Verlängerung der Ölwechselintervalle für Hydrauliköle

NACHWACHSENDE ROHSTOFFE

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Axel Römer

Verlängerung der Ölwechselintervalle für Hydrauliköle

Die Standzeiten von Hydraulikölen wer­

den durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt. Der Maschinentyp, das Hydrau­

liksystem, die Einsatzbedingungen sowie die Umgebungseinflüsse und schließlich die verwendete Ölsorte sind bei der Festlegung der Ölwechselintervalle zu berücksichtigen. Eine schlechte Ölqua­

lität, verursacht durch gealterte Öle, kann zu erheblichen Schäden an den Hydrau­

likkomponenten führen. Sind die Zeiträu­

me zwischen zwei Ölwechseln zu kurz, steigen die Wartungskosten und der Rohstoffverbrauch. Welche Möglichkeiten zur Verlängerung von Ölwechselinterval­

len im mobilen Anwendungsbereich bieten sich an? Beschrieben wird ein Sensor zur Überwachung des Ölzustandes beim Einsatz von Ölen auf pflanzlicher Basis.

D

schinen schreiben Ölwechsel nach ei­ie Hersteller von �obilen Arbeitsma­

ner bestimmten Betriebsstundenzahl vor.

Diese Wechselintervalle richten sich nach Erfahrungswerten und sind mit einem entsprechenden Sicherheitsfaktor verse­

hen, damit ein störungsfreier Betrieb der Maschinen garantiert werden kan n . Außerdem beziehen sich d i e maximal vorgegebenen Betriebsstunden auf eine vom Hersteller a ngegebene Ölspezifika­

tion. Die Folge ist, daß d ie Öle in vielen Fällen gewechselt werden, obwohl sie noch gebrauchstauglich sind.

Beurteilung des Ölzustandes

Die Beurteilung des Ölzusta ndes ist sehr komplex und a bhängig von den Betriebs­

bedingu ngen u nd den verwendeten Ölen.

l n der Regel wird ein Ölwechsel nötig, wenn

• d ie Viskosität und der Viskositätsindex sich verändern (durch zu hohe Be­

triebstem peraturen, mechanische Be­

anspruchung, Vermischung m it a nde­

ren Flüssigkeiten),

• eine Oxidation des Öls und ein Anstieg des Säuregeha ltes eintreten (durc h ho­

he Betriebstemperaturen , Verschmut-

Dipl. -lng. Axel Römer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik der TU Braunschweig, Langer Kamp 19 a, 38106 Braunschweig (Leiter: Prof Dr. -lng. H.-H. Harms).

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3,0

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01/oll: Rapsöl / rape ^oil

Bild 1: Veränderung der Ölkennwerte während des Betriebs

....,._Nz {70 'C) -+-- NZ (65 °C}

-- ViskositäVviscosity (70 •C)

Fig. 1: Change of oil parameter during operation

0 200 400 600 800 1 000

Betriebsstunden/operafing hours

zung von außen, Metal l partikel durch Versch leiß),

• die Verseh rn ut- zung (durch Was­

ser und Stau b) be­

stimmte Toleran­

zen ü bersch reitet,

• der Metalla brieb den Verschleiß von Hyd raulikkompo- nenten anzeigt,

Öl/^oi/

Triglyzerid/Rapsöl

tri-glyceridlrape oil

(HETG) Esteröi/Rapsöl

esteroi/lrape oil

(HEES) Mineralöl

mineral oil

• die Öladd itive a bgeba ut werden (etwa durch hohe Betriebstemperatu ren, me­

chanische Beanspruchung, Metall­

a brieb).

Eine an das Hyd rauliksystem a ngepaßte Ölfi lterung ka nn d ie Ölstandzeit deutlich verlängern . Die hier beispielhaft a ufge­

führten Veränderungen der Öle zeigen oft kausale Zusammenhänge. U ntersch ied li­

che Belastu ngen füh ren in einigen Fällen zu gegenlä ufigen Veränderu ngen (An­

stieg der Viskosität durch zu hohe Öltem­

peratu ren und Viskositätsverlust d u rch mechanische Scherbea nspruchung).

Für die genaue Bestimmung der Visko­

sitätsä nderungen, des Sä uregehalts im Öl (Bestimmung der Neutralisationszahl NZ oder der Total Acid N umber TAN ) , der Ad­

ditive, der Oxidationsstabilität sowie der Abriebpartikel u nd der Ölverschmutzung werden den Masc h i nen Ölproben ent­

nommen, deren Ana lyse dann in einem speziell ei ngerichteten Laboren erfolgt.

