Applikationsanpassade hydrauloljor Per Nilsson FUCHS LUBRICANTS SWEDEN AB
Ett varumärke blir två nya
FUCHS i korthet Nr 1 i världen bland 590 oberoende smörjmedelsföretag Grundades 1931 i Tyskland Ett familjeföretag i 3:e generationen Heltäckande produktportfölj med över 10 000 smörjmedel och specialprodukter 5 000 anställda 24 Laboratorier 100% fokus på smörjmedel Finns i mer än 40 länder Över 600 pågående R&D projekt
Varning, varnishfeber Problem med varnish i hydraulsystem är inget nytt under solen. Att generalisera och peka ut en enskild orsak till varnish leder till felaktiga slutsatser. Det ena hydraulsystemet är inte det andra likt, olika typer av problem kan föreligga. Alla sjukdomar kan inte behandlas med en och samma medicin.
Låt oss börja från början. Hur går inköp av hydrauloljor generellt till för industrin? Vad baserar man sitt beslut på när man gör inköp av ex. hydrauloljan? Kravspecifikationer? Tekniska egenskaper? Applikationserfarenhet? Pris?
Tekniken går framåt inom alla områden eller? Ex. Volvo 140 serien, B20 motor - Cylindervolym 2 liter - 82 hk - Bränsleförbrukning typ 1,1 lit/mil Typisk allmän oljerekommendation SAE 10W-40 mineralolja Volvo S 60 årsmodell 2016, T4 - Cylindervolym 2 liter - 190 hk (306 hk T6) - Bränsleförbrukning 0,58 lit/mil Skräddarsydd oljespecifikation SAE 0W-30 syntetisk
Utvecklingen hydraulsystem Mindre tankvolymer Kortare vilotider för oljan i tanken Högre tryck Högre temperaturer Höga krav på renhet, finmaskiga filter Höga flödeshastigheter Äldre system som är designade för en viss hastighet (antal cykler/tid) har trimmats upp till dubbla hastigheten eller mer Valet av oljekvalitet och typ är dock fortfarande det samma som för 30 år sedan! Ny produktteknologi finns tillgänglig, långsam respons från marknaden.
Olika typer av hydraulojor för olika typer av applikationer Hydraulic systems / fluids Hydrokinetic applications DIN 51 502 ISO 6743/4 ATF Hydrostatic applications HA HN Mobile systems: UTTO, STOU Mineral oil based hydraulic fluids Fire resistant hydraulic fluids Environmentally acceptable hydraulic fluids Food grade lubricants DIN 51 502, ISO 6743/4 7. Lux. Report, ISO 6743/4, ISO/CD 12922 and DIN 51 502 VDMA Blatt 24568, ISO 6743/4 and ISO 15380 (Bio) according to NSF, FDA and USDA regulations DIN 51 524 ISO/DIS 11158 not soluble in water watercontaining waterfree watersoluble NSF H1 NSF H2 HL HLP HLPD HVLP HVLPD HH HL HM HR HV HS HG HFAE HFAS HFB HFC HFDR HFDS HFDT HFDU HETG HEES HEPR HEPG White oil base PAO base White oil base PAO base Mineral oil base
Orsaker till nedbrytning av oljan
Hög temperatur skapar varnish Inre läckage i ventilpassager För hög viskositet på oljan Överströmning i filterhus p g a. förbrukade/fulla filter Överströmning i pumpar som skapar värme Tomgångskörning pumpar, frekvensstyrning? Inre läckage i slitna pumpar Rördragningar genom/förbi heta ytor/strålningsvärme Värmeelement i tank Etc. Oljan kan bli kraftigt upphettad lokalt i systemet, undersök med värmekamera om hotspots förekommer.
Applikationsanpassade hydrauloljor Ett exempel på orsak till varnish, värmeelement i tanken. Har man kontroll på funktionen? Varför värma oljan då det finns oljor som är anpassade för varierande temperatur genom högt VI? Ett högt VI ger även energibesparing!
Applikationsanpassade hydrauloljor Är viskositeten för hög ökar flödesmotståndet i rör, krökar, filter och andra passager. För låg viskositet innebär risk för slitage i pumpar och ev. hydaulmotorer. Traditionellt är det vanligt att man använder hydrauloljor med för hög viskositet i förhållande till arbetstemperatur vilket resulterar i onödiga förluster. Optimal viskositet kan ge betydande ökning av verkningsgrad för hydraulsystemet.
