Zoeken
![]() |
Hydrauliekvloeistoffen
Bij hydraulieksystemen wordt gebruik gemaakt van een vloeistof als krachtoverdrachtsmedium. Wanneer de krachtoverdracht is gebaseerd op in de vloeistofstroom aanwezige kinetische energie, spreekt men van hydrodynamische overbrengingen (zoals bijvoorbeeld vloeistofkoppelingen en koppelomvormers). Wanneer niet de snelheid maar de druk van de vloeistof verantwoordelijk is voor de krachtoverbrenging wordt gesproken over hydrostatische systemen. In het algemeen wordt de term hydrauliek vooral geassocieerd met het tweede type overbrenging. Hydrostatische systemen worden op grote schaal gebruikt voor allerlei toepassingen in de industrie, op grondverzetmachines, bij landbouwwerktuigen en in de scheepvaart. Het meest verbreide type hydrostatische "aandrijving" is te vinden in het remsysteem van personenauto's. Merkwaardigerwijs wordt dat normaliter niet tot "de hydrauliek" gerekend, mogelijk vanwege het afwijkende type vloeistoffen dat daarin wordt toegepast. |
Werkingprincipe
Een hydraulieksysteem bestaat in principe uit een pomp, een motor, een leidingsysteem, een vloeistofreservoir, een filter en een regeleenheid om de vloeistofstroom op de een of andere manier te kunnen sturen. Als pomptype worden vooral plunjerpompen, tandwielpompen en schottenpompen gebruikt, In principe kunnen alle pompen ook als motor worden ingezet. Hydraulische cilinders zijn te beschouwen als een niet-roterende axiale plunjerpomp. |
Belangrijkste typen hydrauliekvloeistof
Het meest gebruikt wordt minerale olie met een viscositeit tussen ISO VG 22 en ISO VG 68. In industrietoepassingen worden uit veiligheidsoverwegingen soms moeilijk brandbare hydraulische vloeistoffen toegepast (staalindustrie, mijnbouw, spuitgietmachines). In mobiele en buiten opgestelde apparatuur worden wel biologisch afbreekbare producten ingezet, om mogelijke milieuschade bij lekkages als gevolg van een incident te beperken. In autoremsystemen worden glycolverbindingen en boorzuuresters toegepast en een enkele keer minerale olie of siliconen. Alle vloeistoffen voor remsystemen hebben een zeer lage viscositeit, het stolpunt ligt < -40 °C Tenslotte worden er in de voedings- en genotmiddelenindustrie voedselveilige producten ingezet, die bij een incident geen schade aan de gezondheid veroorzaken. Het aantal mogelijke hydrauliekvloeistoffen is dus zeer uitgebreid en vele zijn onderling beslist niet mengbaar of uitwisselbaar. |
Indeling van hydrauliekvloeistoffen naar type
Wereldwijd bekend is de indeling volgens ISO 6743/4:
In Europa wordt DIN 51524 veel gebruikt. Deze lijkt sterk op ISO 6743/4:
VDMA 24568 specificeert een viertal biologisch afbreekbare hydraulische vloeistoffen:
Remvloeistoffen vallen buiten de bovenstaande indelingen. De belangrijkste indelingen voor remvloeistoffen zijn die volgens ISO 4925, ISO 7803 en Federal Motor Vehicle Safety Standard No. 116. De specificaties zijn in eerste instantie gericht op toepassing in het wegverkeer. Soms worden ze ook gevraagd voor industriële toepassingen. De meeste remmechanismen in de industrie worden echter electro-magnetisch of mechanisch bekrachtigd.
