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Kommunikative Überwachung auch in der Schmiertechnik und Ölversorgung

Viel ist über die Substitution der hydraulischen Kraftübertragung durch elektromechanische Systeme spekuliert und geschrieben worden und es ist in einigen Bereichen der Antriebstechnik auch so gekommen...

Kommunikative Überwachung auch in der Schmiertechnik und Ölversorgung

 

Viel ist über die Substitution der hydraulischen Kraftübertragung durch elektromechanische Systeme spekuliert und geschrieben worden und es ist in einigen Bereichen der Antriebstechnik auch so gekommen.  Aber es ist wohl nicht falsch, wenn man heute feststellt, dass es die radikale Verdrängung des Öls als Mittel zur Kraftübertragung nicht gibt. Vielmehr kann man mit einer gewissen Zufriedenheit feststellen, dass sich die physikalische und wirtschaftliche Vernunft durchgesetzt haben. Beide Systeme ergänzen sich in sinnvoller Weise und haben ihre Anwendungsbereiche in friedlicher Koexistenz gefunden.

Bei genauerer Betrachtung kann man heute durchaus feststellen, dass sich in Jahrzehnte langer  Arbeit, oft mühsam erkämpfte Betriebserfahrungen aus dem Hydraulikbereich nun auch bei den elektromechanischen Antrieben etablieren.

Was ist gemeint?

Das Öl wird in diesen Antrieben zwar nicht mehr zur Kraftübertragung verwendet, aber als Schmiermittel ist es unverzichtbar. Viel mehr noch als in der Hydraulik avanciert es mehr und mehr zu einem Konstruktionselement von großer Bedeutung. So vielfältig wie Getriebekonzepte, Zahnformen oder Lagerkonstruktionen, so vielfältig sind die Anforderungen an das Schmiermittel Öl. Durch gezielte Additivierung wird das Schmiermittel so komponiert, dass es für die jeweilige Anwendung das optimale Konstruktionselement ergibt. In seiner Funktion ebenso wichtig wie das/ die Lager oder die Verzahnungsform.

Vor diesem Hintergrund wird schnell klar, dass auch die Schmiersysteme im Wandel sind. Umlaufschmierungen mit gezielter Versorgung der verschiedenen Reibpartner dominieren. Dabei ist zunächst unerheblich, ob der Ölvorrat im Getriebekasten selbst oder in  einer externen Ölversorgungsanlage gespeichert wird. Moderne Schmiersysteme stehen in ihrer Komplexität den Hydraulikanlagen nicht nach. Zunehmend findet sich auch eine qualifizierte Arbeitsfiltration und der Begriff Reinheitsklassen ist auch in der Schmiertechnik kein Fremdwort mehr.

 Wie in der Hydraulik ist die Temperaturstabilisierung im Schmieröl eine wichtige Aufgabe. Aufgrund der teilweise viel höheren thermischen Beanspruchung des Öls in Lagern und Zahnflanken ist sie häufig noch wichtiger als in der Hydraulik. Nicht zu vergessen, hat die Temperatur einen erheblichen Einfluss auf die Nutzungsdauer des Schmierstoffs und damit auf die Betriebskosten einer Anlage.

Nach Ansicht des Autors ist es deshalb naheliegend alle aus dem Hydraulikbereich bekannten,  die Nutzungsdauer des Öl beeinflussenden Größen auch in Schmiersystemen lückenlos zu überwachen und sich dabei selbstverständlich auch der zeitgemäßen Überwachungs- und Informationstechnologien zu bedienen.

Am nachfolgend beschriebenen System soll dies erläutert werden.

Innerhalb eines sehr großen Steinbruchgeländes  wird ein großer Steinbrecher betrieben. Der Antrieb des Brechers erfolgt elektrisch über ein großes mehrstufiges Getriebe mit ca. 200l Ölsumpfinhalt. Der Steinbruch befindet sich in einer Gegend mit heißen Sommern und teilweise sehr kalten Wintern mit sporadisch größeren Regenmengen. Da auf dem Gelände noch eine Vielzahl anderer Maschinen sowohl elektromechanisch als auch hydraulisch betrieben werden,  beabsichtigt die Betriebsleitung  die Schaffung einer Steuer- und Leitzentrale.

