Reinheitsklassen für Schmierstoffe im Vergleich
Verunreinigungen im Öl sind besonders für Hydrauliksysteme einer der größten Risikofaktoren. Ab 1960 beschäftigte sich die Luftfahrt mit dieser Problematik und legte mit der NAS (National Aerospace Standard) 1638 Richtlinien für die Reinheit von Hydraulikflüssigkeiten fest. Die NAS 1638 wurde schon bald von anderen Industriebereichen übernommen. Dem damaligen Stand der Technik entsprechend konnten allerdings nur Partikel gezählt werden, die größer als 5 µm waren. Die gestiegenen Drücke in Hydraulikanlagen forderten zunehmend bessere Passgenauigkeiten der Maschinenelemente und immer feinere Filtersysteme. Damit stiegen die Anforderungen an die Reinheit eines Öls.
Inhaltsverzeichnis
Bestimmung der Reinheitsklassen nach der SAE AS4059
Aus diesem Grund wurde die SAE AS4059 entwickelt. Unternehmen, die über die neueste Generation von Partikelzählern verfügen, geben die Reinheitsklassen nach dieser Norm an.
Als 1964 die NAS 1638 definiert wurde, war absolute Betriebssicherheit für die Luft- und Raumfahrt das auslösende Moment. Bis dahin gab es keine Methoden, mit denen die Reinheit der verwendeten Öle mit Hilfe von automatischen Zählgeräten bestimmt werden konnte. Schon bald griffen andere Industrieunternehmen die damals neue und einzige Richtlinie auf. Die NAS 1638 wurde zeitnah auch in Europa genutzt und die erste Fassung der ISO 4406 1977 verabschiedet. Die Zählung nach NAS kann nur von automatischen Zählern durchgeführt werden. Bei der Reinheit werden 5 Klassen unterschieden. Die Zählung nach ISO erlaubt neben der Automaten-Zählung mit Angabe von 3 Reinheitsklassen auch eine manuelle Auszählung und eine Zuordnung zu 2 Reinheitsklassen anhand von Rückständen auf dem Filterpapier. Mangels verfügbarer Zählgeräte setzte sich damals in Europa die ISO Norm durch.
Reinheitsklassen nach SAE AS 4059 | ||||||
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| maximal zulässige Anzahl von Partikeln pro Reinheitsklasse pro 100 ml | |||||
Kalibrierung | > 1 µm | >5 µm | >15 µm | >25 µm | >50 µm | >100 µm |
Kalibrierung | >4 µm | >6 µm | > 14 µm | >21 µm | > 38 µm | >70 µm |
Größencode | A | B | C | D | E | F |
Klasse 000 | 195 | 76 | 14 | 3 | 1 | 0 |
Klasse 00 | 390 | 152 | 27 | 5 | 1 | 0 |
Klasse 0 | 780 | 304 | 54 | 10 | 2 | 0 |
Klasse 1 | 1.560 | 609 | 109 | 20 | 4 | 1 |
Klasse 2 | 3.120 | 1.220 | 217 | 39 | 7 | 1 |
Klasse 3 | 6.520 | 2.430 | 432 | 76 | 13 | 2 |
Klasse 4 | 12.500 | 4.860 | 864 | 152 | 26 | 4 |
Klasse 5 | 25.000 | 9.730 | 1.730 | 306 | 53 | 8 |
Klasse 6 | 50.000 | 19.500 | 3.460 | 612 | 106 | 16 |
Klasse 7 | 100.000 | 38.900 | 6.920 | 1.220 | 212 | 32 |
Klasse 8 | 200.000 | 77.900 | 13.900 | 2.450 | 424 | 64 |
Klasse 9 | 400.000 | 156.000 | 27.700 | 4.900 | 848 | 128 |
Klasse 10 | 800.000 | 311.000 | 55.400 | 9.800 | 1.700 | 256 |
Klasse 11 | 1.600.000 | 623.000 | 111.000 | 19.600 | 3.390 | 512 |
Klasse 12 | 3.200.000 | 1.250.000 | 222.000 | 39.200 | 6.780 | 1.024 |
Die NAS 1638 – Vorreiter bei der Bestimmung von Reinheitsklassen
Mit der NAS 1638 wurden 5 Reinheitsklassen definiert. Die Partikel werden in 5 Größenklassen differentiell gezählt:
- 5-15,
- 15-25,
- 25-50,
- 50-100 µm,
- >100 µm.
Angegeben werden nur die Partikelzahlen, die tatsächlich in einer Klasse vorhanden sind. Die Partikel werden also nicht addiert wie bei der ISO 4406. Jedem Größenbereich wird nach der Partikelzählung eine Reinheitsklasse von 00 bis 12 zugeordnet. Die abschließende Gesamtbeurteilung erfolgt durch die Angabe der schlechtesten dieser 5 NAS Zahlen. Seit der Definition der NAS 1638 wurden immer feinere Filter in den Hydrauliksystemen eingesetzt. Die Anzahl der Partikel >50 µm, ja selbst >15 µm, sank dadurch deutlich. Die NAS 1638 mit ihren 5 relativ „großen“ Größenklassen entsprach oft nicht mehr der Realität.
