Hydraulik, Hydrauliköl, Partikelmonitoring

Um Verunreinigungen im Hydrauliköl zu verhindern, kann Partikelmonitoring eingesetzt werden. - Bild: Pixabay

| von Stefan Weinzierl
Aktualisiert am: 24. Mai. 2019

Für einen störungsfreien und wartungsarmen Betrieb von Hydraulik- und Schmieranlagen ist insbesondere die Reinheit des Hydrauliköls beziehungsweise -mediums eine entscheidende Anforderung. Ausfallanalysen belegen, dass 70 bis 80 Prozent aller Maschinenausfälle durch Verunreinigungen der Betriebsflüssigkeiten aufgrund unzureichender Ölpflege entstehen. Eine Möglichkeit, das Öl sauber zu halten und so einen Schaden zu verhindern, ist Partikelmonitoring.

Schmutz oder Wasser im Öl machen Messungen notwendig

Denn präzise Schmier- und Hydrauliksysteme arbeiten mit Spaltmaßen im Mikrometer-Bereich, so dass bereits kleinste Schmutzpartikel den Energieverbrauch durch Reibung hoch treiben, die Leistungsfähigkeit vermindern oder zu oftmals kostenintensiven Stillständen führen können. Dies hat nicht selten den unplanmäßigen Wechsel des Hydrauliköls oder den Austausch empfindlicher Komponenten zur Folge.

Verunreinigungen im Hydrauliköl können verschiedene Ursachen haben und dadurch die positiven Eigenschaften von Betriebsflüssigkeiten auf Dauer reduzieren. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen im System vorhandener, nachträglich eindringender oder durch den Betrieb entstehende Verunreinigung des Öls.

  • Vorhandene Verschmutzung wird bereits während der Fertigung, Lagerung und Installation einzelner Bauteile eingebracht. Dazu zählen beispielsweise Reste von Guss-Sand, Späne oder Schlacke
  • Nachträglich eindringende Verunreinigung wird beispielsweise durch beschädigte Tank- und Zylinderdichtungen oder falsch ausgelegte Einfüll- und Belüftungsfilter verursacht
  • Entstehende Kontamination wird während des laufenden Betriebs der Anlage im System generiert. Neben Kavitations- und Strahlverschleiß zählen hierzu auch mechanische, biologische und chemische Mechanismen, die durch Reibung zweier Komponenten in Verbindung mit existierenden Partikeln oder Bildung von Ölkohle aufgrund von zu hoher Temperatur im System.

Partikel im Öl führen zu Schaden

Selbst frisches Öl kann üblicherweise nicht als rein bezeichnet werden, da es während der Produktion und Verarbeitung selten feinstgefiltert wird und zusätzlich beim Abfüllen, Umfüllen und Transport (zum Beispiel in wiederaufbereiteten Fässern) Partikel eingebracht und Verschmutzungen im Öl entstehen können.

Um das System vor grober Verunreinigung zu schützen, ist es daher sinnvoll, eine Hydrauliksystem ausschließlich über geeignete Filtergeräte zu befüllen, um eine möglichst hohe Grundreinheit zu gewährleisten.

Video: Das sollten Sie über Hydrauliköl wissen

So wird technische Sauberkeit definiert

Die Reinheit von Hydrauliköl wird üblicherweise durch die Betrachtung der Anzahl und Größe der in 100 Milliliter vorhandenen Schmutzpartikel bestimmt. Dabei wird nicht nach Form und Beschaffenheit der Partikel unterschieden.

Zwecks einer aussagekräftigen und vergleichbaren Beurteilung des Verschmutzungsgrades erfolgt eine Zuordnung in sogenannte Reinheitsklassen, welche unter anderem in der ISO 4406 definiert wurden. Die Norm sieht eine Einstufung aller Partikel größer als vier, sechs und 14 Mikrometer in Reinheitsklassen vor.

Das Ergebnis der Zuordnung ist kumulativ, das heißt die angegebene Anzahl der Partikel, die größer sechs Mikrometer sind, beinhaltet auch sämtliche Partikel mit einer Größe von mehr als 14 Mikrometer. Das Ergebnis wird in Form einer zusammengesetzten Ordnungszahl für alle drei Partikelgrößen (zum Beispiel 14/11/8) dargestellt. Auszug siehe Tabelle 1:

Tabelle 1: Ordnungszahlen für Partikelgrößen

Ordnungszahlen für Partikelgrößen
Ordnungszahlen für Partikelgrößen - Tabelle: Stauff

Welchen Filter für welche Komponente?

