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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

  1. Bestimmung der Reinheitsklassen nach der SAE AS4059
  2. Die NAS 1638 – Vorreiter bei der Bestimmung von Reinheitsklassen
    1. Reinheitsklassen nach NAS 1638
  3. Die ISO 4406 – differenzierte Klassifizierung kleinerer Partikelgrößen
    1. Empfohlene Mindestreinheitsklassen
    2. Reinheitsklassen nach ISO 4406
  4. Ein Teststaub für die Kalibrierung des Partikelzählers

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 schon bald auch in Europa genutzt. Hier wurde 1977 die erste Fassung der ISO 4406 verabschiedet. Die Zählung nach NAS kann nur von automatischen Zählern durchgeführt werden. Bei der Reinheit wird in 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

 

maximal zulässige Anzahl von Partikeln pro Reinheitsklasse pro 100 ml

Kalibrierung
nach NAS 1638

> 1 µm

>5 µm

>15 µm

>25 µm

>50 µm

>100 µm

Kalibrierung
nach AS 4059

>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

Filterklasse

Teilchen pro 100 ml [µm]

5 –15

15 – 25

25 – 50

50 –100

>100


0

125
250

22
44

4
8

1
2

0
1

1
2

500
1.000

89
178

16
32

3
6

1
1

3
4

2.000
4.000

356
712

63
126

11
22

2
4

5
6

8.000
16.000

1.425
2.850

253
508

45
90

8
16

7
8

32.000
64.000

5.700
11.400

1.012
2.052

180
360

32
64

9
10

128.000
256.000

22.800
45.600

4.050
8.100

720
1.140

128
256

11
12

512.000
1.024.000

91.200
182.000

16.200
32.400

2.880
5.760

512
1.024

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

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

Anzahl Partikel pro 100 ml

Ordnungszahl

Mehr als

bis einschließlich

250.000.000
130.000.000
64.000.000

 
250.000.000
130.000.000

> 28
28
27

32.000.000
16.000.000
8.000.000

64.000.000
32.000.000
16.000.000

26
25
24

4.000.000
2.000.000
1.000.000

8.000.000
4.000.000
2.000.000

23
22
21

500.000
250.000
130.000

1.000.000
500.000
250.000

20
19
18

64.000
32.000
16.000

130.000
64.000
32.000

17
16
15

8.000
4.000
2.000

16.000
8.000
4.000

14
13
12

1.000
500
250

2.000
1.000
500

11
10
9

130
64
32

250
130
64

8
7
6

16
8
4

32
16
8

5
4
3

2
1
0

4
2
1

2
1
0

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. Ganz besonders wichtig 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.