Reinheitsklassen nach NAS 1638 | |||||
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Filterklasse | Teilchen pro 100 ml [µm] | ||||
5 –15 | 15 – 25 | 25 – 50 | 50 –100 | >100 | |
∞ | 125 | 22 | 4 | 1 | 0 |
1 | 500 | 89 | 16 | 3 | 1 |
3 | 2.000 | 356 | 63 | 11 | 2 |
5 | 8.000 | 1.425 | 253 | 45 | 8 |
7 | 32.000 | 5.700 | 1.012 | 180 | 32 |
9 | 128.000 | 22.800 | 4.050 | 720 | 128 |
11 | 512.000 | 91.200 | 16.200 | 2.880 | 512 |
Die ISO 4406 – differenzierte Klassifizierung kleinerer Partikelgrößen
Folgerichtig wurde besonders durch die europäischen Filter- und Anlagenbauer mit der ISO 4406 eine weitere Richtlinie festgelegt. In ihrer Fassung von 1977 sah sie eine Klassifizierung von Partikelgrößen >5 µm und >15 µm vor, weil zu diesem Zeitpunkt hochauflösende Lasersensoren noch nicht verfügbar waren und häufig auch noch die Partikel, die auf einem gerasterten Filterpapier vorhanden waren, von einem erfahrenen Techniker mit Hilfe von Mikroskopen nur in klein (5µ) und groß (15µ) unterschieden werden konnten.
1999 wurde die ISO 4406 überarbeitet. Mit neuen Lasersensoren konnten nun auch kleine Partikel so gut ausgewertet werden, dass auch Partikel ab 2 µm dargestellt werden konnten. Seit 1999 werden nach der ISO 4406 drei Klassen >4µ, >6 µ und >14µ angegeben, wenn mit einem Zähler ausgewertet wird. Wenn die Partikel manuell auf einem Filter gezählt werden, können nach wie vor nur 2 Reinheitsklassen (>5µ und >15µ) angegeben werden. Bei der ISO-Partikelzählung erfolgt die Angabe der Partikel kumulativ, d.h. in der Anzahl der Partikel >5µ sind auch die Partikel > 15 µ enthalten. Die in einer Ölprobe gezählten Partikel werden gemäß Tabelle auf 100 ml bezogen und jeweils pro Größenklasse einer Reinheitsklasse zugeordnet.
Empfohlene Mindestreinheitsklassen | |
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Komponente | Klasse nach ISO 4406 |
Servohydraulische Anlagen, Servoventile | mindestens 17/14/11 |
Proportional- und Hochdruckhydraulik (p>160 bar) | mindestens 19/16/13 |
Nieder- und Mitteldruckhydraulik (p<160 bar) | mindestens 21/18/13 |
Flügelzellen- und Kolben-Pumpen / Motoren | mindestens 18/16/13 |
Getriebe Pumpen / Motoren | mindestens 20/17/14 |
Biohydraulik | mindestens 19/17/13 |
Die ISO-Reinheitsklasse wird als zusammengesetzte Zahl, wie z.B. 21/18/17, angegeben. Die erste Zahl bezieht sich auf die Partikel >4µm, die mittlere Zahl auf Partikel >6µm und die rechte Zahl auf die großen Partikel >14µm.
Reinheitsklassen nach ISO 4406 | ||
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Anzahl Partikel pro 100 ml | Ordnungszahl | |
Mehr als | bis einschließlich | |
250.000.000 | | > 28 |
32.000.000 | 64.000.000 | 26 |
4.000.000 | 8.000.000 | 23 |
500.000 | 1.000.000 | 20 |
64.000 | 130.000 | 17 |
8.000 | 16.000 | 14 |
1.000 | 2.000 | 11 |
130 | 250 | 8 |
16 | 32 | 5 |
2 | 4 | 2 |
Ein Teststaub für die Kalibrierung des Partikelzählers
Automatische Partikelzähler (APC für Automatic Particle Counter bzw. OPZ für Optische Partikel Zähler) wurden ab etwa 1960 eingesetzt. Die Größenverteilung von Schmutzpartikeln in Hydrauliksystemen war oft die Veranlassung für eine genaue Ölanalyse mit der Bestimmung von Verschleißmetallen, Wasser und anderen Verschmutzungen, die Auswirkung auf Störungen von Hydrauliksystemen und deren Komponenten hatten. Von großer Bedeutung war die exakte Kalibrierung der Partikelzähler. Zur Kalibrierung der ISO- und auch der NAS-Partikelzähler wurde ein Staub ausgewählt, der in ein vollsynthetisches Flugzeug-Hydrauliköl eingerührt wurde. Dieser ACFTD (Air Cleaner Fine Test Dust) Silizium-Staub wurde mehr als 25 Jahre verwendet, bis der Hersteller 1992 die Produktion einstellte.
Ein neuer Teststaub, der „ISO Medium Test Dust“ (ISO MTD) musste also gefunden und neu definiert werden. Dieser MTD-Staub hatte eine andere Verteilung der Partikel, deshalb musste das Kalibrierverfahren der Zähler und das Auswerteverfahren umgestellt werden. Während die alte Kalibrierung für den ACFTD-Staub die Partikelgröße als die längste Ausdehnung eines Partikels (längste Diagonale) definierte, bestimmte die mit ISO MTD erforderliche Kalibrierung den Durchmesser eines flächengleichen Kreises als Partikelgröße.
Damit sich aber die in vielen Vorschriften aufgeführten Reinheitsklassen nicht änderten, wurden die über die Diagonalen ermittelten Partikelgrößen auf die über flächengleiche Kreise berechneten Werte neu definiert. So entspricht die Anzahl der ACFTD Teststaub ermittelten Partikel von einer Größe von >5 µm der bei der heutigen MTD-Kalibrierung gebräuchlichen Anzahl von Partikeln von >6 µm. Die Reinheitsklasse ist dann in beiden Fällen die gleiche.