1. Einführung
Ölaustritt durch die Wellendichtung eines Industriegetriebes ist ein Symptom, das oft als geringfügiges kosmetisches Problem abgetan wird. In ukrainischen Unternehmen der Bergbau- und Zementindustrie beschränken sich Schlosser oft darauf, nur Öl nachzufüllen oder einfach die Manschette auszutauschen, ohne den wahren Grund für den Ausfall herauszufinden. Eine solche oberflächliche Vorgehensweise führt jedoch unweigerlich zu einem Rückfall nach 200–500 Arbeitsstunden. In diesem technischen Bericht führen wir eine forensische Untersuchung eines typischen Falles einer Ölleckage in einem Hochleistungs-Zylinder-Konus-Getriebe durch.
Gegenstand unserer Untersuchung ist der Hauptantrieb eines Bandförderers in einer Konzentrationsfabrik. Der wiederholte Schmierstoffaustritt an der Abtriebswelle wurde drei Wochen nach der geplanten Reparatur registriert. Die Schwingungsüberwachungsstation meldete eine erhöhte hochfrequente Schwingungsbeschleunigung in der Lagerbaugruppe und die Gehäusetemperatur im Stopfbuchsenbereich erreichte +82 °C bei einem Nennwert von +65 °C. Unser Ziel ist es, die Ereigniskette zu analysieren, die zum vorzeitigen Ausfall der SKF 1009103-Dichtung geführt hat, und technische Lösungen gemäß ISO- und EN-Normen vorzuschlagen.
2. Übersicht über die Komponente
Die Radialwellendichtung (verstärkte Hülse) erfüllt die entscheidende Funktion, die Schmierflüssigkeit im Getriebegehäuse zurückzuhalten und den inneren Hohlraum vor abrasivem Staub, Feuchtigkeit und Ablagerungen zu schützen. In unserem Fall wird die Komponente SKF 1009103 verwendet, die für den Betrieb unter Bedingungen hoher axialer und radialer Belastung ausgelegt ist.
- Sitzabmessungen: gemäß ISO 6194 und DIN 3760.
- Material der Arbeitspackungskante: Fluorkautschuk (FKM / Viton), der einem Langzeitbetrieb im Temperaturbereich von -40°C bis +200°C standhält.
- Arbeitsumgebung: Getriebesynthetiköl auf Basis von Polyalphaolefinen (PAO) Viskositätsklasse ISO VG 220 mit Anti-Seize-Additiven (EP).
- Gleitgeschwindigkeit auf der Wellenoberfläche: 12,5 m/s.
- Arbeitsdruck im Kurbelgehäuse: von -0,05 bis +0,1 bar.
Die Dichtung wird im Abtriebsdeckel des Getriebes unmittelbar vor dem Abtrieb der Welle zur Antriebskupplung eingebaut. Die Betriebsbedingungen im Betrieb sind schwierig: Der Staubgehalt der Luft erreicht 45 mg/m³ und die täglichen Schwankungen der Umgebungstemperatur reichen von -15°C im Winter bis +35°C im Sommer in einer ungeheizten Werkstatt.
3. Beweis der Ablehnung
Bei der Demontage der Baugruppe an der Maschine und der Untersuchung unter der Lupe (10-fach) erfasste das Ingenieurteam folgende Sachdaten:
- Gummikantenzustand: An der Fersenkante der SKF 1009103-Öldichtung kommt es zu thermischer Aushärtung und Mikrorissen.
- Zustand des Wellenhalses: Auf der Welle wurde an der Kontaktstelle mit der Arbeitskante der Dichtung eine Ringnut mit einer Tiefe von 0,22 mm und einer Breite von 3,5 mm gefunden. Die Rauheit der Wellenoberfläche in der Verschleißzone überschritt den zulässigen Wert und betrug $R_a = 0,95$ Mikrometer statt des normativen $R_a = 0,20 \dots 0,40$ Mikrometer (nach ISO 4287).