In de bovenstaande tabel zijn producten waarvan de eigenschappen zijn weergegeven in dezelfde kleur onderling mengbaar, producten waarvan de eigenschappen in verschillende kleuren zijn weergegeven zijn volstrekt niet mengbaar of uitwisselbaar. Bij onverhoopte menging kan er grote schade aan het remsysteem optreden en kan het remvermogen van het voertuig volledig uitvallen! |
Water als hydrauliekvloeistof
Water is de meest voor de hand liggende vloeistof - het is goedkoop, laagvisceus en als warmteoverdrachtsmedium onovertroffen., De eerste hydraulische systemen werkten dan ook met water - en de nadelen daarvan (beperkt temperatuurbereik, slecht smeermiddel, corrosie) werden ook snel duidelijk. Water wordt alleen nog "puur" gebruikt in "antieke" lage druk systemen. Het is echter een belangrijk bestanddeel van verschillende typen moeilijk brandbare hydraulische vloeistoffen. In alle andere gevallen is water een stof die zo veel mogelijk buiten het systeem dient te worden gehouden. |
Onderscheid tussen mobiele en industriële hydraulieksystemen
Er zijn een aantal verschillen tussen mobiele en stationaire hydraulieksystemen die hun weerslag hebben op vloeistofstandtijd, vloeistofkeuze, filtermogelijkheden en componentenlevensduur. De verschillen worden veroorzaakt door beperkingen die de inzet van de hydraulische installatie met zich meebrengt en zijn nauwelijks te beinvloeden. De verschillen zijn gelegen in starttemperatuur, bedrijfstemperatuur, optredende drukken, vervuilingsniveau, gevoeligheid voor schuimvorming en luchtinsluiting en beschikbare oliehoeveelheid. |
Oliehoeveelheid
Als vuistregel voor hoge druk hydraulieksystemen wordt aangehouden dat de inhoud van het oliereservoir ongeveer drie keer de pompopbrengst moet bedragen. Als dus een pomp is gemonteerd met een (maximale) opbrengst van 50 l/min, dan zou het reservoir een inhoud van ca. 150 liter behoren te hebben. De achtergrond van de vuistregel is dat bij een dergelijke verhouding de in de tank terugvloeiende olie voldoende tijd heeft om eventueel ingesloten luchtbellen af te scheiden en eventueel oppervlakteschuim af te breken, zodat door de pomp olie kan worden aangezogen zonder gevaar voor cavitatie. Ook de vormgeving van een standaardreservoir is daar op gericht. Zo zijn tanks voorzien van tussenschotten om eventueel uitzakkend vuil te concentreren, wordt de retourolie zodanig teruggevoerd dat er geen "geplons" ontstaat en wordt de aanzuigleiding aangebracht op een relatief "schone" plaats in de tank. |
Systeemdruk
Hoe hoger de systeemdruk, hoe hoger de gevoeligheid voor vuil en hoe geringer de spelingen. Bij mobiele apparatuur worden voor eenzelfde type pomp vaak aanzienlijk hogere drukken toegestaan dan in algemene industrietoepassing gebruikelijk. De hogere druk wordt gekozen omdat men een hoge vermogensdichtheid wenst,, de afmetingen van de apparatuur moeten beperkt blijven. De constructeur maakt een afweging en probeert een balans te vinden tussen systeemdruk, prestaties en levensduur. De uitkomst zal naar de aard van de apparatuur en de inzet variëren - met als gevolg dat bij mobiele toepassingen in verhouding hogere drukken worden toegelaten - en als gevolg daarvan de levensduur korter wordt. Wanneer door die keuze de prestaties in bijvoorbeeld m3 grond verzet per uur en daardoor de geldelijke opbrengst per uur hoger ligt, kan dat een economisch alleszins terechte keuze zijn. |
Temperatuurinvloeden
Voor de keuze van de viscositeit van een hydrauliekvloeistof zijn twee temperaturen van belang: de starttemperatuur en de normale bedrijfstemperatuur. De viscositeit moet bij het opstarten nog zodanig laag zijn dat de pomp de vloeistof kan aanzuigen zonder dat luchtinsluiting of cavitatie optreedt. Op bedrijfstemperatuur dient de viscositeit nog voldoende hoog te zijn om voor smering en loopvlakscheiding van de diverse onderdelen van het systeem te zorgen. De ideale viscositeit loopt uiteen en is afhankelijk van het gebruikte pomptype, zoals uit de tabel blijkt.
