deutlich niederviskoser als die Referenzfluide (ca. 46 mm²/s bei 40°C) ist. Im Rahmen des Anwendungstests wurde die Performance der Testfluide anhand von Wirkungsgradmessungen an einer Flügelzellenpumpe (geometrisches Verdrängervolumen 44 cm³) verglichen. Für die Wirkungsgradmessungen wurde ein Pumpenwirkungsgradprüfstand am ifas genutzt. Als Referenzfluide wurden ein Mineralöl HLP 46 und ein HFC 46 genutzt. Für die finale Formulierung des wasserbasierten Fluids ist besonders auffällig, dass die Teilwirkungsgrade zwar ihren typischen Verlauf über den Betriebsdruck aufweisen, jedoch der volumetrische Wirkungsgrad deutlich von den gemessenen Werten der Referenzfluide abweicht.

Im Rahmen des Projektes wird ein neuartiges Hydraulikmedium entwickelt, dessen Wasseranteil bei über 90 % liegt und dessen weitere Komponenten primär auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Zur Einstellung der Viskosität und der Grundschmierung werden Biopolymere auf Kohlenhydratbasis verwendet. Da das Medium überwiegend aus Wasser besteht, steht bei der Additiventwicklung der Korrosionsschutz im Vordergrund. Hierfür werden sekundäre Pflanzenstoffe eingesetzt, die aufgrund ihrer chemischen Struktur ein hohes antikorrosives Potenzial aufweisen und konventionelle Korrosionsschutzadditive ersetzen. Das Projekt kann insbesondere zu dem BMEL Förderschwerpunkt "Verarbeitung biogener Rohstoffe zu Zwischen- und Endprodukten" einen wesentlichen Beitrag zur weiteren Etablierung einer biobasierten Wirtschaft leisten. Hierzu zählen vor allem die Gewinnung des Biopolymers sowie die Nutzbarmachung von sekundären Pflanzenstoffen als Fein- und Spezialchemikalien für Hydraulikadditive. Die sekundären Pflanzenstoffe können aus biogenen Reststoffen (z. B. Agrar- und Lebensmittelindustrie sowie Holzindustrie) gewonnen werden. Der Projektablauf sieht zuerst vor eine Wasser-Biopolymermischung zu entwickeln, die aufgrund der chemischen Struktur eine hohe thermische, physikalische und mikrobiologische Stabilität aufweist und über eine ausreichende Langzeitstabilität verfügt. Parallel dazu wird ein Korrosionsschutzadditiv auf Basis von Pflanzenextrakten entwickelt. Neben der Identifizierung von synergistischen Effekten zwischen einzelnen Stoffklassen von sekundären Pflanzenstoffen, steht die Stabilisierung der antikorrosiv wirkenden Pflanzenextrakte in der Wasser-Biopolymermischung im Vordergrund. Nachdem die wesentlichen Eigenschaften des Korrosionsschutzadditivs bekannt sind, wird ein Additivpaket zusammengestellt sowie dessen Bestandteile aufeinander abgestimmt, um ein anwendungstaugliches Hydraulikfluid zu erhalten.