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Schmierstoffüberwachung lässt Schlüsse auf abnormen Verschleiß in Anlagen zu

17.06.2008
Mechanischer Verschleiß in ölgeschmierten Maschinen macht nahezu die Hälfte aller industriellen Instandhaltungskosten aus. Da liegt es nahe, dass die Anlagenbetreiber nach Mitteln und Wegen suchen, diesen Kosten noch im Vorfeld zu begegnen. Wartungsstrategien sind gefragt, die instandhaltende Maßnahmen auslösen, bevor es zu Störungen kommt. Eine Schlüsselrolle dabei nehmen die Schmierstoffe ein.

Schmierstoffe spielen in der vorbeugenden Instandhaltung eine besondere Rolle. Der Verschleiß mechanischer Bauteile ist der größte Kostenfaktor im Instandhaltungsbereich. Kaum ein bewegtes Bauelement kommt ohne Schmierung aus. Wälzlager, Ketten, Zahnräder, Getriebe und Gelenke benötigen Schmierstoffe zur Reduktion der Reibung, wodurch die notwendige Antriebsenergie verringert und zugleich die Lebensdauer der Bauteile erhöht wird.

Durch ein ausgeklügeltes Diagnosesystem können vom Zustand des Öls Rückschlüsse auf den Zustand der gesamten Anlage, aber auch einzelner Bauteile gezogen werden. Es gibt ein Diagnosesystem, das anhand von Überwachungsanalysen den Zustand von Maschinen ermittelt. Es wurde unter dem Namen Castrol Predict am Markt eingeführt.

Damit ist es möglich, die Ergebnisse der analytischen Ferrographie und die Resultate spektroskopischer Methoden auszuwerten. Diese Daten sind dann Entscheidungshilfen bei der Festlegung zukünftiger Wartungsmaßnahmen.

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Ein Schwerpunkt liegt auf der Analyse der Abrieb- und Fremdstoffpartikel. Erstere entstehen durch Materialabrieb an den ölgeschmierten Oberflächen der beweglichen Maschinenteile. Abtragungen können außerdem durch chemische Einflüsse der in den Maschinen verarbeiteten Flüssigkeiten und Gase verursacht werden. Hinzu kommen die unterschiedlichsten Fremdstoffe aus dem Umfeld der maschinellen Anlagen, die in den Schmierstoffkreislauf gelangen.

Abriebpartikel aus abnormem Verschleiß mit besonderen Merkmalen

Bei der Analyse der Abriebpartikel lässt sich klar unterscheiden, ob diese durch einen frühzeitigen – also abnormen – Verschleiß entstanden sind oder ob sie zu den üblichen Teilchengemischen zählen, die sich normalerweise in Schmierstoff-Kreisläufen befinden. Jede Verschleißart bringt Partikel mit einzigartigen Merkmalen hervor. Sie stehen in direktem Zusammenhang mit dem Verschleißprozess und dem Oberflächenzustand der jeweiligen Maschinenkomponente.

Durch eine exakte Untersuchung der im Schmierstoff enthaltenen Partikel liefert die Laboranalyse die Schlüsselinformationen, aus denen sich Maßnahmen für eine vorbeugende Instandhaltung ableiten lassen. Die umfangreicheren Analysen des Verfahrens sind konventionellen Ölzustandsberichten überlegen. Diese identifizieren mit Hilfe spektrometrischer Methoden in der Regel die Elemente in den Kleinstpartikeln, meistens Metalle, die eine Größe von 8 μm und weniger aufweisen.

Ölzustandsberichte enthalten Informationen über die Maschine

Ölzustandsberichte sagen zwar etwas über die Menge an Eisen oder Kupfer in den Proben aus, umfassende Informationen über den Zustand der Maschine lassen sich aber nicht immer aus ihnen herleiten. Die Konzentration der Kleinstpartikel steigt mit zunehmender Laufzeit der Maschine kontinuierlich an. Wird jedoch das Öl gewechselt, beginnt der ganze Prozess von vorn. Die Konzentration fängt mit kleinen Werten an, die sich allmählich erhöhen.

Irgendwann wird die Maschine von normalem Abrieb in Verschleiß übergehen; die Menge der Kleinstpartikel steigt jedoch immer noch relativ langsam. Infolgedessen kann nicht ausgeschlossen werden, dass der Zeitpunkt, an dem der Verschleiß einsetzt, nur verzögert erkannt wird.