Per pomptype kunnen de waarden enigszins uiteenlopen, afhankelijk van constructiedetails. Tandwielpompen zijn minder kritisch ten aanzien van de viscositeit bij starttemperatuur dan de andere typen. Schottenpompen zijn kritisch ten aanzien van de viscositeit op bedrijfstemperatuur. Bij een te geringe waarde kan slijtage aan de schotten optreden. |
Luchtinsluiting en de vorming van oppervlakteschuim
Beide verschijnselen zijn zeer ongewenst omdat ze de stabiliteit van het systeem verstoren en aanleiding kunnen zijn tot cavitatie en slijtage. Hoewel beide op elkaar lijken en de effecten op het systeem gelijk zijn, zijn de oorzaken van beide verschijnselen geheel verschillend. Luchtinsluiting betekent luchtbellen in de vloeistof, die als het goed is snel opstijgen en dan de vloeistof verlaten. Oppervlakteschuim ontstaat wanneer de opstijgende luchtbellen omhuld met een dun vloeistoflaagje op het oppervlak aanwezig blijven. |
Detergenten en dispersanten
Bij mobiele apparatuur kan de bedrijfstemperatuur zo hoog zijn dat afzettingen als gevolg van oxidatie in de vorm van lak niet zijn te voorkomen. Het ontstaan van afzettingen kan worden tegen gegaan door detergenten en dispersanten. In motorolie worden die om die reden op grote schaal toegepast. In hydrauliekolie kan dat ook, maar het gaat ten koste van het luchtafscheidend vermogen. Zolang het gebruik van detergenten kan worden voorkomen, is het beter ze om die reden niet te gebruiken. Door de hogere bedrijfstemperatuur zal het echter in een aantal gevallen noodzakelijk zijn een vloeistof met detergerende en dispergerende eigenschappen toe te passen. In DIN 51524 HLP-D is een dergelijk type vloeistof gespecificeerd. Daarbij worden aan het luchtafscheidend vermogen en het anti-schuimgedrag lagere eisen gesteld - het is niet mogelijk die op hetzelfde niveau te handhaven als bij een normale DIN 51524 HLP vloeistof! Als alternatief wordt in mobiele apparatuur soms motorolie ingezet met een viscositeit van SAE 10W, 20W of 10W-30. |
Samenvatting
De werkomstandigheden bij een hydraulieksysteem in mobiele toepassingen zijn minder gunstig dan bij een goed ontworpen industriesysteem. Dat heeft tot gevolg dat er een hoger vervuilingsniveau aanwezig is, er meer kans bestaat op schuimvorming en er een geringere vloeistofstandtijd en levensduur is te verwachten. De bestendigheid tegen de hogere temperatuur kan worden verbeterd door het gebruik van detergenten/dispersanten, maar dat gaat ten koste van het luchtafscheidend vermogen en kan ook de filtreerbaarheid van de vloeistof (vanwege het geringere demulgerend vermogen) aantasten. De levensduur kan worden vergroot door gebruik van een specifiek op mobiele toepassingen afgestemde (detergerende) hydrauliekvloeistof, aandacht voor schoon werken en goede filtering en door het binnendringen van water en vuil van buiten zo goed mogelijk tegen te gaan. Bij goed ontworpen en goed onderhouden grondverzetapparatuur kan dat een vloeistofstandtijd opleveren van 3000 tot 7000 uur, bij landbouwtoepassingen zullen door de aard van de constructie kortere standtijden moeten worden aangehouden. |
Reinheid in hydraulische systemen
In een hydraulisch systeem komen nauwe spelingen voor. Vooral bij hoge druk systemen (drukken >200 bar) is uiterste reinheid van belang. De gewenste reinheid hangt af van de mechanische opbouw van het systeem: hoe kleiner de spelingen, hoe hoger de reinheid moet zijn. In de tabel is een overzicht te zien van de gewenste reinheid voor diverse componenten. In het algemeen geldt: de gewenste reinheid is meestal hoger dan de reinheid van het smeermiddel zoals door de smeerolieindustrie standaard wordt aangeboden.
