Energieeffizienz & Integration: Rücklauf-Saugfilter

Insbesondere in selbstfahrenden Maschinen, die mit hydrostatischem Antrieb und kombinierter Arbeitshydraulik ausgerüstet sind, besteht das Filterkonzept häufig noch aus einem Rücklauffilter (Arbeitshydraulik) und einem Saug- oder Druckfilter (hydrostatischer Antrieb).Die Filterfeinheiten sind dabei so abzustimmen, dass die von den Antriebsherstellern geforderte Reinheitsklasse 20/18/15 … 19/17/14 (nach ISO 4406) erreicht wird.

Nachteile im geschlossenen Kreis mit Saug- und offenem Kreis mit Rücklauffilter:
Aufgrund der hohen kin. Viskosität der Hydraulikflüssigkeit bei tiefen Temperaturen entstehen besonders in der Kaltstartphase Saugprobleme.              

Nachteile im geschlossenen Kreis mit Druck- und offenem Kreis mit Rücklauffilter:
Der Druckfilter schützt im geschlossenen Kreis die Axialkolbenpumpe,  jedoch ist die Füllpumpe nicht geschützt. Saugprobleme in der Kaltstartphase entstehen weiterhin.

Rücklauf-Saugfilter-Konzept
Der Einsatz eines Rücklauf-Saugfilters bietet weitreichende funktionale Verbesserungen. Rücklauf-Saugfilter ersetzen bei Geräten mit hydrostatischem Antrieb und kombinierter Arbeitshydraulik die erforderlichen Saug- bzw. Druckfilter für die Füllpumpe des geschlossenen hydrostatischen Antriebes sowie den Rücklauffilter für die Arbeitshydraulik im offenen Kreis. Verglichen mit diesen Filterkonzepten erreicht man dabei oftmals auch eine Kostenreduktion.

Konzeptionelle Vorteile

• Nur ein Filter für beide Kreisläufe
• In beiden Kreisläufen wird im Rücklauf der gesamte Volumenstrom gefiltert
• In der Rücklaufleitung fließt ständig mehr Öl, als über die Saugleitung entnommen wird
• Die Speisepumpe saugt durch ein Druckhalteventil vorgespanntes Öl - dadurch exzellentes Kaltstartverhalten
• Speisepumpe wird immer mit gefiltertem Öl versorgt. Kein Bypass vorhanden (außer bei Leitungseinbau-Ausführungen). Ein Druckbegrenzungsventil ist verbaut, um Wellendichtringe vor Überlastung zu schützen

Während beim Einsatz getrennter Filter beide Kreise unabhängig voneinander arbeiten, entstehen durch die Zusammenführung über einen Rücklauf-Saugfilter zwischen beiden Kreisläufen Wechselwirkungen.Unter Berücksichtigung der nachfolgend beschriebenen Auslegungskriterien kommen die Vorteile des Rücklauf-Saugfilter-Konzepts voll zur Geltung.

Erforderlicher Volumenstrom im Systemrücklauf
Zur Aufrechterhaltung einer Vorspannung von ca. 0,5 bar am Anschluss zur Füllpumpe ist unter allen Betriebsbedingungen ein minimaler Überschuss zwischen Rücklauf- und Saugmenge erforderlich, der je nach Filtergröße und Ausführung variiert.

Zulässiger Füllpumpenvolumenstrom

• Bei Betriebstemperatur und Nenndrehzahl sollte der Füllpumpenvolumenstrom 50 % des Filter-Nennvolumenstromes nicht überschreiten (z. B. sollte bei einem Rücklauf-Saugfilter mit 200 l/min Nennvolumenstrom/Rücklaufmenge der Volumenstrom der Füllpumpe nicht höher als 100 l/min sein).
• Bei extremen Kaltstarts (v = 1000 mm²/s) und leicht erhöhter Leerlaufdrehzahl (n = 1000 min-1) sollte der Füllpumpenvolumenstrom weniger als 20 % des Filter-Nennvolumenstromes betragen.

Normale Betriebsbedingungen

Vom Systemrücklauf kommendes Öl (A) fließt durch das Filterelement (1) und gelangt - durch ein Druckhalteventil (2) auf 0,5 bar vorgespannt - zur Füllpumpe des hydrostatischen Antriebes (B). Der Überschuss zwischen Rücklauf- und Saugmenge strömt gefiltert in den Tank ab.Die Vorspannung von 0,5 bar in der Saugleitung vermindert die Kavitationsgefahr in der Füllpumpe und ermöglicht somit exzellente Kaltstarteigenschaften. Im Normalbetrieb ist ein Ölmangel auszuschließen.

