Brugger-Test – Belastbarkeit von Schmierstoffen

Die Mindestanforderungen an Hydraulik- und Getriebeöle sind in DIN Normen fest definiert. Doch nicht in allen Fällen gewährleisten sie den störungsfreien Betrieb bestimmter Anlagen. Dies betrifft besonders langsam laufende, stoßartig belastete Getriebe, Flügelzellenpumpen, Gewindekupplungen, Bettbahnen und Stahl/Bronzepaarungen bei Gleitlagern. Oft ist die Belastbarkeit des eingesetzten Öls nicht ausreichend. Um die Belastbarkeit des Schmierstoffes eindeutig zu analysieren, wurde der praxisnahe Brugger-Test entwickelt. Ein Schmierstoffprüfgerät nach Brugger ist im OELCHECK-Labor installiert.
Für Hydraulik- und Getriebeöle im industriellen Einsatz sind bisher folgende Mindestanforderungen definiert. Sie beziehen sich auf den Verschleißschutz und das Fressverhalten.

Inhaltsverzeichnis

  1. Der Brugger-Test – von Praktikern entwickelt
  2. Testverfahren
  3. Aussagekraft und Zuverlässigkeit
  4. Ein Beispiel aus der Praxis – AUDI AG überwacht Großpressen mit dem Brugger-Test
  5. Das Leistungsvermögen des Brugger- Tests – eine Bestandsaufnahme

Hydrauliköl HLP

  • Norm: DIN 51524/2
  • Bisherige Testverfahren: FZG-Test, Schadenskraftstufe mindestens 10, und der Flügelzellenpumpentest mit einem Ringverschleiß von maximal 120mg und einem Flügelverschleiß von maximal 30 mg

Getriebeöl CLP

  • Norm: DIN 51517/3
  • Bisherige Testverfahren: FZG-Test, Schadenskraftstufe mindestens 12 und einem Verschleißwert von maximal 0,3 mg/kWh.

Der Brugger-Test – von Praktikern entwickelt

Kernstück des Prüfgerätes sind zwei rotationssymetrische Prüfkörper, deren Achsen um 90° zueinander versetzt sind. Der untere Prüfkörper ist ein Ring mit einem Außendurchmesser von 25 mm. Er ist auf einer Welle befestigt, die über einen Zahnriemenantrieb von einem Drehstrommotor angetrieben wird. Er dreht im Leerlauf mit 960 min-1 ±5 % und bricht unter Last auf maximal 860 min-1 ein.

Der obere Prüfkörper ist ein Zylinder mit 18 mm Durchmesser. Er ist in einem drehbaren Halter fest eingespannt und wird von diesem durch ein Gewicht gegen den sich drehenden Prüfring gedrückt. Die Gleitgeschwindigkeit beträgt 1,2 m/s.

Sowohl die Welle des Prüfringes als auch die Drehpunkte der Hebel sind wälzgelagert. Nun wird der Prüfring wird mit dem zu untersuchenden Schmierstoff übergossen. Der Prüfzylinder wird mit 400 N gegen den Prüfring gedrückt. Der Antrieb des Prüfrings läuft unter Last an. Die Prüfdauer beträgt 30 Sekunden.

Je nach Schmierstoffeigenschaft erzeugt der rotierende Prüfring eine unterschiedlich große Verschleißfläche auf dem feststehenden Prüfzylinder. Die Verschleißfläche hat die Form einer Ellipse. Mit einem Mikroskop und einer darin befindlichen Messeinrichtung werden die Hauptachsen der Ellipse sehr exakt ausgemessen. Daraus wird die Projektionsfläche der Verschleißfläche berechnet (A=a*b*π). Der Quotient aus Andrückkraft F und projizierter Verschleißfläche A wird als Belastbarkeit des Schmierstoffs nach Brugger B (N/mm2) angegeben.

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, müssen stets die gleichen Ausgangsbedingungen geschaffen werden. Da mit einem Prüfring mehrere Prüfungen durchgeführt werden, müssen Prüfring und -zylinder jeweils mit Siedegrenzbenzin gewaschen werden. Die Oberflächen dürfen keine mit bloßem Auge sichtbaren Spuren von Rückständen der vorausgegangenen Prüfung aufweisen. Es ist darauf zu achten, dass der Prüfring den Durchmesser von 24,5 mm nie unterschreitet. Die Prüfung im Mischreibungsgebiet mit dem Schmierstoffprüfgerät nach Brugger ist in DIN 51347-1 festgelegt.

Testverfahren

Kernstück des Prüfgerätes sind zwei rotationssymetrische Prüfkörper, deren Achsen um 90° zueinander versetzt sind. Der untere Prüfkörper ist ein Ring mit einem Außendurchmesser von 25 mm. Er ist auf einer Welle befestigt, die über einen Zahnriemenantrieb von einem Drehstrommotor angetrieben wird. Er dreht im Leerlauf mit 960 min-1 ±5 % und bricht unter Last auf maximal 860 min-1 ein.

Der obere Prüfkörper ist ein Zylinder mit 18 mm Durchmesser. Er ist in einem drehbaren Halter fest eingespannt und wird von diesem durch ein Gewicht gegen den sich drehenden Prüfring gedrückt. Die Gleitgeschwindigkeit beträgt 1,2 m/s.

Sowohl die Welle des Prüfringes als auch die Drehpunkte der Hebel sind wälzgelagert. Nun wird der Prüfring wird mit dem zu untersuchenden Schmierstoff übergossen. Der Prüfzylinder wird mit 400 N gegen den Prüfring gedrückt. Der Antrieb des Prüfrings läuft unter Last an. Die Prüfdauer beträgt 30 Sekunden.