Der La borbericht gi bt Auskunft ü ber den Zustand des Öls und der Maschine u nd enthä lt eine Empfehlung für den weiteren Betrieb [ 1 ] . Sogenan nte Öltestkoffer bie­

ten eine Möglich keit zur groben Beurtei­

lung des Ölzusta ndes. Diese Analysesets enthalten relativ einfache Methoden zur Aufbereitung der P roben und zur Ab-

Betriebsstunden Oxidationsstabilität

Operating hours oxidation stability [onset-temperature •C]

0 184

600 1 70

1 000 1 58

0 204

600 1 91

1 000 1 71

0 ₂₄₂

600 2 1 7

1 000 2 1 5

schätzung der Reinheitsklasse sowie des Wassergehalts direkt a n der Masch ine.

Auch kön nen mobile M eßgräte zur Parti­

kelzä hlung und zur B esti mmung des Wassergehalts an das Hydra u l i ksystem a ngeschlossen werden.

Die Verwendung eines Sensors, der zur permanenten Ölzustandsü berwachung im Hydraulikölta n k integriert wird , kann die Ü berwach ung der Öle für den An­

wender wesentl ich verei nfachen . Sensoren zur Überwachung des Ölzustandes

Im Fah rzeug integrierte Sensoren zur Öl­

ü berwachung lassen sich in indirekte und direkte Meßverfa h ren unterteilen. Im Be­

reich der M otorenöle werden beispiels­

weise indirekte Verfahren eingesetzt, d ie Betriebsdaten wie die Öltem peratur u nd die Kurbelwellendrehza h l des Motors messen und m it H i lfe von in P rüfständen ermittelten Kennfeldern (etwa ü ber den Ei ntrag von R üc kständen aus dem Ver­

brennu ngsprozeß in das Öl) eine Aussage über den Zustand des Öls treffen . Im Ge­

gensatz zur i ndirekten M essung kommen bei der d irekten Ölzustandsbestimmung Sensoren zum Einsatz, die Verä nderu n­

gen der chemischen Struktur des Öls er­

fassen .

53, Jahrgang LANDTECHNIK ^4/98

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Diagnosesystem für

pflanzenölbasierte Druckflüssigkeiten

Für die Auslegung des Diagnosesystems ist die Kenntnis der Ölverä nderungen und der Alterungsprozesse im Betrieb eine wichtige Voraussetzung. Die Einsatzun­

tersuchungen mit umweltfreundlicheren biologisch sch nell abbaubaren Hyd raul i k­

ölen haben gezeigt, daß diese Öle in G e­

triebe- und Hyd rauliksystemen von Trak­

toren und La ndmaschinen eingesetzt werden können. Allerdings ist die Band­

breite der Leistungsfäh igkeit der auf dem Markt angebotenen Produkte sehr groß.

Besonders die a uf pflanzlicher Basis her­

gestellten Öle reagieren in vielen Fä llen wesentlich empfindlicher auf den Einfluß der Betriebsbedingungen a ls die bisher verwendeten M ineralöle.

Die Ergebnisse verschiedener Arbeiten [2, 3, 4] zeigen, daß sich bei den Alte­

rungsprozessen der Öle in den meisten Fä l len bestim mte Kennzahlen (Viskosität, Neutralisationszahl) verändern . Bild 1 stellt den Verlauf der Änderung von Neu­

tra lisationszahl und kinematischer Visko­

sität eines Rapsöls, das 1000 Stu nden in einem hyd ra u l ischen Prüfstand gelaufen ist, dar. Die Versuche wurden bei Prüf­

tem peraturen des Öls von 70 oc (Öldruck:

1 50 bar, Ölvolumenstrom : 50 1/m in) und 65 oc ^{(Öldruck: 1 30} bar, Ölvolumen­

strom: 35 1/min) durchgeführt. Die Verän­

deru ng der Ölkennwerte fäl lt bei der ge­

ringeren Öl belastung deutlich niedriger aus. Ein Ölwechsel wird bei einem An­

stieg der kinematischen Viskosität um 1 5 bis 20 % empfohlen. Die Darstellung ent­

hält weiterhi n Beispiele für die Verände­

rung der Oxidationsstabilität verschiede­

ner Öle während der Belastung im Ver­

suchsstand . Die Oxidationsta bilität wurde mit der D ruck-DSC (Differential Sca n ning Calorimetry) ermittelt, bei der die soge­

nannte onset-Tem peratur das Maß für die Oxidationsstabil ität der Öle darstellt. J e höher die onset-Tem peratur ist, um so größer ist die Oxidationsstabilität des Öls.

Deren Abnahme war bei a llen Testölen mit einem Anstieg der Viskosität und der Neutralisationszah l verbunden . Der An­

stieg der Neutralisationszah l und der Vis­

kosität fiel bei dem M inera löl im Vergleich zu den biologisch schnell a bbau baren Ölen wesentlich geringer aus. Die Er­

kenntnisse solcher Versuche sollen zur Entwicklung eines Ölanalysesytems her­

angezogen werden.

Da bei einer direkten Messung mit ei­

nem Sensor nicht alle chemischen und physikalischen Vorgänge erfaßt werden kön nen, muß man sich auf eine möglichst chara kteristische G röße beschränken. Ei­

ne solche Messung ka nn folglich n icht al­

le "Schadensfälle im Öl" erfassen . Eine 53. Jahrgang LANDTECHNIK 4/98

wichtige G röße, die zur Bewertung der Öle herangezogen wird , ist die Viskosität.

