Reinheits- und Verschleißüberwachung mit moderner Partikelmesstechnik

In fluidtechnischen Systemen wird das Öl als konstruktives Element betrachtet, das verschiedenste Aufgaben erfüllt. Es überträgt Leistung, übernimmt die Schmierung, den Wärmehaushalt und transportiert den Schmutz zu den Filtern. Obwohl es vielfältige Ursachen für Ausfälle in fluidtechnischen Systemen gibt, rückt neben mechanischer Ermüdung oder Überlast einzelner Komponenten besonders der Zustand des Öls in den Fokus. Hierbei sind vor allem Partikel die Hauptursache für Verschleiß oder Schädigung der Komponenten.

Die unerwünschten Partikel können von außen in das System gelangen, z.B. durch Belüfter oder Dichtungen, oder sie werden durch Verschleiß im System selbst erzeugt. Folgen der Partikelkontamination sind ein erhöhter Verschleiß, der Ausfall von Komponenten und die Reduzierung der Systemleistung sowie -lebensdauer. Die Partikelkontamination des Öls verursacht damit hohe Kosten für den Eigentümer, weshalb zur Reinhaltung fluidtechnischer Systeme verschiedene hochwertige Filter eingesetzt werden sollten.

Um die Kosten weiter zu senken, besteht jedoch darüber hinaus ein großes Interesse, erhöhten Verschleiß frühzeitig zu erkennen und Schäden oder Stillstand zu vermeiden. Hierzu stehen unterschiedliche Sensoren und Geräte zur Partikelmessung zur Verfügung, die eine effektive und kostengünstige Überwachung nahezu aller Anwendungen ermöglichen.

Neben der Verschleißüberwachung ist ein wachsendes Anwendungsfeld für die Partikelmessung die Kontrolle von Reinigungs- oder Spülprozessen. Hier wird immer häufiger ein Nachweis verlangt, dass die gespülten Teile oder Systeme der spezifizierten Reinheitsanforderung genügen. Dem tragen die Hersteller und Anwender von Reinigungsanlagen Rechnung, indem sie Partikelmesstechnik in ihre Anlagen integrieren und dadurch jeden einzelnen Reinigungsprozess dokumentieren können.

Hersteller können durch eine regelmäßige Partikelmessung den sachgemäßen Gebrauch und Service von Anlagen überwachen und damit Garantiekosten senken. Aus den gewonnenen Informationen lassen sich im Umkehrschluss aber auch Optimierungspotentiale im Anlagendesign identifizieren, um so die eigenen Produkte zu verbessern. Weiterhin hat sich der Einsatz von Partikelmesstechnik auch als Entwicklungswerkzeug für die Verschleißbeurteilung an Pumpen, Getrieben, Lagern etc. bewährt. Hierbei kann sowohl die notwendige Reinheit des Prüfmediums, als auch ein Verschleiß der Komponente selbst gemessen werden.

Bei der Abwägung, welche Methode zur Überwachung am besten geeignet ist, stehen wirtschaftliche Überlegungen im Vordergrund. Hierbei spielen nicht nur die Analysekosten der Einzelprobe eine Rolle, sondern auch wie hoch das Ausfallrisiko und die Kosten für einen Schaden oder Stillstand sind.

Partikelmessung
Das beste Preis-Leistungs-Verhältnis weisen automatische Partikelsensoren auf, die in der Lage sind, die Größe und Anzahl der Partikel in Echtzeit online zu messen. Alternative manuelle Verfahren wie z.B. Mikroskopie oder Gravimetrie sind im Vergleich zur Online-Messung aufwendig, fehleranfällig und unwirtschaftlich.

Die Vorteile der Online-Messung zur herkömmlichen Laboranalyse liegen nicht nur in der einfacheren Handhabung und den geringeren totalen Kosten, sondern speziell in der lückenlosen Messung. Die Messdaten spiegeln nicht eine beliebige Momentaufnahme wieder, sondern erfassen die kontinuierliche Veränderung. Dadurch lässt sich eine zustandsabhängige, vorausschauende Instandhaltung realisieren.

Weiterhin wird die Genauigkeit der Ölanalyse selbst maßgeblich durch die Sorgfalt bei der Probenentnahme und Auswertung bestimmt. Insbesondere im Hinblick auf die Partikelkonzentration kann eine unsachgemäße Probenentnahme und Auswertung zu einer erheblichen Verfälschung der Messergebnisse führen. Automatische Partikelmessgeräte garantieren hier eine optimale Wiederholbarkeit und damit erst die Vergleichbarkeit von Messergebnissen.

Optische Partikelmessung
Als Standard bei der Online-Partikelmessung hat sich das optische Verfahren mittels Lichtblockadeprinzip nach ISO 11500 durchgesetzt, da es kostengünstig und sehr zuverlässig ist.

Hierbei werden die zu zählenden Partikel in einer Kapillare vereinzelt optisch vermessen. Befinden sich keine Partikel in der Messzelle, strahlt das Licht ungehindert auf die Fotodiode. Passiert ein Partikel die Messzelle, wird der Lichtstrahl von diesem blockiert, wodurch auf der gegenüberliegenden Fotodiode ein Schatten erzeugt wird. Die Größe des Schattens ist proportional zur Größe des Partikels und ermöglicht damit eine Charakterisierung der Partikel.

