1. Inleiding
De operationele betrouwbaarheid van industriële apparatuur is van cruciaal belang voor de continuïteit van productieprocessen. Olielekken uit versnellingsbakken kunnen, ook al worden ze vaak gezien als een klein defect, ernstige gevolgen hebben, van verminderde efficiëntie en voortijdige slijtage van componenten tot milieuvervuiling en bedreigingen voor de veiligheid van het personeel. Deze analyse richt zich op de typische grondoorzaken van lekkages in versnellingsbakolie, waarbij de Siemens FZH105 als voorbeeld wordt gebruikt, en biedt uitgebreide oplossingen om deze te elimineren en te voorkomen.
De gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) van een versnellingsbak kan aanzienlijk worden verkort als gevolg van ongecontroleerde smeermiddellekken, wat resulteert in een stijging van 15-20% in de bedrijfskosten als gevolg van de noodzaak om smeermiddel bij te vullen en voortijdige vervanging van componenten.
2. Overzicht van het onderdeel: Versnellingsbak Siemens FZH105
Het Siemens FZH105 verloopstuk is een tweetraps kegelcilindrisch verloopstuk, dat veel wordt gebruikt in de zware industrie, met name in transportsystemen, roerwerkaandrijvingen, pompen en andere technologische apparatuur. Het ontwerp zorgt voor een hoge koppeloverdracht en operationele betrouwbaarheid.
2.1. Technische kenmerken (typisch)
- Type: Conisch-cilindrisch
- Motorvermogen: 22 kW
- Ingangssnelheid: 1450 tpm
- Uitvoersnelheid: 120 tpm
- Overbrengingsverhouding: ~12:1
- Volume smeermiddel: 15-20 l
- Type smeermiddel: CLP ISO VG 220 (volgens DIN 51517-3)
2.2. Gebruiksvoorwaarden
De FZH105 versnellingsbak is ontworpen om te werken in omstandigheden die voldoen aan de eisen van de EN 60034-1 norm voor elektrische machines en ISO 10816-3 voor trillingen. Typische arbeidsomstandigheden zijn onder meer:
- Omgevingstemperatuur: van -10°C tot +40°C
- Bedrijfstemperatuur van smeermiddel: +60°C tot +80°C (maximaal toelaatbare korte termijn tot +95°C)
- Belasting: Constant, met mogelijke piekoverbelastingen tot 150% van de nominale waarde.
2.3. Kritieke afdichtingszones
De belangrijkste punten van mogelijke lekkages zijn:
- Radiale afdichtingen van ingaande en uitgaande assen (volgens ISO 6194).
- Platte afdichtingen (pakkingen) tussen carrosserie en deksels, inspectieluiken.
- Schroefdraadaansluitingen (afvoer, inlaat, niveaucontrolepluggen).
- Ventilatiesysteem (zeep).
3. Bewijs van weigering
Het onderzoek naar olielekken begint met een grondige verzameling van bewijsmateriaal op de locatie van de operatie. Typische observaties en metingen zijn onder meer:
3.1. Visuele inspectie
- Locatie van lekkage: Lekkages worden het vaakst waargenomen bij radiale asafdichtingen, vooral bij de uitgaande as, vanwege de grotere diameters en potentiële radiale belastingen. Lekken van afdichtingen tussen lichaamsdelen of van onder de ontluchter komen ook vaak voor.
- Intensiteit: Van een lichte oliefilm tot actieve druppels die plassen vormen onder de versnellingsbak. Het verlies aan smeermiddel kan bijvoorbeeld oplopen tot 0,5 liter in 24 uur, wat onaanvaardbaar is.
- Staat van afdichtingen: Zichtbare scheuren, verharding, vervorming of verplaatsing van de afdichtingsrand.
- Kleur en consistentie van smeermiddel: Kleurverandering, aanwezigheid van emulsie (geeft water aan), metaaldeeltjes.
3.2. Metingen en diagnostiek
- Temperatuur: Meet de temperatuur van de versnellingsbakbehuizing en het smeermiddel met behulp van een IR-thermometer of een contactthermometer. Het langdurig overschrijden van de bedrijfstemperatuur van het smeermiddel boven +85°C kan duiden op overmatige wrijving of koelingsproblemen.
- Trillingen: Trillingsmonitoring volgens ISO 10816-3. Een toename van de RMS-snelheid boven 7,1 mm/s (Zone D) kan duiden op lagerfouten, onbalans of verkeerde uitlijning, waardoor de afdichting overmatig wordt belast. De normatieve indicator voor verloopstukken van deze klasse in constante modus is maximaal 4,5 mm/s (zone C).