- Manschettenfeder: Die Spiralzugfeder wird aus dem Landekanal verschoben und teilweise verformt. Die Federspannung hat gegenüber der Anfangskraft um 40 % abgenommen.
- Ölanalyse: Der Gehalt an festen Partikeln (Kieselsäure aus Erzstaub) betrug 0,18 Massen-%, was sechsmal höher ist als die maximal zulässige Rate für diesen Knoten.
Die Vibrationsüberwachungsdaten vor der Abschaltung zeigten spektrale Spitzen bei Wellenrotationsfrequenzen (1X) und Harmonische im Zusammenhang mit lokaler Unwucht und Wellenschlag (Rundlauffehler betrug 0,08 mm mit einer Toleranz von 0,03 mm).
4. Untersuchung der Grundursachen
Für eine systematische Analyse verwendeten wir die Methode des Ishikawa-Diagramms („Fischgräte“) und die „5 Warum?“-Methode. Technik. Es wurden vier Hauptkategorien von Faktoren identifiziert: Material, Installationsmethode, Gerätezustand und äußere Umgebung.
- Warum hat die Dichtung ihre Dichtigkeit verloren? Weil die Arbeitskante an Elastizität verloren hat und ein Spalt zwischen ihr und der Welle entstanden ist.
- Warum hat sich die Kante verschlechtert? Aufgrund einer Überhitzung im Kontaktbereich auf eine Temperatur über +90 °C.
- Warum kam es zu einer lokalen Überhitzung? Aufgrund mangelnder Wärmeableitung und erhöhter Reibung durch Verschleiß des Wellenhalses und der Grate.
- Warum hat sich die Rille auf der Welle gebildet? Schleifstaubpartikel drangen unter den Rand der Manschette ein und wirkten als Metallschleifpaste.
- Warum gelangte das Schleifmittel unter die Felge? Die Düse des Reduzierstücks war mit Prozessstaub verstopft, was zur Entstehung eines Überdrucks heißer Kurbelgehäusegase (bis zu +0,4 bar) führte, wodurch das Schmiermittel herausgedrückt wurde und beim Abkühlen Schmutz angesaugt wurde.
5. Identifizierte Grundursachen (nach Wahrscheinlichkeitsgrad)
| № | Die Grundursache | Wahrscheinlichkeit (%) | Unterstützende Beweise |
|---|---|---|---|
| 1 | Verstopfte Entlüftung und Überdruck im Kurbelgehäuse | 45 % | Spuren von durch die Labyrinthdichtung austretendem Öl, fehlende Entlüftungskapazität beim Anblasen mit Druckluft. |
| 2 | Unsachgemäßer Einbau der Dichtung und Wellenschlag | 30 % | Manschettenfederweg, Rundlauf der Abtriebswelle 0,08 mm, Verzugsspuren beim Pressen. |
| 3 | Abgenutzte Oberfläche des Schafthalses (nicht rechtzeitig repariert) | 15 % | Die Tiefe der Nut auf der Welle beträgt 0,22 mm, die Rauheit $R_a = 0,95$ μm. |
| 4 | Nicht übereinstimmende Ölklasse oder Verschlechterung der Additive | 10 % | Aufgrund des Vorhandenseins von Oxidationsprodukten in der Ölprobe ist die Viskosität bei +40 °C 15 % niedriger als die Nennviskosität. |
6. Korrektur- und Vorbeugemaßnahmen
Es wurde ein Plan technischer Maßnahmen entwickelt, um festgestellte Mängel zu beseitigen und Gerätestillstände in der Produktionslinie zu verhindern:
- Dringende Reparatur (sofortige Beseitigung): Demontage des Getriebes, Schleifen des Wellenhalses auf Reparaturmaß oder Einbau einer Schnellreparaturhülse (Speedi-Sleeve). Austausch der SKF 1009103-Hülse durch eine neue gemäß der SKF-Montageanleitung. Ersetzen Sie den Entlüfter durch ein Modell mit integriertem Filter zur Feinreinigung der Luft (Filterfeinheit 3 Mikron).