Anschließend wird die gemessene Partikelanzahl auf das Messvolumen bezogen und als Konzentration angegeben. Diese ermöglicht eine Darstellung nach unterschiedlichen Standards, welche im Messgerät ausgewählt werden können. Neben dem gebräuchlichsten Standard ISO4406:1999 stehen hier bei den Geräten von ARGO- HYTOS auch noch SAE AS 4059, GOST 17216 und NAS 1638 zur Auswahl.

Partikelzähler
Für extrem genaue Messung der Ölverschmutzung im Labor oder im Feld sind insbesondere Partikelzähler geeignet. Mit dem OPCount bietet ARGO-HYTOS einen Partikelzähler der neuesten Generation, der für den Einsatz an hydraulischen Maschinen konzipiert ist. Die verbaute volumetrische Partikelmesszelle garantiert, in Verbindung mit erstklassigen Komponenten, dass jeder Partikel der durch den Sensor fließt exakt gemessen wird.

Die interne Pumpe ermöglicht sowohl Online-, Flaschen- als auch Tankmessungen. Das Gerät lässt sich dabei intuitiv über ein Touch-Display und komfortable Messprofile bedienen. Messdaten und zusätzliche Informationen über die Probe, wie z.B. Temperatur, Viskosität oder Öltyp, können intern gespeichert und direkt ausgedruckt werden. Das zur Messung benötigte Zubehör lässt sich platzsparend am Gerät verstauen, was die Handhabung erheblich erleichtert.

Der Partikelzähler OPCount wird häufig für Routineüberwachungen, zur Qualitätskontrolle oder zu Störfalluntersuchungen eingesetzt. Er ermöglicht den Aufbau von Datenbanken, mit deren Hilfe sich die Geschichte des Öls einer Maschine nachvollziehen lässt. Hieraus können wertvolle Informationen zur Reinheit und zum Zustand von Maschinen gewonnen werden. Optional ist es auch möglich einen ARGO-HYTOS Zustandssensor aus der LubCos Reihe an den OPCount anzuschließen. Dadurch lassen sich weitere Parameter wie Temperatur, Feuchtigkeit und Ölqualität aufnehmen.

Partikelmonitor
Für Systeme in denen die Partikelmessung nicht nur automatisch sondern auch dauerhaft erfolgen soll, wird ein Gerät benötigt, das fest verbaut werden kann. Hier empfehlen sich kompakte und robuste Partikelmonitore, die sich einfach in ein hydraulisches System integrieren lassen.

Die Anforderungen an eine stationäre oder mobile Messung können hoch sein. Zu beachten sind hierbei unter anderem hohe Drücke und Temperaturen, Schmutz, Feuchtigkeit und Vibrationen. Ein robustes Design der Messtechnik ist für deren dauerhafte Funktion deshalb unerlässlich. Alle Komponenten, wie z.B. Lichtquelle, Detektor oder Gehäuse, müssen deshalb hohen technischen Anforderungen genügen. Mit einer Schutzklasse IP67 sowie entsprechender Schock- und Störsicherheit, eignet sich der ARGO-HYTOS Partikelmonitor OPCom auch für anspruchsvolle Anwendungen.

Ein bewährtes Einsatzgebiet für die Online-Partikelmessung ist die Überwachung der Ölreinheit in stark beanspruchten Industrieanwendungen wie z.B. Pressen oder Spritzgussmaschinen. Die Abbildung unten zeigt exemplarisch eine Partikelmessung während der Abreinigung einer Spritzgussmaschine. Hierbei wurde die Maschine mit einem mobilen Nebenstromfiltergerät abgereinigt und die Partikelkonzentration aufgezeichnet.

Induktive Partikelmessung
Zur gezielten Erfassung ferromagnetischer Verschleißpartikel werden induktiv messende Metallpartikeldetektoren eingesetzt. Eine speziell für Getriebe entwickelte kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Metallpartikeldetektoren ist der Verschleißsensor OPCom FerroS.

Der Verschleißsensor OPCom FerroS funktioniert nach dem Prinzip einer magnetischen Verschlussschraube und akkumuliert mit Hilfe eines Permanentmagneten ferromagnetische Partikel. Eine Spule im Sensorkopf erfasst die angelagerten Partikel und erzeugt ein Messsignal proportional zur angelagerten Menge. Für eine kontinuierliche Messung kann der Sensor automatisch gereinigt werden.

Das bewährte Messprinzip ermöglicht die einfache Integration des Sensors direkt im System. Hierbei muss, im Gegensatz zu vergleichbaren Sensoren, kein Durchfluss generiert werden.

Zusammenfassung
Der Einsatz von moderner Partikelmesstechnik ermöglicht neue Service- und Instandhaltungskonzepte, mit denen sich Ölwechselintervalle verlängern, Probleme frühzeitig erkennen und Ausfallzeiten reduzieren lassen. Die heutigen Sensoren erfassen Veränderungen frühzeitig und ermöglichen es, Verschleiß und Schäden rechtzeitig zu erkennen. Die einfache Anwendung und der hohe Mehrwert machen Partikelsensoren deshalb zu einem bewährten Mittel zur Senkung der Betriebskosten von Maschinen und Anlagen.

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