Applikationsanpassade hydrauloljor beroende på arbetstemperatur Volymetrisk verkningsgrad vol Optimalt område 20 50 cst Viskositet
Applikationsanpassade hydrauloljor Viskositetsindex Viskositet mm²/s -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 100.000 100.000 1.000 1.000 50.000 50.000 20.000 10.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.500 1.000 500 400 300 200 100 50 40 30 20 15 10 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 Maximal startviskositet Minimal driftviskositet ISO VG 46 Olja A Olja B Viskositetsdiagram Hydrauloljor 20.000 10.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 500 400 300 200 100 50 40 30 20 15 10 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 4,0 3,0 3,0 2,0 Temperatur C -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temperatur 2,0 110 120 130 140 150 160 1999-03-18 PNO
Applikationsanpassade hydrauloljor VI Mindre/inget behov av att värma oljan vid kyla. Högre viskositet vid hög temperatur, skydd maskinkomponenter. Minskat/inget behov av kylning. Lägre värmeförluster och ökad verkningsgrad p g a att oljan är mindre trög att pumpa runt i systemet. Kan ersätta flera viskositetsklasser. min. VG 32 min. VG 46 Högt VI min. VG 68-25 0 50 100 C
Applikationsanpassade hydrauloljor Vilotid i tanken är viktig för att oljan skall ha en chans att frånskilja inlöst luft och att skum på ytan skall kunna lägga sig. Utförande av tank viktigt för funktionen av hela systemet. Dålig luftavskiljning kan orsaka dieseleffekt vid komprimering samt kavitation i pumpen. De luftavskiljande egenskapen kan skilja rejält mellan olika produkter och typer av oljor. DIN standard HLP ISO VG 46 anger maxvärde 10 minuter. Det finns oljor ISO VG 46 som avskiljer luft < 2 minuter.
Applikationsanpassade hydrauloljor Kavitation kan uppstå genom Läckande sugledningar Igensatta sugsilar Inre läckage i ventiler Ventiler som inte öppnar helt Mkt. stora oljeflöden på kort tid på sugsidan, ex. stora vertikal pressar Samma olja som jobbar hela tiden, sugs in och ut i cylinder. Oljan i tanken omsätts inte. För kort vilotid för oljan i tanken
Applikationsanpassade hydrauloljor Statisk elektricitet Orsakar lokalt förhöjd temperatur vilket kan bränna oljan. Stora flöden kan skapa urladdningar i filterhus och system. Material i systemet, ex. plastdetaljer Hindenburg katastrofen, snacka om elektrostatisk urladdning Marknaden erbjuder antistatiska filter. Val av hydraulolja kan minska risken för elektrostatiska urladdningar.
Applikationsanpassade hydrauloljor Konduktiviteten påverkas framförallt av additiven som används. Värden >300 ps/m anses som okritiska för att urladdningar skall ske
Kontroll av varnish genom analys Många industrier genomför regelbunden oljeprovtagning på sina hydraulsystem. Dock används ofta standard analyser Viskositet TAN (syratal) Vattenhalt Partikelräkning Slitagemetaller Additiv metaller För att upptäcka om varnish förkommer bör fler analyser läggas till
Kontroll av varnish genom analys MPC-test l 21
Kontroll av varnish genom analys Ruler test Påvisar mängden kvarvarande antioxidant Phenoler (lätt flyktig) Aminer <25% kvar av nyvärde bör man överväga oljebyte
Kontroll av varnish genom analys RPVOT (Rotating Pressure Vessel Oxidation Test) Oljeprov utsätts för reaktiv miljö, hög temperatur 150 o C, vatten, koppar samt övertryck av syre (6 bar). När oxidation sker förbrukas syre varvid trycket i kapseln sjunker. Testet avslutas när trycker sjunkit till viss nivå och resultat presenteras i minuter Referens till nyvärde av oljeprodukten, <25% av nyvärde bör man överväga oljebyte. Sjunkande alt. lågt värde kan innebära att varnish bildas i system
Kontroll av varnish genom analys Luftavskiljning Oxiderad olja får sämre luftavskiljning Föroreningar påverkar luftavskiljningen Sämre luftavskiljning leder till ökad risk för kavitation
Kontroll av varnish genom analys Skumningsegenskaper påverkas av Föroreningar (partiklar) i oljan som förhindrar luftbubblor att komma upp till ytan genom att tynga ner dem Ytspänningen/väggtjocklek på luftbubblorna kan påverkas av oxidation och föroreningar. Främmande vätskor i oljan som påverkar ytspänningen Höga tryck, luft som piskas in Snabba tryckfall Olja som plötsligt börjar skumma bör utredas.