Das integrierte Druckbegrenzungsventil (3) verhindert einen unzulässig hohen Staudruck im Rücklauf. Da dieses Ventil direkt in den Tank führt, ist keine Verbindung zwischen Systemrücklauf (A) und Sauganschluss der Füllpumpe (B) vorhanden (kein Bypass).Das Nachsaugventil (4) mit Schutzsieb (5) stellt bei kurzzeitigem Ölmangel (Entlüften/ Kaltstart) die Versorgung der Füllpumpe sicher.

Druckverlust in den Saugleitungen
Unter den o.g. Kaltstartbedingungen darf der Druckverlust in den Saugleitungen 0,4 bar nicht überschreiten. Hierdurch ist sichergestellt, dass selbst bei teilverschmutztem Filterelement die Füllpumpe mit genügend Öl versorgt wird.

Staudrücke im Systemrücklauf
Wird das Lecköl aus dem hydrostatischen Antrieb über das Filter geführt, sind zum Schutz der Radial-Wellendichtringe die zulässigen Lecköldrücke zu beachten. Hierbei sind neben dem Staudruck des Filters auch die Druckverluste der Leckölleitungen und des Ölkühlers zu berücksichtigen. Je nach Anwendungsfall empfiehlt sich der Einsatz eines Kühlerumgehungsventils.

Filterfeinheiten und Ölreinheiten
Standardmäßig stehen für alle Rücklauf-Saugfilter zwei ARGO-HYTOS-Filterfeinheiten zu Verfügung: 10EX2 und 16EX2. Beide mit dem patentierten EXAPOR^®MAX 2-Aufbau.Folgende Ölreinheiten nach ISO 4406 sind damit erzielbar:

Von den Herstellern hydrostatischer Antriebe wird für Normalbetrieb meist eine Ölreinheit von 20/18/15 sowie eine 19/17/14 für erhöhte Anforderungen (t > 90°C) empfohlen.Bereits mit der Filterfeinheit 16EX2 werden diese Forderungen zu 100% erfüllt.

Der leistungsoptimierte Aufbau des 3-lagigen EXAPOR^®MAX2 Filtermaterials aus unterschiedlich feinen Glas- und Polyesterfasern in Kombination mit dem verbesserten Hybridstützgewebe (patentiert) aus Edelstahl und Polyester setzt Maßstäbe im Hinblick auf:

• Druckverlust
• Schmutzkapazität
• Durchflussermüdungsstabilität

Der eingesetzte Kunststoffmantel bietet folgende Vorteile:

• Individuelle Bedruckbarkeit
• Beschädigungsschutz
• Verbesserung der Durchflussermüdungsstabilität

Für den Anwender rechnen sich diese Verbesserungen:

• Längere Wartungsintervalle
• Höhere Betriebssicherheit
• Bessere Ölreinheit
• Gesteigerte Leistungsdichte
• Hoher Wiedererkennungswert
• Reduzierte Betriebs- und Instandhaltungskosten

Als Alternative zu EXAPOR^®MAX2 stehen auf Anfrage die neu entwickelten und preiswerteren EXAPOR^®Light-Filterelemente zu Verfügung.
Aufgrund reduzierter Schmutzkapazität eignen sie sich besonders für Anlagen mit geringeren Anforderungen(bspw. ca. 500 Betriebsstunden/Jahr).

Verfügbare Filter-Baureihen
Je nach Einbauort und geforderter Leistung kann bei ARGO-HYTOS zwischen folgenden Bauarten und Baureihen gewählt werden:

Die Tankeinbau-Varianten sind mit Druckbegrenzungsventilen ausgerüstet. Leitungseinbau-Varianten verfügen über einen Bypass. Der modulare Aufbau der Filter ermöglicht die unkomplizierte Umsetzung von Kundenwünschen wie bspw. spezielle Anschlusskonfigurationen.

Zusammenfassung
Bei der Auslegung von Rücklauf-Saugfiltern sind noch mehr die spezifischen Anforderungen hydrostatischer Antriebe zu berücksichtigen, als bei der Auslegung separater Filter für den Füllpumpen- und den Arbeitskreis.

Die Vorteile des Rücklauf-Saugfilter-Konzeptes

• hervorragende Kaltstarteigenschaften der Anlage, da die Füllpumpe mit vorgespanntem Öl versorgt wird (verminderte Kavitationsgefahr)
  Schutz der Füllpumpe durch Versorgung mit feinstgefiltertem Öl
  weniger Komponenten durch Einsparung eines Filters
  Reduzierung der Ersatzteil- und Wartungskosten

kommen bei exakter Auslegung voll zur Geltung und gewährleisten somit auch unter extremen Betriebsbedingungen die maximale Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage.

TeCHNISCHE DATEN