Bestimmung der Kavitationserosion eines Hydraulikventils und modellunterstützte Ermittlung von kavitationsrelevanten Stoffdaten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter F. Pelz
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 175375345

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Betriebsgrenzen hydraulischer Maschinen und Komponenten werden infolge höherer Leistungsdichten, d.h. größeren Betriebsdrücken und höheren Strömungsgeschwindigkeiten, durch das Phänomen der Kavitation beeinflusst und festgelegt. Unter Kavitation versteht man das schlagartige Aufreißen einer Flüssigkeit infolge einer statischen Druckabsenkung und den darauf-folgenden Kollaps der entstandenen Hohlräume. Tritt Kavitation in einem fluidtechnischen System auf kann es zu einer Veränderung der Kennlinien, d.h. zu einer Beeinflussung der Funktion, kommen. Außerdem werden Bauteile durch die hochdynamischen Kollapsvorgänge zu Schwingungen angeregt, was mit einer nicht zu vernachlässigenden Geräuschemission einhergeht. Zusätzlich sind infolge von Kavitation erhebliche Werkstoffzerstörungen festzustellen, die ebenfalls auf den Blasenkollaps zurückzuführen sind und als Kavitationserosion bezeichnet werden. Im Rahmen des hier vorgestellten Kooperationsprojektes sollen die beiden zuletzt genannten negativen Aspekte Kavitationsgeräusch und Kavitationsverschleiß in ölhydraulischen Komponenten untersucht werden. Der vorliegende Bericht stellt die an der Forschungsstelle Fluidsystemtechnik (TU Darmstadt) gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse vor. Neben der Vermessung von Stoffdaten, die bei allen Projektpartnern in Experiment und/oder Simulation genutzt wurden, lag das Hauptaugenmerk der Arbeiten der Forschungsstelle auf Grundlagenexperimenten zur Untersuchung der Blasendynamik und des Stofftransportes. Zusätzlich wurden Schädigungsexperimente am Ventilmodell der Forschungsstelle IFD (TU Dresden) durchgeführt, die Aussagen über die erosive Aggressivität der kavitierenden Strömung erlauben. Im Rahmen des Projektes wurde außerdem der Grundstein für die Erforschung von Keimbildungsvorgängen in kavitierenden Strömungen gelegt. Die Erforschung dieses in der Kavitationsforschung nicht ausreichend behandelten Themenkomplexes wurde nach Abschluss des Projektes weiterführt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• „Messverfahren und numerische Modellierung von Kavitation in einem ölhydraulischen Ventil“, O+P Ölhydraulik und Pneumatik, 57 (2013), Nr. 02, S. 20-26
  L. Müller, S. Helduser, J. Weber, M. Schümichen, F. Rüdiger, J. Fröhlich, T. Groß, G. Ludwig, P. F. Pelz
  
• „Experimental evidence of nucleation from wallbounded nuclei in a laminar flow“, in 9th International Symposium on Cavitation (CAV2015), Lausanne, 2015
  T. F. Groß, G. Ludwig und P. F. Pelz
  
• „High-Speed Visualisierung von Keimbildungsvorgängen an wandgebundenen Porenkeimen“, in Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik GALA e.V., Dresden, 2015
  T. F. Groß, G. Ludwig und P. F. Pelz