Getriebeöle. Fressverschleißes mit EP- Additiven formuliert. Bei Berührung

Transkript

1 Getriebeöle Die Schmierung eines Zahnradtriebes, d. h. die Schmierfilmbildung und die damit verbundene Herabsetzung von Reibung und Verschleiß, ist abhängig von der Zahnradkonstruktion, der übertragenden Kraft im Bereich der Zahnradflanken und der Höhe der dabei auftretenden Gleit- und Wälzgeschwindigkeiten. Dabei stellt die Schmierung eines Zahnradtriebes bei der Kraftübertragung von einer Zahnradflanke auf die andere sehr hohe Anforderungen an den Schmierstoff. Ein Schmierfilm muss sich auch noch im Wälzpunkt der Verzahnung ausbilden können, da es sonst zur Materialzerstörung an den Oberflächen der Zahnradflanken kommt. Ganz vermeiden lässt sich ein Durchbrechen des Schmierfilmes aber nicht, da wegen der extremen Flankenpressung und des äußerst kleinen Schmierspaltes nur minimale Möglichkeiten für die Ausbildung eines tragfähigen Schmierfilms gegeben sind. Die Zahnradflanken, unter dem Mikroskop betrachtet, sind nicht plan-eben; ein Metallgebirge erschwert die Schmierfilmbildung. Wir sprechen in einem solchen Fall von der Rauigkeit der Oberfläche, die abhängig ist vom Grad der maschinellen Feinbearbeitung bei der Zahnradherstellung. Es kommt vor, dass Rauigkeitsspitzen den Schmierfilm durchbrechen und sich berühren. Wir bezeichnen diesen Zustand als Mischreibung. Unter Auftreten einer Blitztemperatur kommt es dann oft zum Verschweißen der Rauigkeitsspitzen und zum Ausreißen von Eisenpartikeln an der Zahnradoberfläche, d. h. zur Zerstörung der Flankenoberfläche. Diese Verschleißmarken sind dann als Riefen (Fresser) auf den Zahnradflanken sichtbar. Ein solcher Zahnradflanken-Verschleiß darf bei Verwendung von Getriebeölen nicht auftreten. Getriebeöle werden zur Vermeidung eines solchen Fressverschleißes mit EP- Additiven formuliert. Bei Berührung der Rauigkeitsspitzen reagiert das EP-Additiv mit dem Eisen und bildet eine Metall-Schmelze, die Notlauf- Schmiereigenschaften hat und die Rauigkeitsspitzen abbaut. Ein solcher Wirkungsmechanismus wird auch als chemisches Polieren bezeichnet; es kommt nicht zum Verschweißen der Rauigkeitsspitzen, die Flanken-Oberfläche wird geglättet und die Schmierfilmbildung somit erheblich begünstigt. 38

2 Getriebeölanforderungen Die Anforderungen an einen Schmierstoff für Traktorgetriebe sind sehr komplex. Neben der Abhängigkeit von den verwendeten Maschinenelementen wie Zahnräder, Lager, Reibkupplungen und Bremsen müssen auch die verwendeten Werkstoffe wie Stahl, Nichteisenmetalle und Kunststoffe (Dichtungsmaterialien) hinsichtlich Korrosion und Verträglichkeit Berücksichtigung finden. Im Betrieb ist der Schmierstoff zudem erheblichen Temperaturschwankungen, sehr hohen partiellen Drücken, Kondenswasser sowie Staub, Abriebelementen und sauren Alterungsprodukten ausgesetzt. Zur Minderung von Reibung und Verschleiß muss ein tragfähiger Schmierfilm zwischen den sich aufeinander bewegenden Metallflächen der Maschinenelemente vorhanden sein. Die Viskosität eines Schmieröles spielt dabei eine wichtige Rolle. Je höher die Belastung und je niedriger die Gleitund Wälzgeschwindigkeit der Maschinenteile ist, um so höher muss die Getriebeölviskosität sein. Eine zu hohe Viskosität jedoch verursacht höhere Getriebeleerlaufverluste und mindert den Wirkungsgrad des Getriebes. Durch Mischen von verschiedenen Grundölen unter-schiedlicher Viskosität lässt sich ein Schmieröl mit dem gewünschten Fließverhalten herstellen. Seine besonderen Leistungsmerkmale erhält das Getriebeöl durch den Zusatz chemischer Wirkstoffe - die Additive. 39

