Schmierstoff -verschiedene Gesichtspunkte -

Transkript

1 Thema Schmierstoff -verschiedene Gesichtspunkte - Vortrag von Hubert Gregorius auf der Mitgliederversammlung des Betriebsführerbeirates des Bundesverband Windenergie e.v. 30. August 2006

2 Zur Person 1957 in Duisburg geboren Verheirat, zwei Kinder Dipl.-Ing. Maschinenbau seit Jahre Tätigkeit bei Getriebeherstellern 6 Jahre Tätigkeit in der Schmierstoffbranche Seit 2004 selbstständig Sachverständiger für Getriebetechnik und Tribologie, Schwerpunkt Windkraft Weitere Infos unter

3 Grundbestandteile eines Getriebeöles Basisöl Primär-Additive Sekundär-Additive

4 Basisöl Mineralöle Syntheseöle Mineralöl / Syntheseöl

5 Additive Oxidations- und Alterungsschutz Korrosionsschutz Buntmetallpassivatoren Pourpointverbesserer Entschäumer Verschleißschutz Hochdruckzusätze Reibungsveränderer VI-Verbesserer Demulgatoren Farbe

6 Mögliche Schadensursache Betriebsbedingte Schäden Überbeanspruchung (einmalig bzw. selten) Überbeanspruchung (häufig bzw. selten) Niedrige Umfangsgeschwindigkeiten Hohe Umfangsgeschwindigkeiten Mikrobewegungen Gewaltbruch Schwingbruch Zahnkopfbruch Folgebruch Nabenbruch Kratzer (kein Schaden) Spezifisches Gleiten X X X Flankenschäden (Grübchen, Abplatzer) X Tragbildverlagerung 1) X X X Flankenspiel zu klein Kerben (z.b. Ölbohrungen) X X Schrumpfspannung (z.b. Nabenfestsitze) X Zahnfußradius zu klein X X Schleifbrand X X Schleifkerben X Flankenrauigkeit X X Falsche Wärmebehandlung oder Werkstoff X X Schmiedefalten, Einschlüsse usw. X X X Riefen X Abrassivverschleiß Ungeeignete Viskosität X X X Hohe Öltemperatur Ölalterung Ungeeignete Öladditive X X Mangelschmierung Verunreinigung (Feststoffe) Wasser im Getriebe Überblick über betriebsbedingte Zahnradschäden und deren Ursachen X X Langsamlaufverschleiß Hauptursachen X Nebenursachen 1) durch Losradkippen, Wellendurchbiegung, Eingriffsstörungen, Zahnkorrektur, geometr. Fehler Quelle: ZF AG, Friedrichshafen

7 Mögliche Schadensursache Betriebsbedingte Schäden Überbeanspruchung (einmalig bzw. selten) Reibkorrosion (Passungsrost) Rippling (Riffelbildung) Fressen Graufleckigkeit Grübchen Abplatzer Überbeanspruchung (häufig bzw. selten) Niedrige Umfangsgeschwindigkeiten X X Hohe Umfangsgeschwindigkeiten Mikrobewegungen Spezifisches Gleiten X X X X X Flankenschäden (Grübchen, Abplatzer) Tragbildverlagerung 1) X X Flankenspiel zu klein X X Kerben (z.b. Ölbohrungen) Schrumpfspannung (z.b. Nabenfestsitze) Zahnfußradius zu klein Schleifbrand X X X Schleifkerben Flankenrauigkeit X X X Falsche Wärmebehandlung oder Werkstoff X X Schmiedefalten, Einschlüsse usw. Ungeeignete Viskosität X X X X Hohe Öltemperatur X X X X X Heißlaufen,Warmfließen Ölalterung X X X X Ungeeignete Öladditive X X X Mangelschmierung X X Verunreinigung (Feststoffe) Wasser im Getriebe Überblick über betriebsbedingte Zahnradschäden und deren Ursachen Korrosion Hauptursachen X Nebenursachen 1) durch Losradkippen, Wellendurchbiegung, Eingriffsstörungen, Zahnkorrektur, geometr. Fehler Quelle: ZF AG, Friedrichshafen