Größere Partikel im Öl deuten auf Verschleiß hin

Analytische Ferrographie dagegen befasst sich hauptsächlich mit größeren Partikeln ab 10 μm. Die Verschleißteilchen und Verunreinigungen im Öl werden mikroskopisch nach Größe, Menge, Farbe, Form und chemischer Zusammensetzung identifiziert. Solange die Maschine normalen Abrieb produziert, bleibt die Menge der Partikel relativ konstant. Sobald Verschleiß eintritt, steigen die Menge und auch die Größe der Partikel rasant an.

Anhand der Form der vorhandenen Teilchen kann die Art des Verschleißes identifiziert werden. Es lassen sich Rückschlüsse ziehen, ob es sich zum Beispiel um Schnittverschleiß, Gleit- und Rollverschleiß, Zahnradverschleiß, Schleifverschleiß oder Lagerverschleiß handelt. Es können auch Partikel unterschieden werden, die durch andere Einflüsse entstanden sind, beispielsweise Korrosionserscheinungen verschiedener Arten, Schmierstoffabbauprodukte oder Verunreinigungen.

Analyseverfahren in zwei Schritten

Die Analyse im Castrol-Predict-Verfahren läuft generell in zwei Schritten ab. Zunächst erfolgt die quantitative Bestimmung. Dabei werden die Partikelkennziffer beziehungsweise der Verschleißpartikelgehalt, die sogenannte WPC (Wear Particle Concentration) der gezogenen Proben ermittelt. Die hier gewonnenen Daten lassen sich mit gängigen Erfahrungswerten vergleichen.

Im zweiten Schritt geht es um die qualitative Analyse. Die Partikel der Proben werden in einem Ferrogramm dargestellt und von Spezialisten untersucht. Ein Ferrogramm ist ein nach Größe und Struktur geordnetes Abbild der gefundenen Teilchen. Art und Beschaffenheit der Partikel geben Aufschluss über ihre Herkunft – ob es sich beispielsweise um Stahl vom Zahn eines Zahnrades oder um eine Kupferlegierung aus einer Lagerschale handelt.

Bei ihren Untersuchungen können die Analytiker auf eine umfassende Datenbank zugreifen, die objektive Vergleichsmöglichkeiten bietet. So lassen sich in der Regel typische Verschleiß-Szenarien schnell nachvollziehen.

Schmierstoff-Management lässt sich flexibler gestalten

Sobald alle Informationen vorliegen, können maßgeschneiderte Wartungsmaßnahmen geplant werden, die auf den spezifischen Anwendungsfall zugeschnitten sind und zukünftige Verschleißverläufe berücksichtigen. Damit wird die Verfügbarkeit der Maschinen langfristig optimiert.

Dazu kommt ein weiterer wirtschaftlicher Nutzen: Das Schmierstoff-Management lässt sich flexibler gestalten. Aufgrund der erhöhten Flexibilität kann der tatsächliche Schmierstoffbedarf besser anpasst werden. Kostenintensive Wartungsmaßnahmen folgen nicht mehr einer fixen Zeitvorgabe, sie werden nur dann durchgeführt, wenn sie nötig sind.

Eine Analyse wie Castrol Predict sorgt also dafür, ein starres System von Instandhaltungsmaßnahmen in eine bedarfsgerechte Wartungsstrategie umzuwandeln. Gerade bei verzahnten Fertigungsprozessen bedeutet dies mehr Schutz für die Maschinen, mehr Sicherheit für die Produktion und letztendlich eine höhere Produktivität.

Auch kleine und mittlere Hersteller profitieren von der vorbeugenden Instandhaltung. Vor allem, wenn teure Maschinen zur Verarbeitung hochwertiger Materialien im Einsatz sind oder wenn es um die zuverlässige Einhaltung von Lieferterminen geht.

Dr. Schahab Keyaniyan ist Leiter des Bereichs Technik & HSSEQ bei der Deutschen BP AG, Geschäftsbereich Industrial Lubricants & Services; Geoff Wakeling ist dort als Anwendungsberater tätig. Weitere Informationen: Deutsche BP AG, Industrial Lubricants & Services, 41179 Mönchengladbach.

Schahab Keyaniyan und Geoff Wake | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/index.cfm?pid=1549&pk=124488

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