Ölkleben verstehen und beherrschen

Ölkleben verstehen und beherrschen

Werden zwei Flächen mit kleinem Abstand und dazwischen befindlicher Flüssigkeit schnell auseinander bewegt, entsteht eine große Kraft; man spricht vom Flüssigkeits- oder Ölkleben. In schnellen Schaltventilen, insbesondere jenen mit Magneten in Flachankerbauweise, tritt dieser Effekt sehr dominant auf und führt zu erheblichen Schaltverzögerungen oder gar zum Versagen. In einer Dissertation konnte ein völliges Verständnis für das Ölkleben erzielt werden. Darauf aufbauend wurden mathematische Modelle entwickelt, die bei der Optimierung von Schaltventilen unerlässlich sind. Jüngst gelang ein völlig neues Design der dem Ölkleben ausgesetzten Ventilteile, mit dem Ölkleben völlig vermieden wird. Es wurde experimentell erfolgreich getestet und zum Patent angemeldet.

Das scheinbare Kleben von zwei Flächen, die durch einen engen, flüssigkeits­gefüllten Spalt getrennt sind, spielt in einigen technischen Bereichen eine wichtige Rolle. Bei Ölen spricht man vom Ölkleben. Unter anderem kann es das Verhalten von Schaltventilen negativ beeinflussen, ja sogar zu deren Versagen führen. Am LCM, der Trägergesellschaft des ACCM, werden die weltweit schnellsten Hydraulik-Schaltventile entwickelt. Man nutzt extrem leistungsfähige Elektromagnete zur Betätigung der Ventile. Der sogenannte Flachankermagnet eignet sich für die schnellen Ventile am besten. Der flache Anker bildet mit dem Magnetkern enge Spalte aus, wo sich starke Ölklebekräfte bilden können. Außerdem gibt es in den beiden Endlagen des Schaltelements mechanische Anschläge. Man bildet diese flächenhaft aus, um beim Annähern der Flächen durch das Auspressen des Öles einen Dämpfungseffekt zu erzeugen. Er dient dem Verschleißschutz der Kontaktflächen und mindert die Auftreffgeräusche. Damit werden aber beim Trennen der Flächen hohe Klebekräfte bewirkt.

In der Dissertation von Markus Resch wurde das Ölkleben experimentell und theoretisch untersucht. Die relevanten Effekte und die Rolle der Parameter sind vollkommen geklärt. Mathematische Modelle zur Beschreiben des Ölklebens, das sich bei hoher Dynamik der Spaltaufweitung aus vier verschiedenen Phasen zusammensetzt, stehen als Werkzeug zur Optimierung der Schaltventile zur Verfügung.

Jüngst gelang eine Lösung des Zielkonfliktproblems bei den Kontaktflächen, deren Dämpfungswirkung erforderlich, deren Ölklebkraft aber schädlich ist. Durch eine völlig andere Gestaltung der Kontaktflächen werden andere als die fürs Ölkleben verantwortlichen Prozesse für Dämpfen des Aufpralles genutzt. Damit kann die erwünschte Dämpfungswirkung unabhängig von Ölklebeeffekten eingestellt werden. Die Tauglichkeit dieses Konzeptes wurde experimentell bestätigt, die Lösung wurde zum Patent angemeldet. Das Ölkleben hat damit seinen Schrecken für die Ventilentwickler verloren.

Fähigkeiten

Gepostet am

5. April 2017

Die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG -  Logo
Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie -  Logo
Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft -  Logo
Forschungsland Oberösterreich -  Logo
UAR Innovation Network - Logo
COMET – Competence Centers for Excellent Technologies -  Logo
Europa -  Logo