1. Einführung
Die Betriebszuverlässigkeit von Industrieanlagen ist entscheidend für die Kontinuität der Produktionsprozesse. Öllecks an Getrieben werden zwar oft als geringfügiger Fehler wahrgenommen, können jedoch schwerwiegende Folgen haben, von verminderter Effizienz und vorzeitigem Verschleiß von Komponenten bis hin zu Umweltverschmutzung und Gefährdung der Sicherheit des Personals. Diese Analyse konzentriert sich auf die typischen Ursachen von Getriebeöllecks am Beispiel des Siemens FZH105 und bietet umfassende Lösungen zu deren Beseitigung und Vorbeugung.
Die mittlere Ausfallzeit (Mean Time Between Failures, MTBF) eines Getriebes kann durch unkontrollierte Schmiermittellecks erheblich verkürzt werden, was zu einem Anstieg der Betriebskosten um 15 bis 20 % führt, da Schmiermittel nachgefüllt werden muss und vorzeitige Komponenten ausgetauscht werden müssen.
2. Übersicht der Komponente: Getriebe Siemens FZH105
Das Reduzierstück FZH105 von Siemens ist ein zweistufiges kegelzylindrisches Reduzierstück, das in der Schwerindustrie, insbesondere in Fördersystemen, Rührwerksantrieben, Pumpen und anderen technologischen Geräten, weit verbreitet ist. Seine Konstruktion sorgt für eine hohe Drehmomentübertragung und Betriebssicherheit.
2.1. Technische Eigenschaften (typisch)
- Typ: Konisch-zylindrisch
- Motorleistung: 22 kW
- Eingangsgeschwindigkeit: 1450 U/min
- Abtriebsgeschwindigkeit: 120 U/min
- Übersetzungsverhältnis: ~12:1
- Schmierstoffvolumen: 15-20 l
- Schmierstofftyp: CLP ISO VG 220 (gemäß DIN 51517-3)
2.2. Nutzungsbedingungen
Das FZH105-Getriebe ist für den Betrieb unter Bedingungen ausgelegt, die den Anforderungen der EN 60034-1-Norm für elektrische Maschinen und ISO 10816-3 für Vibrationen entsprechen. Typische Arbeitsbedingungen sind:
- Umgebungstemperatur: von -10 °C bis +40 °C
- Betriebstemperatur des Schmierstoffs: +60°C bis +80°C (maximal zulässig kurzzeitig bis +95°C)
- Last: Konstant, mit möglichen Spitzenüberlastungen bis zu 150 % des Nennwerts.
2.3. Kritische Dichtungszonen
Die Hauptpunkte potenzieller Lecks sind:
- Radialdichtungen von An- und Abtriebswellen (nach ISO 6194).
- Flachdichtungen (Dichtungen) zwischen Gehäuse und Abdeckungen, Revisionsklappen.
- Gewindeanschlüsse (Abfluss, Einlass, Niveaukontrollstopfen).
- Belüftungssystem (Seife).
3. Beweis der Ablehnung
Die Untersuchung von Öllecks beginnt mit einer gründlichen Beweisaufnahme am Einsatzort. Typische Beobachtungen und Messungen sind:
3.1. Sichtprüfung
- Leckort: Aufgrund der größeren Durchmesser und möglichen Radialbelastungen werden Leckagen am häufigsten an Radialwellendichtungen beobachtet, insbesondere an der Abtriebswelle. Auch Undichtigkeiten an Dichtungen zwischen Körperteilen oder unter der Entlüftung kommen häufig vor.
- Intensität: Von einem leichten Ölfilm bis hin zu aktiven Tropfen, die Pfützen unter dem Getriebe bilden. Beispielsweise kann der Schmierstoffverlust bis zu 0,5 Liter in 24 Stunden betragen, was inakzeptabel ist.
- Zustand der Dichtungen: Sichtbare Risse, Verhärtung, Verformung oder Verschiebung der Dichtkante.
- Farbe und Konsistenz des Schmiermittels: Farbveränderung, Vorhandensein einer Emulsion (zeigt Wasser an), Metallpartikel.
3.2. Messungen und Diagnose
- Temperatur: Messen Sie die Temperatur des Getriebegehäuses und des Schmiermittels mit einem IR-Thermometer oder einem Kontaktthermometer. Wenn die Betriebstemperatur des Schmierstoffs über einen längeren Zeitraum über +85 °C liegt, kann dies auf übermäßige Reibung oder Kühlprobleme hinweisen.
- Vibration: Vibrationsüberwachung gemäß ISO 10816-3. Ein Anstieg der RMS-Geschwindigkeit über 7,1 mm/s (Zone D) kann auf Lagerfehler, Unwucht oder Fehlausrichtung hinweisen, was zu einer übermäßigen Belastung der Dichtung führt. Der normative Indikator für Reduzierstücke dieser Klasse im Konstantmodus beträgt bis zu 4,5 mm/s (Zone C).