3 Eine Auflistung der verschiedenen Additiv-Komponenten und ihre Wirkung auf den Getriebeschmierstoff zeigt die folgende Tabelle: Additiveigenschaften Additive Oxydationsinhibitoren Korrosionsinhibitoren Verschleißschutz / Antiwear Pourpointverbesserer Viskositätsindex-(VI)-verbesserer Entschäumer Reibwertoptimierer Wirkung Hemmung der Öleindickung, Alterung u. Lackbildung Minderung der Korrosion, Neutralisation von Säuren Reduzierung der Mischreibung Verbesserung des Tieftemperaturverhaltens Optimierung des VT-Verhaltens Verringerung der Schaumbildung Optimierung des Reibverhaltens Klassifikationen und Spezifikationen Zur Beschreibung der Getriebeöle werden diese klassifiziert und spezifiziert. Gemäß einer weltweit geltenden SAE-Norm erfolgt die Klassifikation von Getriebeölen nach deren Fließverhalten. Die Kennzahlen der Viskositätsklassen reichen von SAE 70 bis 250; hierdurch sind sie auch eindeutig als Getriebeöl erkennbar. Weiterhin werden UTTOs auch über Motorenölklassen definiert, um so ihren multifunktionellen Charakter zu unterstreichen. Neben diesen amerikanischen Klasseneinteilungen gibt es eine internationale sowie eine deutsche Norm für Getriebeschmierstoffe. Viskositätsklassifikationen: Klassifikation nach SAE SAE J 306 (Automotive) Klassifikation nach DIN DIN (Kraftfahrzeuge) Klassifikation nach ISO DIN (Industrie) Die Qualität der Schmierstoffe wird in Spezifikationen festgelegt. Diese Qualitätsbeschreibungen unterteilen sich weiter in so genannte Leitspezifikationen zur allgemeinen qualitativen Getriebeölbeschreibung und in Firmenspezifikationen, die herstellerseitig und/oder nach Typ und Bauart des Getriebes recht unterschiedlich sein können. 40

4 Getriebeöl-Viskositäten: Die Viskosität ist ein sehr wichtiger Kennwert zur Beschreibung eines Getriebeöles und gibt den Widerstand (innere Reibung) an, den eine Flüssigkeit dem Fließen entgegensetzt. Mehrbereichs-Getriebeöle haben im VT (Viskositäts/Temperatur)-Diagramm einen flacheren Kurvenverlauf, d. h. diese Öle sind in der Kälte dünnflüssiger und haben damit gegenüber den Einbereichsölen einen qualitativen Vorteil. Der Mehrbereichscharakter eines Getriebeöles kann unter Verwendung eines Additivs (VI-Verbesserer) eingestellt werden. Eine weitere Möglichkeit stellt der Einsatz synthetischer Grundöle dar, die mittels spezieller chemischer Prozesse hergestellt werden und als Hydrocracköle (HC) bzw. als Poly-alpha-Olefine (PAO) oder Poly-iso-Butene (PIB) bezeichnet werden. Nach der SAE-Klassifikationsvorschrift J-306 werden Einbereichs-Getriebeöle mittels der Viskosität bei 100 C klassifiziert. Bei Mehrbereichs-Getriebeölen sind zwei Klassifizierungs-angaben zur Beschreibung der Viskositätslage erforderlich: Zum einen die Viskosität im Kältebereich, deren Bezugstemperatur in Abhängigkeit der SAE- Klasse zwischen -12 C und -40 C liegen und mittels dynamischer Viskosität ermittelt werden. Hierbei darf die im Brookfield-Rotationsviskosimeter gemessene Viskosität den Wert von mpa*s nicht überschreiten. Die SAE-Klassen mit definiertem Kälteverhalten werden, wie die Motorenöle, mit einem W gekennzeichnet. Zum anderen der Klassifizierungswert für die Hochtemperatur-Mindestviskosität, gemessen bei 100 C, der als Untergrenze definiert ist. SAE Viskositätsklassen SAE J306 transmission oil viscosity grades 2003 SAE viscosity grade Low temperature High temperature viscosities 70W 75W 80W 85W Cranking/mPa.s Max at temp C at at at at Kinematic/mm 2 /s at 100 C Min Max < <

