Ermittlung einer Öllebensdauerformel für Industriegetriebe auf Basis vorhandener Forschungsergebnisse und statistischer Auswertungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch die gesamtheitliche Auswertung der Ergebnisse früherer Forschungsvorhaben zur Ölalterung von mineralölbasischen sowie synthetischen Schmierstoffen zeigte den Weg für einen neuen Berechnungsansatz für die Grübchenlebensdauer unter Einbeziehung thermisch-oxidativer Ölveränderungen bei Alterung unter erhöhten Betriebstemperaturen auf. Mit Hilfe des Berechnungsansatzes war es möglich ein neues, einfaches und schnelles Testverfahren zur Besfimmung der Ölalterungsbeständigkeit unterschiedlichster Kandidatenöle auszulegen. Die Versuchsergebnisse des neuen Testverfahrens zur thermisch-oxidativen Ölalterung lassen sich gut in bestehendes Wissen einordnen und bieten, speziell für die stetig wachsende Gruppe der synthetischen Schmierstoffe, eine guten Vergleich der Ölalterungsbeständigkeit der untersuchten Öle. Neben der Einordnung hinsichtlich Ölalterungsbeständigkeit zeigten die Ergebnisse des Testverfahrens auch die Bedeutung der Erfassung der tatsächlich herrschenden Betriebsölviskosität im Gegensatz zur DIN 3990 [10], die nur die Nennviskosität bei 40°C erfasst bietet der von Knauer [37] erarbeitet Berechnungsansatz die Möglichkeit hohe Betriebstemperaturen richtig bei der Auslegung zu erfassen. Mit Berücksichtigung der Ölalterung bei entsprechend hohen Temperaturen und ausreichend langen Verweilzeiten, und damit niedrigen Drehzahlen, ist eine sehr genaue Lebensdauervorhersage für die Verzahnung somit möglich. Durch den vorgestellten Berechnungsansatz ist ein direkter Vergleich der Ölalterungsbeständigkeit bzw. Lebensdauer bei Hochtemperaturanwendungen unterschiedlichster Grundöle, Viskositätsklassen und Additivierungen möglich. Ein deutlicher Lebensdauerverlust konnte aufgrund der durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich unzulässiger Grübchenbildung bezüglich Ölalterungsvorgängen bei keinem Kandidaten-Schmierstoff beobachtet werden. Der Einfluss langer bzw. sehr langer Betriebszeiten (>1000 h) bei moderaten Betriebstemperaturen (<100°C) ist in Prüfstandsversuchen nicht durchführbar. Hier kann nur eine Auswertung von entsprechend detaillierten Praxisdaten Aufschluss über die Alterungsbeständigkeit liefern. Der Einfluss von Ölverunreinigungen wie z.B. Wasser oder Partikeln ist ohne geeignete Filteranlagen generell als äußerst schädlich auf die Verzahnungslebensdauer zu bewerten. Die durchgeführten Ölanalysen zeigten, im speziellen bei den synthetischen Schmierstoffen, dass es wohl nicht ausreichend ist die Veränderung der Viskosität, der Neutralisationszahl und des IR-Spektrums zur Zustandsbeurteilung des Schmierstoffes alleine heranzuziehen. Im Speziellen zeigen unterschiedliche Schmierstoffgruppen auch unterschiedliche Grenzwerte bzw. sogar entgegen gesetzte Trends. Generell wünschenswert wäre die Ermittlung eines Dauerfestigkeitsniveaus für gealterte Schmierstoffe. Dies könnte den Ansatz von Knauer [37] weiter bestätigen bzw. modifizieren, des Weiteren neue Erkenntnisse über das Ölalterungsverhalten von Schmierstoffen liefern und vor allem für niedrigere Betriebstemperaturen wichtige Erkenntnisse zur Berücksichtigung der Ölalterung und damit der notwendigen Ölwechselintervalle bei Langzeitanwendungen bieten. Die dabei ermittelten Schmierstoffkennwerte könnten zu einer präziseren Diagnose des aktuellen Ölzustandes beitragen. Neben den beschriebenen Grübchenlebensdauerversuchen mit Syntheseölen wurden Methoden für eine statistische Lebensdauerbetrachtung von Getriebeölen entwickelt und angewendet. Hierzu wurde eine Datenbank mit ölalterungsrelevanten Daten, die aus der Industrie und abgeschlossenen Forschungsvorhaben zusammengetragen wurden, erstellt. Nach einer qualitativen Relevanzbewertung war es aus statistischen Gesichtspunkten sinnvoll, einerseits die Ölanalysedaten von Windkraft-Hauptgetrieben aus dem Feld und andererseits Prüfstandsdaten von Grübchenlebensdauern mit vorgealterten Mineralölen zu venwenden. Ziel der Auswertung der Ölanalysedaten war es, Trends von Schmierstoffkenngrößen für Gruppen bestimmter Schmierstoffe und Windkraftanlagen darzustellen und mit Grenzwerten nach Weiß [73] Ausfalldaten des Schmierstoffs abzuleiten. Durch die Unschärfe der Felddaten einerseits und der Grenzwerte andererseits, die in Prüfstandsversuchen mit der Aussage einer Grübchenlebensdauerminderung ermittelt wurden, konnten zwar Trends, aber keine Ausfalldaten für Getriebeöle abgeleitet werden. Die nach Weiß [73] ermittelten Grübchenlebensdauern mit vorgealterten Mineralölen mit S-P Additivierung wurden verwendet, um ein statistisches Ölalterungsmodell zu entwickeln. Mit dem abgeleiteten Ölalterungsmodell ist es möglich, den Einfluss der thermisch-oxidativen Ölalterung auf die Grübchenlebensdauer auf statistischem Wege zu beschreiben. Grundsätzlich kann anstelle von Grübchenlebensdauern jedes andere Lebensdauermerkmal eines Maschinenelementes venwendet werden, das von der thermisch-oxidativen Ölalterung beeinflusst wird. Des Weiteren konnte mit Hilfe des Ölalterungsmodells und den gegebenen Annahmen eine B63,2-Öllebensdauerlinie abgeleitet werden, die den Ausfall von Mineralölen (S-P Additivierung) mit einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 63,2% beschreibt. Es muss erwähnt werden, dass die vorhandene Datenlage zur Anwendung des Modells äußerst gering ist und dies hinsichtlich der Aussagesicherheit des Modells zu beachten ist. Zudem ermöglicht das statistische Ölalterungsmodell, die thermisch-oxidative Ölalterung bei der methodischen Lebensdauerberechnung der Verzahnung gegen Grübchenausfall zu berücksichtigen. Um Aussagen über Ölwechselintervalle anstellen zu können, wurden Ansätze auf Basis einer Bx-Öllebensdauerlinie erarbeitet, mit denen die Ermittlung von zuverlässigen Ölwechselintervallen ermöglicht wird.