- Schmierstoffanalyse: Eine Laboranalyse des Schmierstoffs (gemäß ASTM D6439) kann einen erhöhten Wassergehalt (über 200 ppm), Metallpartikel (Fe, Cr, Ni) ergeben, die auf Verschleiß interner Komponenten hinweisen, sowie Änderungen in der Viskosität und im Säuregehalt, die auf eine Verschlechterung des Schmierstoffs hinweisen.
- Innendruck: Der Innendruck im Getriebegehäuse kann mit einem Manometer gemessen werden. Der Normaldruck sollte 0,02-0,05 bar nicht überschreiten. Werte von 0,15 bar und mehr deuten auf Probleme mit der Belüftung hin.
4. Ursachenforschung (Ishikawa-Methode)
Um die Grundursachen von Fettlecks systematisch zu identifizieren, wird die Ishikawa-Diagrammmethode (Fischgrätendiagramm) verwendet, die potenzielle Faktoren nach Kategorien berücksichtigt.
4.1. Materialien und Komponenten
- Falsche Wahl des Dichtungsmaterials: Die Verwendung von NBR-Dichtungen (Nitril-Butadien-Kautschuk) unter Bedingungen, bei denen die Öltemperatur regelmäßig +90 °C übersteigt, führt zu Verhärtung und Rissbildung. Solche Bedingungen erfordern FKM-Dichtungen (Fluorkautschuk), die bis zu +200 °C standhalten.
- Dichtungsinkompatibilität mit Schmiermittel: Einige Additive in modernen Schmiermitteln können die Standard-Dichtungsmaterialien aggressiv angreifen und dazu führen, dass sie aufquellen oder erweichen.
- Schlechte Dichtungsqualität: Herstellungsfehler (Risse, ungleichmäßige Härte, falsche Geometrie), die nicht dem DIN 3760- oder ISO 6194.-Standard entsprechen
- Verstopfter oder beschädigter Entlüfter: Das Filterelement des Entlüfters kann durch Staub oder Schmutz verstopft werden oder der Entlüfter selbst kann mechanisch beschädigt werden.
4.2. Installation und Montage
- Dichtungsschaden beim Einbau: Grate an der Welle, scharfe Kanten am Gehäuse, die Verwendung des falschen Werkzeugs kann dazu führen, dass die Dichtlippe reißt oder sich verformt.
- Falsches Pressen: Schiefe Versiegelung, unzureichende oder zu große Pflanztiefe.
- Beschädigung der Wellenoberfläche: Grate, Korrosion, Verschleiß (Rillen) unter der Arbeitskante der Dichtung, die die zulässige Rauheit Ra < 0,8 μm überschreitet.
- Unsachgemäßes Anziehen der Befestigungselemente: Ungleichmäßiges oder unzureichendes Anziehen der Schrauben an Gehäusedeckeln, was zu Undichtigkeiten durch Dichtungen führt.
- Falscher Ölstand: Öl läuft über, wodurch übermäßiger Innendruck entsteht.
4.3. Betrieb und Wartung
- Unzureichende Wartung: Versäumnis, den Entlüfter regelmäßig auszutauschen oder zu reinigen, und Missachtung der Herstellerempfehlungen für Öl- und Dichtungswechselintervalle.
- Überhitzung: Längerer Betrieb bei erhöhten Temperaturen aufgrund von Überlastung, unzureichender Kühlung, niedrigem Schmiermittelstand oder dessen Alterung. Dies beschleunigt die Alterung von Dichtungen.
- Übermäßige Vibration und Fehlausrichtung: Verursacht dynamische Belastungen auf Dichtung und Welle und beschleunigt den Verschleiß.
- Ölverschmutzung: Eindringen von abrasiven Partikeln oder Wasser, was zum Verschleiß von Dichtungen und Wellen führt.
4.4. Design und Auswahl
- Unzureichendes Belüftungssystem: Unzureichende Entlüftungsgröße für das Volumen des Reduzierers und die Betriebsbedingungen, was keinen wirksamen Druckausgleich beim Heizen/Kühlen ermöglicht.
- Keine O-Ringe oder Labyrinthdichtungen: In manchen Fällen reichen Standard-Radialdichtungen für bestimmte Betriebsbedingungen möglicherweise nicht aus.
5. Identifizierte Grundursachen
Falscher Einbau von Radialwellendichtringen (Wahrscheinlichkeit: Hoch)
Beweis: Bei der Demontage wurden Risse oder Knicke an der Dichtkante, ungleichmäßiges Anpressen, Schlagspuren oder die Verwendung ungeeigneter Werkzeuge festgestellt. Studien zeigen, dass bis zu 60 % der Ausfälle neuer Dichtungen auf Installationsfehler zurückzuführen sind.
Unzureichendes oder verstopftes Belüftungssystem (Wahrscheinlichkeit: Mittel-Hoch)
Beweis: Der gemessene Innendruck im Reduzierstück übersteigt 0,1 bar. Das Mundstück ist durch Schmutz, Staub verstopft oder mechanisch beschädigt. Beim Erhitzen dehnt sich das Schmiermittel aus und es entsteht ein Überdruck, der