|
Vervuiling
In de afbeelding hiernaast is te zien hoe verse olie er onder een microscoop uit ziet (vergroting: 100x). Omdat het fabricageproces van hydrauliekvloeistoffen op industriële schaal plaats vind, is het niet mogelijk zonder speciale maatregelen en hoge kosten vloeistof van de optimale reinheid te leveren. Sommige leveranciers zijn in staat op verzoek "superclean" hydrauliekvloeistof te leveren tegen meerprijs. |
Maatregelen ter bevordering van de reinheid
In de afbeelding hieronder is een hydraulisch systeem te zien, waarin aangegeven op welke manier vuil een systeem kan binnen komen. Zowel uit externe bron via een tankbeluchter, als gevolg van onderhoudswerkzaamheden, als gevolg van slijtage en als gevolg van veranderingen in de vloeistof zelf kan vervuiling ontstaan. |
Filterfijnheid
Om een bepaalde mate van reinheid te bereiken zullen filters gebruikt moeten worden die in staat zijn deeltjes van de gewenste grootte te verwijderen. In de afbeelding hiernaast is een overzicht te zien van de filterfijnheid die nodig is om een bepaalde reinheidsklasse te bereiken. |
Verontreiniging door water
Alle hydrauliekvloeistoffen die niet door hun aard al reeds water bevatten, gaan snel in eigenschappen achteruit bij water in het systeem. Vooral wanneer het syteem daarnaast metaaldeeltjes van vooral koper bevat. Koper heeft een sterk katalyserende invloed op de snelheid van kwaliteitsachteruitgang door water. |
Speciale producten en toepassingen
Het merendeel van de gebruikte hydrauliekvloeistof bestaat uit minerale olie met een additivering afgestemd op de te verwachten bedrijfsomstandigheden. Voor een aantal toepassingen worden eisen gesteld waar met een op basis van minerale olie moeilijk of niet aan kan worden voldaan. De belangrijkste "uitzonderingen" zijn toepassingen waar hoge brandveiligheid is vereist, waar biologisch afbreekbare producten worden verlangd, toepassingen waar de hydrauliekvloeistof in contact kan komen met voedingsmiddelen, remvloeistoffen en toepassingen met zowel extreme temperatuureisen en veiligheidsvoorschriften zoals in de luchtvaart. |
Moeilijk brandbare hydraulische vloeistoffen
Bij slangbreuk of bij lekkage kan bij een onder druk staand hydraulieksysteem vloeistof naar buiten kunnen komen. Wanneer in de omgeving open vuur of materiaal met een voldoende hoge temperatuur aanwezig is, kan dat tot het ontbranden van de vrijkomende hydrauliekvloeistof leiden met de daaruit voortvloeiende gevaren voor omgeving en personeel. In dergelijke situaties (bijvoorbeeld in de staalindustrie en de mijnbouw en bij spuitgietmachines) worden eisen gesteld aan de brandbaarheid van de in te zetten hydrauliekvloeistof.