5 API Spezifikationen: In den weltweit gültigen API-Spezifikationen werden Getriebeöle in GL-Klassen eingeteilt. Die Menge und die chemische Struktur des verwendeten EP-Additivs in einem Getriebeöl gilt als Qualitätsmerkmal, das ganz wesentlich die Leistungskategorie des Schmierstoffes mitbestimmt. API -Spezifikationsklassen 42

6 Für die Auswahl eines geeigneten Getriebeöls sind die Höhe der Kraftübertragung an den Zahnradflanken, die Zahnradkonstruktion und die Zahnradflankenform von Bedeutung. Bei geradeverzahnten Stirnrädern wird die Kraft entlang einer Wälzlinie übertragen, bei schrägverzahnten Rädern erfolgt die Kraftübertragung über mehrere Flanken und beim Hypoid-Kegelradtrieb wird die Kraft punktförmig übertragen. GL-3 GL-4 GL-5 Mildlegierte (EP) Getriebeöle für Schalt- und Sondergetriebe sowie für Achsantriebe bei leichten bis mittleren Betriebsbedingungen Getriebeöle für hypoidverzahnte Achsantriebe bei normalen Betriebsbedingungen sowie für hochbelastete Schalt- und Sondergetriebe; entspricht in etwa der MIL-L-2105-Spezifikation Getriebeöle für hochbeanspruchte, hypoidverzahnte Achsantriebe, z. T. auch für Schalt- und Sondergetriebe; entspricht heute der MIL-L-2105 D 43

7 Achsgetriebeöle Im Achsgetriebe wird nicht nur die vom Schaltgetriebe eingebrachte Drehzahl untersetzt, sondern auch die Richtung der Abtriebsdrehzahl - meist rechtwinklig - auf die Antriebsräder des Traktors umgeleitet. Hierfür nutzt man eine Kegelradkonstruktion, die häufig als Hypoid-Kegelradtrieb also mit Achsversatz ausgebildet ist. Solche mit Kegelrädern versehene Differenzialgetriebe werden üblicherweise mit Getriebeölen nach API GL-5 befüllt. Gegenüber normalen Schaltgetriebeölen sind die Achsgetriebeöle deutlich höher additiviert, weshalb sich deren Einsatz in Schaltgetrieben grundsätzlich verbietet. Die Synchroneinheiten der Schaltboxen weisen eine Unverträglichkeit gegenüber der hohen Additivdosierung in den Hypoidölen auf. In den heutigen Traktoren werden mehrheitlich Kegelradantriebe ohne oder mit nur geringem Achsversatz verbaut, weshalb die Anforderungen an den Schmierstoff unterhalb des API GL-5 Niveaus liegen und somit den Einsatz von Multifunktionsölen der Kategorie STOU und UTTO, also BP Terrac Super Universal, BP Hydraulik TF-JD und BP Terrac Super Transmission S, zulassen. Eine Ausnahme stellen hochbelastete Vorderachsen und AP-Achsen (Außen-Planetenachsen) dar. Das AP-System ist eine Sonderkonstruktion, die bei größeren Traktoren immer mehr Verbreitung findet und zwei zusätzliche Übersetzungsstufen bietet. Konstruktiv wird bei dieser Achse über den achsmittigen Kegelradtrieb das Antriebsdrehmoment umgelenkt und über ein in die Radnabe integriertes Planetengetriebe auf die Antriebsräder geleitet. Durch diese Konstruktion wird das erforderliche Drehmoment erst in der Radnabe aufgebaut. Bedingt durch die in diesen Baugruppen auftretenden extremen Belastungen werden hier oftmals reine Hypoidöle gefordert. Besonders geeignet für eine solche Anwendung sind die Sorten BP Energear Hypo SAE 90, BP Energear SHX SAE 75W-90 oder bei gleichzeitiger LS-Anforderung (für selbstsperrende Achsen) BP Energear Limslip SAE 90 bzw. BP Energear SHX-ZR SAE 75W-140. Aufschluss über die Notwendigkeit eines Einsatzes von Hypoidöl in den angesprochenen Systemen gibt im Zweifelsfall die Betriebsmittelvorschrift des Traktorenherstellers! 44