8 Reibungsarten und physikalische Einflussgrößen Mikro Werkstoffmechanik Oberflächenprofil Schmierstoff Additivierung Makro Festkörperkontakt Hydrodynamik Tribochemische Reaktionsschichtbildung

9 Fraktionsabscheidegrad von verschiedenen Filterstoffen 99 a b c d e 95 Abscheidegrad % a Papier 1 b Papier 2 c Feinfasergemisch d DIN-Sieb 40 µm e Grobfasergemisch Korngröße µm Quelle: Springer Verlag, Schmierstoffe im Betrieb

10 Porengrößen von Filtermitteln und Partikelgrößen Porengröße von Filtermitteln Ultrafilter Membranfilter Papierfilter Filtergewebe Siebe Partikelgrößen techn. Emulsionen große Verunreinigungen mechanische Verunreinigungen Makromoleküle und Kolloide Ionen, Moleküle µm m Quelle: Springer Verlag, Schmierstoffe im Betrieb

11 Temperatureinsatzgrenzen verschiedener Öltypen Mineralöl Polyalphaolefin Polyglykol Polyolester Rapsöl Öltemperatur [ C] -abhängig vom Startdrehmoment -Dauerbetrieb -unterbrochener Betrieb Quelle: GFT - Arbeitsblatt 5

12 Funktion des Öles als Schmierstoff -Schmieren -Kühlen -Schützen

13 Merkmale Kenndaten Mineralöl Poly-a-Olefin Ester Polyglykol Dichte bei 15 C 0,85 0,92 0,82 0,86 0,92 1,1 1,0 1,1 Temperatur- Bereich Wärmeleitfähigk. ~ 0,134 ~ 0,136 ~ 0,170 ~ 0,176 spez. Wärmekapazität ~ 1,79 ~ 2,06 ~ 1,97 ~ 1,95 Druck-Visk.- Koeffizient 1,1 3,5 1,5 2,2 1,5 4,7 1,2 3,2 Additivierung Preisrelation

14 Mischbarkeit Ölart Mineralöl Poly-a-Olefin Ester Polyglykol Mineralöl Poly-a-Olefin Ester Polyglykol

15 Mineralöl v 40 = 320 mm²/s v 100 = 24 mm²/s VI = 95 Esteröl v 40 = 320 mm²/s v 100 = 36,1 mm²/s VI = 160 Poly-a-Olefin v 40 = 320 mm²/s v 100 = 32,1 mm²/s VI = 140 Polyglykol v 40 = 320 mm²/s v 100 = 52,5 mm²/s VI = 230

16 Viskositätsverlauf

17 Viskositätsverlauf

18 Viskositätsverlauf

19 Mischungsverhältnis Fertiges Produkt η = 320 mm²/s Grundöl Additiv VI-Verbesserer η = 211 mm²/s Anteil: 80 % η = 220 mm²/s Anteil: 10 % η = 150 mm²/s Anteil: 10 % η = mm²/s

20 0,9 / 1,3 0,37 / 0,55 Umfangsgeschwindigkeiten 2/3 und 3/3 Stufe in m/s 2,8 / 4,2 0,8 / 1,2 8,3 / 12,4 2,5 / 3,8 7,0 / 10,6

21 Grenzschichtaufbau (Kadmer 1960; Fleischer und Wamser 1972) nm Fest Weich Flüssig Hydrodynamik Elastohydrodynamik absorbierte polare Verbindungen Reaktionsschicht aus EP-Wirkstoffen Rehbinder-Schicht (durch adsorbierte Flüssigkeit plastifizierte Feinkristalle) feinkristalline Verformungen schwach verformtes Grundgefüge ungestörtes Grundgefüge Quelle: Springer Verlag, Schmierstoffe im Betrieb

22 P = kw n = Upm d 0 = 210 mm B = 150 mm b = 1 mm p = 4042 bar Innerhalb von 0,0002 s kann der Druck beim EHD-Kontakt um das fache steigen.

23 Einfluß von Verunreinigungen auf die Lagerlebensdauer Quelle: Schaeffler KG Wälzlagerkatalog

24 Größenvergleich µm 100 µm 1 µm

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Diskussion