Je nach Schmierstoffeigenschaft erzeugt der rotierende Prüfring eine unterschiedlich große Verschleißfläche auf dem feststehenden Prüfzylinder. Die Verschleißfläche hat die Form einer Ellipse. Mit einer Messlupe werden die Hauptachsen der Ellipse ausgemessen. Daraus wird die Projektionsfläche der Verschleißfläche berechnet. Der Quotient aus Andrückkraft und projizierter Verschleißfläche wird als Belastbarkeit des Schmierstoffs nach Brugger B (N/mm2) angegeben.

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, müssen stets die gleichen Ausgangsbedingungen geschaffen werden. Da mit einem Prüfring mehrere Prüfungen durchgeführt werden, müssen Prüfring und -zylinder jeweils mit Siedegrenzbenzin gewaschen werden. Die Oberflächen dürfen keine mit bloßem Auge sichtbaren Spuren von Rückständen der vorausgegangenen Prüfung aufweisen. Es ist darauf zu achten, dass der Prüfring den Durchmesser von 24,5 mm nie unterschreitet. Die Prüfung im Mischreibungsgebiet mit dem Schmierstoffprüfgerät nach Brugger ist in DIN 51347-1 festgelegt.

Aussagekraft und Zuverlässigkeit

Das Testverfahren nach Brugger liefert eine Entscheidungsgrundlage für eine bezüglich der Schmierstoffbelastbarkeit richtige Schmierstoffauswahl. Eine Vielzahl von Messungen hat gezeigt, dass die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gut ist. Streuungen liegen bei ± 10% der Messwerte.

Ein Beispiel aus der Praxis – AUDI AG überwacht Großpressen mit dem Brugger-Test

Im Presswerk in Ingolstadt produziert die AUDI AG Karosserieteile für den Audi A3 und A4. 7 Pressen der Hersteller Müller Weingarten, Schuler und Erfurt sind hier im Einsatz. Mit der größten Presse werden in 24 Stunden bis zu 10.000 Teile gefertigt. Sie ist mit ca. 10.000 l Hydrauliköl befüllt. Eingesetzt werden Hydrauliköle der Typen HLP und HLP-D46. Für Getriebe werden hauptsächlich Viskositäten der ISO-VG-Klassen 150 oder 220 verwendet. Getriebe in Großpressen sind wegen der niedrigen Umdrehungsfrequenz, der kompakten Bauform und der hohen, stoßartigen Belastung unkonventionelle Maschinenelemente. Die Lagerstellen sind erhöhter thermischer Belastung ausgesetzt. Die Anlagenhersteller schreiben zusätzlich zu den regulären Schmierstoff-Analysen den Brugger-Test vor. Bei den Pressen im Audi Werk wird er regelmäßig einmal jährlich durchgeführt. Damit wird das Öl sicher auf seine Belastbarkeit geprüft. Bei Audi hat sich der Brugger-Test alleine schon wegen dem rechtzeitigen Nachweis von Verschleiß an einer Lagerbuchse bezahlt gemacht. Ein größerer Schaden konnte verhindert werden. Der Fertigungs-Gruppenleiter Maschinentechnik konnte die Instandsetzung optimal in den laufenden Produktionsprozess einpassen. Ein ungeplanter Stillstand hätte mehrere hunderttausend Euro Kosten verursacht. So aber lief die Presse wie immer rund um die Uhr. Die Reparatur wurde während der routinemäßigen Revision am kommenden Wochenende durchgeführt.

Das Leistungsvermögen des Brugger- Tests – eine Bestandsaufnahme

Pro

Er unterstützt bei der Gebrauchtölanalyse Aussagen über Additiv-Veränderungen, denn er zeigt die Belastbarkeit und das Haftvermögen eines Schmierstoffs bei Mischreibung, die bevorzugt auftritt bei:

  • Allen Stopps und Neuanläufen von Maschinen oder Motoren
  • Umkehrenden Bewegungsabläufen wie auf und ab, vor und zurück
  • Vibrationen und Stoppbelastungen
  • Bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten

Dies zeigt sich in der Praxis durch:

  • Ruckgleiten und Rattern an Hydraulikzylindern (slip-stick)
  • Hydraulikpumpen, besonders Flügelzellenpumpen, mit geschwächter Förderleistung
  • Stotternde Bewegungen von Werkzeugschlitten über den Bettbahnen
  • Verschleiß von Gewindekupplungen und Verstellspindeln
  • Grübchenartige Zahnausbrüchen bei langsam laufenden Getrieben
  • Abrieb durch zu gering benetzte Stahl/Bronzepaarungen z.B. in Gleitlagern

 

Contra

Als Einzeltest für eine Schmierstoffbeurteilung anstelle einer kompletten Analyse ist der Prüflauf nicht geeignet weil

  • keine einzelne Kenngröße die Vielfalt und Komplexität der Schmierstoffanforderungen der Praxis allein abbilden kann
  • die kurze Prüfzeit nicht für alle Verschleißmechanismen gleichermaßen aussagekräftige Ergebnisse liefern kann
  • die Übertragbarkeit der Testergebnisse auf andere Materialien als die zur Prüfung verwendeten Stahlwerkstoffe zu prüfen ist

Anhand des Testergebnisses können kaum Aussagen gemacht werden:

  • zur erwarteten Laufzeit eines Getriebes, Lagers oder anderen Maschinenelements
  • zu Verunreinigungen, Vermischungen oder Viskositätsveränderungen im Schmierstoff
  • zur Ölgebrauchsdauer oder zur Oxidationsstabilität