Das Fraun hofer-l nstitut für Festkörper­

technologie in M ü nchen hat einen Visko­

sitätssensor als Laborm uster entwickelt.

Das Funktionsprinzip beruht auf der An­

regung und Messung von elektroakusti­

schen Scherwellen auf einem piezoelek­

trischen Su bstrat Quarz. Eine Flüssigkeit auf der Bauelementoberfläche ändert d ie Ausbreitungsgeschwindigkeit und Ampli­

tude dieser Wellen . Für Newtonsehe Flüs­

sigkeiten ist der Meßeffekt proportional zu

.Y11·P

^(J1: dynamische Viskosität, p: Dich­

te) . Dieser Sensor (Oberflächenwellen­

sensor) wird mit einer indirekten Methode zur Bestimmung des Ölzustandes ver­

knüpft ( Bild 2) . Als maßgebende Größen für die Bewertung der Öl belastu ng wird neben der Viskosität die Betriebstempe­

ratur des Öls im Tan k permanent gemes­

sen. Das System enthält außerdem pro­

grammierte I nformationen über das Hy­

drauliksystem ( Maschinentyp, Ölsorte, Ölmenge). Zur Auswertung dieser I nfor­

mationen hinsichtlich der Beurteilung des Ölzusta ndes wird die u nscharfe Logik (englisch Fuzzy Logic) herangezogen. Sie ermöglicht die Verarbeitung verbaler un­

scharf vorliegender I nformationen mit mathematisch exakten M itteln. Ein Bei­

spiel für eine solche I nformation ist: " Das Öl a ltert schnell bei hohen Tem peraturen"

oder " Die Standzeit erhöht sich bei gerin­

gen U mwälzraten des Öls". Diese Vorge­

hensweise zur Beurteil ung des Ölzustan­

des ermöglicht die Einbindu ng von Expertenwissen der Öl- und Masch inen­

hersteller sowie der Anwender.

Ausblick

Für die Entwicklung einer im Fahrzeug in­

tegrierten Ölzustandskontrolle sind wei­

terführende U ntersuchungen notwend ig, um die Chara kterisierung der Ölalterung

... 0 II) c:::

tn Cl)

Öltemperatur oil temp,eratura

�

n�

Bet�ebsstunden l%1 operafing hours

durch a usgewählte Ken nwerte wie d ie Öl­

viskosität zu überprüfe n . ln den für die Zukunft geplanten Forschungsarbeiten sollen weitere Sensoren ( etwa kapazitive Meßverfah ren) und Auswertungssyste­

me, die a uf einem Expertenwissen basie­

ren , für den Einsatz in Hydrauliksystemen angepaßt und deren Zuverlässigkeit bei verschiedenen chemischen Vorgängen in den Ölen u ntersucht werden. Ziel ist zunächst die Anwendung bei den biolo­

gisch schnell a bbaubare n Getriebe- und Hydra u l i kölen . Nach den bisherigen Er­

gebnissen ist zu erwarten , daß in vielen Fällen eine kontrollierte Verlä ngerung der bisherigen Ölwechselintervalle möglich ist. Treten vorzeitige Alterungserschei­

nu ngen im Öl auf, werden diese vor dem Entstehen von Schäden an den G etriebe­

und Hydraulikkom ponenten erkan nt. Die Ü bertragung a uf weitere Anwendungen ( M otorenöle, andere Gru ndöle und Addi­

tive) ist zu ü berprüfen.

Literatur

[ l ] Weismann, P.: Zustandsabhängige I nstand­

haltung und Ölwechselverlängerung durch Ölanalysen. Antriebstechnik 36 ( 1 997), H. 7, S. 47 - 52

[2] Römer, A.: Hydrauliköle auf der Basis nach­

wachsender Rohstoffe. Landtechnik 52 (1997); H. 5, S. 244 - 245

[3] Kempermann, C.; A. Remmelmann und M.

Werner: Perspektiven für die umweltscho­

nende Hydraulik. Ölhydraulik und Pneumatik 41 ( 1997), H. 5, S. 353 - 367

[4] Widmann, 8.: Bewährungsprobe bestanden.

Landtechnik 52 ( 1997), H. 2, S. 66 - 67

Schlüsselwörter

Hydra u l i köl, Ölwechseli nterval l

Keywords

Hydraulic oil, oil change intervals Viskosität

Signal M

Ölzustands­

überwachung

oll property control

Hydrauliksystem flydraullc system

a Ölvolumen oil vo/ume a Umwälzrate

circulation rate a Ölsorte

type ofoil a Schaltungstechnik

hydrau/ic circuit a Maschinentyp

typ of machine

Bild 2: Schematische Darstellung einer Ölzustandsüberwachung Fig. 2: Schematic presentation of oi/ status control

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