Bei der Interpretation von ISO-Reinheitsklassen ist unbedingt zu beachten, dass sich mit jeder nächsthöheren Klasse die Anzahl der Partikel verdoppelt. Die Hersteller bestimmter Systemkomponenten wie einer Hydraulikpumpe setzen die verbindliche Einhaltung vorgegebener Mindest-Reinheitsklassen voraus oder empfehlen diese, wobei die schmutzempfindlichste Komponente für die Auslegung des Filtrationskonzeptes maßgeblich ist. Beispiele siehe Tabelle 2:

Tabelle 2: Filterempfehlungen

Filterempfehlungen für Hydrauliköl
Filterempfehlungen für Hydrauliköl - Tabelle: Stauff

Reduzierung der Verschmutzung des Öls

Für die Vermeidung von Verschleiß und die Aufrechterhaltung einer hohen Leistung der Schmierung sollte also eine Überwachung, ein Partikelmonitoring, eingesetzt werden. Stauff hat darum den nach Kundenanforderungen angepassten und überarbeiteten LPM-II-plus entwickelt. Das Gerät zum Partikelmonitoring ist ein automatischer, optischer Partikelzähler mit Hochleistungs-LEDs, die automatisch den Verschmutzungsgrad von Hydrauliköl und anderen Medien in Form einer 8-Kanal-Messung ermitteln.

So wird eine genaue und vollständige Bestimmung der Partikelgrößen nach internationalen Standards wie ISO 4406, NAS 1638, AS 4059E und der ISO 11218 ermöglicht oder als tatsächliche Partikelzahl pro Partikelgröße im Anzeigedisplay dargestellt.

Hydraulikflüssigkeit sauber halten

Das Monitoringsystem zeigt den Status der Ölreinheit über ein farblich hinterlegtes LCD-Display und über farbige LEDs unmissverständlich an und ermöglicht es, die Stärke der Verschmutzung auch in gröberen Bereichen zu erkennen. Entsprechende Partikelgrenzwerte können über die mitgelieferte Software individuell angepasst und eingestellt werden. Dank der speziellen Gerätegeometrie lassen sich Messungen nahezu unabhängig von Betriebsdruck und Durchfluss durchführen. Außerhalb des Toleranzbereiches sorgt ein Stromregelventil für optimale Messbedingungen.

Anforderungen an modernes Monitoring-System

Das Partikelmonitoring-System wurde zur kontinuierlichen Überwachung von Hydraulik- und Schmiersystemen mit Fluiden auf Mineralöl- und Petroleumbasis entwickelt. Mit Phosphatester und Wasser-Glykol kompatible Geräte sind auf Anfrage erhältlich.

Durch die dauerhafte Installation im System ermöglicht der LPM-II-plus dem Anwender die unmittelbare Reaktion auf zunehmende Verschmutzung im System und schützt so rechtzeitig vor kostenintensiven Ausfällen. Die Anbindung an das System erfolgt dabei mittels zweier Messkupplungen.

Partikelmonitor LPM-II-plus von Stauff
Der Partikelmonitor LPM-II-plus von Stauff. - Bild: Stauff

Das Gerät kann sowohl als eigenständiges Partikelmonitoring-System mit einem internen Speicher für maximal 4.000 Messungen genutzt, als auch über zwei Schaltausgänge an PC und SPS-Anlagensteuerung oder parallel über eine Fernanzeigeeinheit gesteuert werden. Die optionale USB-Schnittstelle ermöglicht die direkte Übertragung der Messdaten auf einen Datenträger.

Dazu wurde neben der Modbus- und CAN Bus-Schnittstelle eine 4-20 mA Zeit-Multiplex-Schnittstelle verbaut, um auch analoge Messsignale für Auswertungen zur Verfügung stellen zu können. Je nach Ausführung ist der LPM-II-plus mit Wasser-in-Öl-Sensor und Temperatursensor sowie Anschlusskabel und entsprechender Software verfügbar.

Thorsten Kinkel, Stauff Deutschland