8 Herstellervorschriften (Beispiel) ZF TE-ML 06: 45

9 Hypoid-Getriebeöle für Traktoren und Landmaschinen Hypoid-LS-Getriebeöle für Traktoren und Landmaschinen 46

10 Multifunktionsöle STOU/UTTO Die verschiedenen Baugruppen der Traktoren stellen tribologisch zum Teil recht unterschiedliche Anforderungen an den Schmierstoff. Die verschiedenen, in der nebenstehenden Abbildung genannten Komponenten eines modernen Schleppers sind heute ö- lseitig zu berücksichtigen: Landwirtschaftliche Universal- Schmierstoffe wie BP Terrac Super Universal, BP Hydraulik TF- JD und BP Terrac Super Transmission S decken nahezu alle Schmierstoffanforderungen der Baugruppen von Traktoren und Landmaschinen ab. Diese Universalöle werden allgemein unter den Begriffen STOU und UTTO geführt! S T O U Super Tractor Oil Universal als Schmierstoff geeignet für: Motor (Saug- u. Turbodiesel) Schalt- und Powershift-Getriebe Achsgetriebe u. Nassbremsen Hydraulikanlagen U T T O Universal Tractor Transmission Oil als Schmierstoff geeignet für: Schalt- und Powershift-Getriebe Achsgetriebe u. Nassbremsen Hydraulikanlagen Generell liegt der Unterschied dieser beiden Ölkategorien also darin begründet, dass ein STOU auch für die Beölung des Motors verwendbar ist ein UTTO nicht! 47

11 Produkte BP Terrac Super Universal Als Motorenöl SAE 10W-30: API CF-4/CE/SF Als Getriebeöl SAE 75W-80: API GL 4, [API GL 5 / L-20 Test Low Speed/High Torque] Als Hydrauliköl ISO VG 68: DIN /3 HVLP (-D) Hersteller Spezifikationen: Fendt (Vario: als Getriebe- und Hydrauliköl) John Deere JDM J 27, J 20 C Ford M2C 159 A/B, M2C 86 A, M2C 134 C/D Massey Ferguson M 1144, M 1139, M 1135 Case IH MS 1207, Hy-Tran, (Hy-Tran Plus) ZF TE-ML 06C, 07B BP Terrac Super Universal Als Motorenöl SAE 10W-40: CCMC D4, API CF-4/SF (MB Blatt 227.1) Als Getriebeöl SAE 80W-90: API GL 4, [API GL 5 / L-20 Test Low Speed/High Torque] Als Hydrauliköl ISO VG 68 und 100: DIN /3 HVLP (-D) Hersteller Spezifikationen: Fendt (Vario: als Getriebe- und Hydrauliköl) John Deere JDM J 27, J 20 C Ford M2C 159 A/B, M2C 86 A, M2C 134 C/D Massey Ferguson M 1144, M 1139, M 1135 Case IH MS 1207, Hy-Tran, (Hy-Tran Plus) ZF TE-ML 06C, 07B 48

12 BP Hydraulik TF-JD Universal-Getriebe- und Hydrauliköl für Traktoren mit den Spezifikationen: API GL 4 (+/L-20), Caterpillar TO-2, Volvo WB 101 Ford M2C 134 C/D, John Deere J 20 C Massey Ferguson M 1143, M 1141, M 1135 Case IH MS 1207, Hy-Tran, (Hy-Tran Plus) ZF TE-ML 03E BP Terrac Super Transmission S Spezial-Getriebe- und Hydrauliköl für Traktoren mit den Spezifikationen: API GL 4 (+L-20), Caterpillar TO-2, (Allison C3) Ford M2C 86 B/C Massey Ferguson MF 1135 Durch gelungene Entwicklung dieser besonderen, universell einsetzbaren Traktor-Schmierstoffsorten ergeben sich Vorteile für den landwirtschaftlichen Betrieb: Keine Ölverwechslungen, auch nicht beim Betrieb mit angekoppelten und mit Hydrauliken ausgestatteten Feldbearbeitungsmaschinen Vermeidung von Maschinenschäden aufgrund nicht spezifikationsgerechter Schmierölqualitäten Rationalisierung der Schmierölsorten Günstiger Öleinkauf und einfachere Öllagerhaltung Die Anwendung der universellen Traktoröle gilt nicht für Fett-Schmierstellen! 49