- Langfristige Prävention: Implementierung einer regelmäßigen Überwachung des Druckabfalls im Getriebegehäuse. Übergang zu synthetischen Schmierstoffen mit hohem Viskositätsindex und Zerstörungsbeständigkeit nach ISO 12925-1 (CKD-Kategorie).
7. Schnelle Diagnose-Checkliste für Techniker
Diese Checkliste ist für Schlosser und Zuverlässigkeitsingenieure direkt in der Werkstatt über ein Tablet oder mobiles Endgerät gedacht:
- [ ] Temperatur des Gehäuses im Bereich von Lagern und Wellendichtringen mit einem Pyrometer prüfen (Standard: bis +70°C).
- [ ] Beurteilen Sie den Ölstand und den Ölzustand durch das Schauglas (Vorhandensein von Emulsion, Schaum, dunklem Sediment).
- [ ] Überprüfen Sie die freie Luftbewegung durch den Entlüfter (keine Verstopfung durch Schlamm oder Staub).
- [ ] Schwingungsmessungen mit einem tragbaren Vibrometer in drei zueinander senkrechten Achsen durchführen (Kontrolle des Hochfrequenzspektrums).
- [ ] Überprüfen Sie die Abtriebswelle auf Fetttropfen und Staub, der an der Abdeckung haftet.
- [ ] Überprüfen Sie die Ausrichtung der Getriebewelle und der angebauten Maschine mit einem Laser-Zentriersystem (eine Verschiebung von weniger als 0,05 mm ist akzeptabel).
- [ ] Überprüfen Sie das Anzugsdrehmoment der Schrauben der Lagerdeckel und des Getriebegehäuses mit einem Drehmomentschlüssel.
- [ ] Führen Sie alle 6 Monate eine Spektralanalyse der Ölprobe auf das Vorhandensein von Verschleißprodukten (Fe, Cu, Cr) durch.
8. Zukünftige Präventionsstrategie
Um den Auslegungsindikator für die Zuverlässigkeit des Getriebes (MTBF mindestens 40.000 Betriebsstunden) zu erreichen, ist es notwendig, folgende Praktiken zu integrieren:
- Wartungsintervalle: Führen Sie alle 12.000 Betriebsstunden oder alle zwei Jahre einen kompletten Austausch der Dichtungen und Revision der Sitze durch.
- Zustandsüberwachung: Installation stationärer Vibrations- und Temperatursensoren mit Signalausgabe an das SCADA-System des Unternehmens zur Früherkennung von Lagerdefekten.
- Designverbesserung: Anwendung von zweistufigen Dichtungen mit einer Schutzhülle (Schlammlöser) und einem Schmiermittel mit Barrierekonsistenz zwischen den Kanten für Arbeiten unter Bedingungen abrasiver Staubentwicklung in Zementproduktionshallen.
9. Fazit
Schmiermittellecks in Getrieben im Schwermaschinenbau sind immer die Folge eines Ungleichgewichts im Druck-Temperatur-mechanischen Toleranzdreieck. Nur die Dichtung selbst auszutauschen, ohne die Entlüftung zu überprüfen und den Rundlauf der Welle zu kontrollieren, ist ein ineffizienter Geldaufwand. Die Einhaltung der Installationsvorschriften nach ISO-Normen und der Einsatz zertifizierter Komponenten garantieren den unterbrechungsfreien Betrieb von Industrieanlagen.
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10. Links
- ISO 6194-1:2007 – Lippendichtungen für Rotationswellen mit Elastomer-Dichtungselementen.
- DIN 3760 — Radialwellendichtringe für industrielle Anwendungen.
- ISO 4287:1997 – Geometrische Produktspezifikationen (GPS) – Oberflächentextur: Profilmethode.
- ISO 12925-1:2018 – Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte (Klasse L) – Familie C (Getriebe).
- SKF Gesamtkatalog: Industrie-Wellendichtungen und Montageanleitungen.