Basoljor Crude Oil Base fluid origin Renewable Resources Refining Petrochemical Industry Alcohols Fatty Acids Refining Hydro Treatment Mineral Oils White Oils VHVI PAO Synthetic Esters Rapeseed Oil Gr I Gr II Gr III Gr IV Gr V Biodegradability Renewable Raw Materials Tillverkning av grupp I basoljor minskar. Fordonsindustrin är den drivande faktorn för oljor med ökade krav på bättre oxidationsskydd, längre bytesintervall, låga svavelhalter, högt VI, bränslebesparande egenskaper etc. Grupp I oljorna räcker helt enkelt inte prestandamässigt att formulera moderna smörjmedel på.
Jämförelse sammansättning basoljor PAO: Group IV GTL: Group III+ R R HC-Oil: Group II / III R R R MO (Solvent Neutral): Group I R R R R R R R 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Hydrocarbon types, weight-% Paraffinic Mono-Naphthenic Multi-ring Naphthenic Aromatic Source: Neste Oil 27
Egenskaper sammansättning basoljor Aromatic Naphthenic Paraffinic Evaporation L K J Solubilizing Properties Viscosity Index Low Temp. Properties Skin Compatibility Oxidation Stability Thermal Stability J L J L L JJ K K JJ K K J L J L J J K
Hydraulojors förmåga att hantera varnish Man kan inte generalisera och säga att grupp II och III baserade hydrauloljor är sämre på att hantera varnish Oljornas löslighet och förmåga att hantera varnish kan styras via formulering Jämfört med motoroljor, här behövs verkligen att oxidationsrester hålls i lösning och inte fastnar i systemet.det problemet är ju uppenbarligen löst
Erfarenheter från fältet Case 1 Stora problem med produktionsstörningar p g a. varnish Systemet brunt/svart av beläggningar Funktionsstörningar på axeltätningar i pumpar (oljeslam) Funktionsstörningar på cylindertätningar Fastnande ventilslider
Erfarenheter från fältet Case 1, fortsättning Lösning Som lösning på problemen med varnish testades en hydrauloja baserad på mättad syntetisk ester. Resultat Beläggningar/varnish i systemet upplösta och funktionsstörningar minskade/försvann helt. Övriga fördelar som är möjliga med den ovan använda oljan Optimerad viskositet genom högt VI, energibesparing Ökad livslängd på filter Minskat behov av kylning Minskat behov av värmning Mycket bra luftavskiljning
Erfarenheter från fältet Case 2 Hydraulsystem med problem. Varnish och föroreningar som orsakade ständiga produktionsavbrott p g a. krånglande ventilfunktioner. Även s.k. micro-scratching på hydraulkolvar var ett problem med läckage som följd. I systemet användes vanlig typ av hydraulolja för inomhusbruk, typ DIN HLP
Erfarenheter från fältet Case 2, fortsättning Som lösning testades hydrauloja av HLPD typ (D= detergent) för att hålla systemet rent från föroreningar Resultat Problemen med micro-scratching eliminerade Kraftigt minskade problem med läckage Kraftigt minskade problem med ventilfunktioner I Norden används inte HLPD oljor i någon större utsträckning. I andra delar av Europa med tung industri står HLPD oljorna för en betydande del av all volym hydrauloljor som säljs.
Test av förmåga att hålla föroreningar i lösning
Test av förmåga att hålla föroreningar i lösning
Sammanfattning Olika hydraulsystem ställer olika krav på oljan, i viktiga system bör valet av hydraulolja utredas noggrant Man kan inte generalisera och säga att problem med varnish beror på oljan, tusentals hydraulsystem verkar ändå fungera utan problem Varnish kan bero på många saker, försök först att ringa in grundproblemet Fältmässiga erfarenheter visar att man kan minska problemen med varnish genom att välja Applikationsanpassad hydraulolja
Thank you.