Im Rahmen dieser Planung wurden für das Brechergetriebe folgen Parameter gefordert: Betriebsbereich von -20 bis + 40°C Umgebungstemperatur, Zweischichtbetrieb. Kontinuierliche Überwachung aller relevanten Betriebsdaten mit zentraler Eingriffsmöglichkeit.

Es wurde folgender Vorschlag für die Ölversorgung/ -überwachung unterbreitet:

Ausrüstung des Getriebes mit einem qualifizierten Belüftungsfilter ausreichender Größe damit nur gereinigte Luft in das Getriebe gelangen kann. Einbau einer elektrischen Heizung in den Ölsumpf zur Reduzierung der Kaltstartphase und um die Nutzungsdauer des Öls zu erhöhen. Zusätzlich der Anbau einer kontinuierlichen Füllstandsüberwachung an das Getriebegehäuse, dazu noch ein Temperatur- und ein Feuchtesensor.

Ebenfalls zur Erhöhung der Betriebsbereitschaft und der Ölnutzungsdauer Bereitstellung eines externen Ölumlaufsystems mit folgender Ausrüstung: Einer Zirkulationspumpe, einem ÖL/ Luftkühler mit geregeltem Ventilatorantrieb, ein Ölfilter mit Bypass Ventil, sowie Wegeventilen und diversen Überwachungssensoren. Alle Überwachungssensoren sind IO –Link fähig.

Funktionsbeschreibung:

Die zentrale Information liefert die Füllstandsüberwachung. Nur, wenn Öl in ausreichender Menge am statischen Messpunkt ansteht kann das Getriebe eingeschaltet werden. Je nach aktueller Öltemperatur wird die Heizung eingeschaltet und bei ca. – 10°C auch die Zirkulationspumpe zugeschaltet. Diese baut den nötigen Schmierdruck auf und zirkuliert das Öl über den Ölfilter durch das noch stillstehende Getriebe. Durch das gleichzeitige Heizen und Zirkulieren erwärmt sich das Öl schnell auf Betriebstemperatur und auch die Bauteile des Getriebes werden mit erwärmt. Je nach Aufheizungsverlauf wird nun die Heizung abgeschaltet und ab einer zulässigen Grenze der Brecher in Betrieb gehen.  Diese Vorlaufperiode ist zeitlich abhängig von der aktuellen Außentemperatur. Um sie innerhalb eines berechenbaren Zeitfensters zu halten, kann sie bei niedrigen Außentemperaturen schon weit vor dem eigentlichen Schichtbeginn gestartet werden, eventuell auch die ganze Nacht durchlaufen. Das Bypassventil im Ölfilter sorgt für die Umgehung des Filterelementes solange das Öl noch zu kalt ist und der Druckverlust über das Element zu groß wäre.

Die Schmiereigenschaften des Öls werden von eindringender Feuchte- z.B. Regen oder Kondenswasserbildung- negativ beeinflusst. Der Feuchtesensor im Sumpf meldet den Feuchtegehalt kontinuierlich und schafft so die Möglichkeit unmittelbar auf Abweichungen mit z.B. periodischen Aufheizphasen zur ‚Trocknung‘ des Öls während der Stillstandszeiten zu reagieren.

Nach dem Einschalten der Zirkulationspumpe meldet die Füllstandsüberwachung das dynamische Ölniveau, welches das eigentliche Betriebsniveau darstellt. Dies  und die die Überwachung des Öldrucks vor Eintritt in das Getriebe sind  bei Erreichen des Betriebstemperaturfensters des Öls gleichzeitig auch eine Rückmeldung zur Betriebssicherheit.

 Die Öltemperatur würde nun bis zum Konvektionsgleichgewicht ansteigen. Bleibt sie bei entsprechenden Außentemperaturen innerhalb des Betriebslimits läuft nur die reine Zirkulation/ Filtration. Wird dieses Limit bei 55°C überschritten, schaltet ein Wegeventil den Ölkühler zu. In ihm wird das Öl auf eine vorberechnetet Temperatur von 45°C heruntergekühlt und direkt in den Schmierkreislauf eingespeist. Die Kühlleistung  zur Einhaltung der Ausgangstemperatur wird durch den geregelten Ventilator der jeweiligen Umgebungstemperatur angepasst.

Da alle Sensoren über den IO Link kommunizieren sind Eingriffe der Zentrale in das  aktuelle Betriebsgeschehen jederzeit möglich.

 

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