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Öl als Konstruktionselement in Schraubenmaschinen

Titel: Öl als Konstruktionselement in Schraubenmaschinen
Thema: Nicht-newtonsche Öle
Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. K. Kauder

 

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Verbesserung der Energieausnutzung von Schraubenmaschinen bei breitbandigem Einsatz (z.B. häufig wechselnde Drehzahlen; längerer Einsatz abseits des Nennbetriebspunktes). Es sollen Auslegungskriterien des Konstruktionselementes Öls bei flüssigkeitseingespritzten Schraubenkompressoren formuliert werden

Abschlussbericht

 

Oelverluste

Bild 1: Spezifische Leistung Pe/ in Abhängigkeit von Hauptrotorumfangsgechwindigkeit uHR und variabler kinematischer Viskosität n für verschiedene newtonsche Öle

Die Variation der Ölviskosität (im Bereich von 4-68 mPas bei 40°C) bei sonst gleichen Bedingungen hat für Schraubenkompressoren ergeben, daß bei kleinen Hauptläuferumfangsgeschwindigkeiten höhere Viskositäten und bei großen Geschwindigkeiten (und damit Schergeschwindigkeiten im Bereich von 105 -106 s-1) niedrige Viskositäten energetische Vorteile mit sich bringen. Somit ist ein nicht-newtonsches Öl mit scherentzähendem Verhalten gut geeignet für Maschinen mit häufiger wechselnden Betriebspunkten. Schergeschwindigkeit und damit die Viskosität des Öls in den Spalten hängen sowohl von der Umfangsgeschwindigkeit als auch von der Spaltweite ab. Ein Öl mit geringer Empfindlichkeit gegenüber Spaltweitenvariation läßt größere Fertigungstoleranzen zu.

In dem Forschungsvorhaben soll der Einfluß des Öls auf die Betriebscharakteristik von Schraubenmaschinen untersucht werden, um hieraus ein Modell zur Beschreibung von Ölwirkungen, insbesondere bei der Verwendung nicht-newtonscher Öle, auf die Energiewandlungsgüte zu entwickeln. Das Modell zur Berechnung der hydraulischen Verluste in der naßlaufenden Schraubenmaschine liefert Ansätze, um das Öl schon bei der Auslegung der Schraubenkompressoren als Konstruktionselement mit einzubeziehen. Sinnvoll ist die Nutzung eines nicht-newtonschen Öles immer dann, wenn eine deutliche scherindizierte Viskositätserniedrigung in dem Schergeschwindigkeitsbereich, der in den Spalten des Schraubenkompressors vorliegt, erreicht werden kann. Experimentell ermittelt werden konnte nur das Integral aller Verluste, eingeschlossen der Verlustleistungen in Lagern und am Riementrieb. An einem neuartigen Modellrotorversuchsstand besteht die Möglichkeit, die aufgrund des Öleinsatzes entstehenden Reibungs- und Impulsverluste in den Spalten des Arbeitsraums zu bestimmen. Beim Einsatz der nicht newtonschen Öle besteht die Schwierigkeit darin, den Schergeschwindigkeitsbereich vorherzubestimmen, der während des Betriebs in dem Schraubenkompressor auftritt. Neben der Relativgeschwindigkeit der Spaltberandungen geht hier die reale Spalthöhe ein. Die Spalthöhe ist eine der maßgeblichen Einflußgrößen auf die Verlustleistungen im Arbeitsraum des Schraubenkompressors. Um die Abbildungsgüte des Modells wesentlich zu verbessern sind Warmspalthöhen während des Betriebs gemessen worden. Zum Einsatz kommt hierfür ein Wegmeßsystem auf Wirbelstrombasis.

 

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Literatur:

  • Kauder, K. Deipenwisch, R.: Nicht-newtonsche Öle in Schraubenkompressoren, In: VDI Berichte 1391, 45-60, VDI Verlag, Düsseldorf, (1998)
  • Kauder, K. Deipenwisch, R.: Öl als Konstruktionselement - Einsatz nicht-newtonscher Öle, In: Schraubenmaschinen  Nr.6, Forschungsberichte des FG Fluidenergiemaschinen,, Universität Dortmund, (1998)
  • Kauder, K. Deipenwisch, R.: Sind nicht-newtonsche Öle in der Lage das Betriebsverhalten von Schraubenkompressoren zu verbessern?, In: Industriepumpen + Kompressoren, 2, 79-83, Vulkan Verlag, Essen, (1998)
  • Deipenwisch, R.: Öl als Konstruktionselement in Schraubenkompressoren, DFG Bericht, July 1997