Wanneer dergelijke producten worden vereist, wordt nauwkeurig aangegeven welke typen in de gegeven situatie acceptabel zijn. Omdat deze producten sterk afwijken van minerale olie zal in veel gevallen de apparatuur daarop moeten zijn aangepast. Het kan nodig zijn om andere afdichtings- en slangmaterialen toe te passen en eventueel de maximale pompdruk terug te brengen vanwege de in veel gevallen minder goede smerende werking van dergelijke producten. Overschakeling van minerale olie naar een moeilijk brandbare hydrauliekvloeistof zal in de praktijk weinig voorkomen. Meestal gaat het om apparatuur die af fabriek met een dergelijk product is afgevuld en daartoe door de fabrikant van de noodzakelijke aanpassingen is voorzien. Wanneer achteraf dient te worden overgeschakeld van minerale olie naar een moeilijk brandbare vloeistof, dient dit in nauw overleg tussen gebruiker, machinefabrikant en vloeistofleverancier plaats te vinden om zeker te stellen dat zowel aan de veiligheidseisen voor de werkomgeving als aan de compatibiliteitsvereisten van machine en vloeistof wordt voldaan. |
Biologisch afbreekbare hydrauliekvloeistoffen
Hydraulische vloeistof die door een of andere reden weg lekt naar het milieu, kan grote gevolgen hebben voor de daarin levende organismen. Om die reden worden bij buiten opgestelde apparatuur en bij mobiele toepassingen in toenemende mate biologisch afbreekbare producten gebruikt. Wanneer een biologisch afbreekbaar product weg lekt, wordt dit veel sneller afgebroken in ongevaarlijke stoffen dan minerale olie. De tijdsduur waarin schade wordt aangericht wordt dus sterk verkort - het is niet zo dat in het geheel geen schade aan het milieu wordt toegebracht. Het is dus ook beter om lekkage zo volledig mogelijk te voorkomen. Biologisch afbreekbare vloeistoffen zijn bedoeld om de schade als gevolg van een incident zoals slangbreuk te beperken, niet om slecht onderhoud acceptabel te maken. Biologisch afbreekbare vloeistoffen mogen na gebruik niet in het milieu worden achter gelaten, maar dienen op voorgeschreven wijze te worden afgevoerd. |
Voedselveilige hydraulische vloeistoffen
In de voedingsmiddelenindustrie worden dezelde hydrauliekcomponenten gebruikt als in de algemene industrie. De producent van voedingsmiddelen is echter verplicht op basis van EU-voorschriften een zorgvuldige analyse te maken van zijn productieproces en daarbij risicos nauwkeurig in kaart te brengen. Wanneer uit deze zogenaamde HACCP-analyse blijkt dat in bepaalde fases van het productieproces contaminatie van voedingsmiddelen door incidentele lekkage van hydrauliekvloeistof zou kunnen optreden, kan de producent besluiten een voedselveilige vleoistof te gebruiken in die toepassing. |
Remvloeistoffen
Remvloeistoffen dienen zowel een betrekkelijk lage viscositeit te hebben bij lage temperatuur (-40 °C) als bestand te zijn tegen betrekkelijk hoge temperatuur (>140 °C bij aanwezigheid van vocht in het systeem). Remvloeistof speelt een vitale rol bij de verkeersveiligheid. Bij moderne ESP-systemen wordt 25 keer per seconde gecontroleerd of het voertuig de gewenste koers volgt. Wanneer dat niet het geval is, wordt ingegrepen door zowel gas terug te nemen en één of meer wielen korstondig af te remmen ter correctie. Aan deze eisen kan alleen met betrekkelijk dunne vloeistoffen worden voldaan met hoge viscositeitsindex. In de meeste gevallen worden mengsels van glycolethers en/of boorzuuresters gebruikt, soms een synthetische minerale olie met zeer hoge viscositeitsindex.. |
Luchtvaarttoepassingen
In de luchtvaart mogen alleen expliciet goedgekeurde en vrijgegeven producten gebruikt. Het gaat om betrekkelijk laagvisceuze vloeistoffen van allerlei samenstelling, met een groot temperatuurbereik en een bepaalde mate van reinheid. Onderhoud van dergelijke hydraulische systemen is aan strenge veiligheidsvoorschriften gebonden. Voor niet-luchtvaarttoepassingen worden dergelijke producten soms voorgeschreven wanneer geen geschikte algemene producten verkrijgbaar zijn. |