- Smeermiddelanalyse: Laboratoriumanalyse van het smeermiddel (volgens ASTM D6439) kan een verhoogd watergehalte (meer dan 200 ppm), metaaldeeltjes (Fe, Cr, Ni) aan het licht brengen die wijzen op slijtage van interne componenten, evenals veranderingen in de viscositeit en zuurgraad, wat wijst op degradatie van het smeermiddel.
- Interne druk: De interne druk in het versnellingsbakhuis kan worden gemeten met behulp van een manometer. De normale druk mag niet hoger zijn dan 0,02-0,05 bar. Aflezingen van 0,15 bar en hoger duiden op problemen met de ventilatie.
4. Onderzoek naar de oorzaak (Ishikawa-methode)
Om systematisch de hoofdoorzaken van vetlekken te identificeren, wordt de Ishikawa-methode (visgraatdiagram) gebruikt, waarbij potentiële factoren per categorie worden beschouwd.
4.1. Materialen en componenten
- Onjuiste keuze van afdichtingsmateriaal: Het gebruik van NBR-afdichtingen (nitril-butadieenrubber) in omstandigheden waarbij de olietemperatuur regelmatig boven de +90°C komt, leidt tot verharding en barsten. Dergelijke omstandigheden vereisen FKM-afdichtingen (fluorrubber) die bestand zijn tegen +200°C.
- Incompatibiliteit van afdichtingen met smeermiddel: Sommige additieven in moderne smeermiddelen kunnen agressief zijn voor standaard afdichtingsmaterialen, waardoor ze opzwellen of zacht worden.
- Slechte afdichtingskwaliteit: Productiefouten (scheuren, ongelijke hardheid, onjuiste geometrie) die niet voldoen aan de DIN 3760 of ISO 6194. standaard
- Verstopte of beschadigde ontluchter: Het filterelement van de ontluchter kan verstopt raken door stof of vuil, of de ontluchter zelf kan mechanisch beschadigd raken.
4.2. Installatie en montage
- Afdichtingsschade tijdens installatie: Bramen op de as, scherpe randen op de behuizing en het gebruik van het verkeerde gereedschap kunnen ervoor zorgen dat de afdichtingslip scheurt of vervormt.
- Onjuist aandrukken: Scheve afdichting, onvoldoende of te grote plantdiepte.
- Beschadiging van het asoppervlak: Bramen, corrosie, slijtage (groeven) onder de werkrand van de afdichting, die de toegestane ruwheid Ra < 0,8 μm overschrijdt.
- Onjuist vastdraaien van bevestigingsmiddelen: Ongelijkmatig of onvoldoende vastdraaien van bouten op behuizingsdeksels, resulterend in lekkage via pakkingen.
- Onjuist oliepeil: Olie loopt over, waardoor overmatige interne druk ontstaat.
4.3. Bediening en onderhoud
- Onvoldoende onderhoud: Het niet regelmatig vervangen of reinigen van de ontluchter, waarbij de aanbevelingen van de fabrikant voor de olie- en afdichtingsintervallen worden genegeerd.
- Oververhitting: Langdurige werking bij hoge temperaturen als gevolg van overbelasting, onvoldoende koeling, laag smeermiddelniveau of degradatie ervan. Dit versnelt de veroudering van afdichtingen.
- Overmatige trillingen en verkeerde uitlijning: Veroorzaken dynamische belastingen op de afdichting en as, waardoor slijtage wordt versneld.
- Olieverontreiniging: Het binnendringen van schurende deeltjes of water, wat leidt tot slijtage van afdichtingen en assen.
4.4. Ontwerp en selectie
- Ontoereikend ventilatiesysteem: Onvoldoende ontluchtingsgrootte voor het volume van het reduceerventiel en de bedrijfsomstandigheden, waardoor een effectieve drukvereffening tijdens verwarming/koeling niet mogelijk is.
- Geen O-ringen of labyrintafdichtingen: In sommige gevallen zijn standaard radiale afdichtingen mogelijk niet voldoende voor bepaalde bedrijfsomstandigheden.
5. Geïdentificeerde grondoorzaken
Onjuiste installatie van radiale asafdichtingen (waarschijnlijkheid: hoog)
Bewijs: Tijdens de demontage zijn scheuren of knikken aan de afdichtingsrand, ongelijkmatige persing, stootsporen of het gebruik van ongeschikt gereedschap aangetroffen. Uit onderzoek blijkt dat tot 60% van de defecten aan nieuwe pakkingen te wijten is aan installatiefouten.
Ontoereikend of verstopt ventilatiesysteem (waarschijnlijkheid: middelhoog)
Bewijs: De gemeten interne druk in het reduceerventiel is hoger dan 0,1 bar. Het mondstuk is verstopt met vuil, stof of heeft mechanische schade. Bij verhitting zet het smeermiddel uit, waardoor er een overdruk ontstaat
