Hidraulika olajtisztaság: ISO 4406, meghibásodások és javasolt tisztasági szintek

Egy hidraulikaolaj lehet világos, áttetsző és szemmel teljesen tisztának tűnő – miközben olyan mennyiségű mikroszkopikus szennyeződést tartalmaz, amely már gyorsítja a szivattyúk, szelepek és más hidraulikus elemek kopását.

Ez nem elméleti probléma. A modern hidraulikus rendszerek egyre nagyobb nyomáson, egyre pontosabb illesztésekkel és egyre érzékenyebb proporcionális, szervo- és elektrohidraulikus elemekkel működnek. Emiatt az olajtisztaság ma már nem egyszerű karbantartási kérdés, hanem a rendszer megbízhatóságát meghatározó üzemi paraméter.

A legfontosabb felismerés:
nem az a kérdés, hogy az olaj „koszosnak látszik-e”, hanem az, hogy a benne található részecskék száma megfelel-e a rendszer legérzékenyebb elemének előírt tisztasági szintjének.

Miért ennyire fontos a hidraulikaolaj tisztasága?

A hidraulikus rendszerben az olaj egyszerre energiaátvivő közeg, kenőanyag, hőszállító közeg és a szennyeződések hordozója. Ha szilárd részecskék kerülnek az olajba, azok folyamatosan végighaladnak a szivattyúkon, szelepeken, szabályozó éleken, csapágyakon és illesztési réseken.

A probléma jelentős része ráadásul láthatatlan. Az emberi szem nagyjából 40 µm körül kezdi megbízhatóan érzékelni az egyes részecskéket, miközben a hidraulikus elemek számára különösen veszélyes szennyeződések jelentős része az 1–10 µm nagyságrendben található.

Ezek a részecskék méretük miatt bejuthatnak az egymáson elmozduló felületek közé. A károsodás ezután önmagát gyorsíthatja: a szennyeződés kopást okoz, a kopás újabb fémrészecskéket termel, ezek pedig további kopást idéznek elő.

Hogyan okoz meghibásodást a szennyezett hidraulikaolaj?

Amikor a szennyezett olaj már látható károsodást okoz

Az alábbi képen egy Bosch Rexroth 4WRLE16W180SJ-4X/MXY/24A1 proporcionális szelep látható, amely szennyezett hidraulikaolaj mellett üzemelt. A mért ISO 4406 érték 19/15/11 volt. Bár ezt a szabvány terminológiája szerint „tisztasági osztálynak” nevezzük, a szelep szempontjából ez valójában már jelentős szennyezőanyag-terhelést jelentett.

A tolattyú felületén jól láthatók a hosszanti karcolások és kopásnyomok. Ezek tipikusan akkor alakulnak ki, amikor a kemény szennyező részecskék az egymáson elmozduló precíziós felületek közé kerülnek. A folyamat nem áll meg a kezdeti sérülésnél: a kopás újabb fémrészecskéket termel, amelyek tovább növelik a rendszer szennyezettségét és gyorsítják a károsodást.

Szennyezett hidraulikaolaj által károsított Bosch Rexroth 4WRLE16W180SJ-4X/MXY/24A1 proporcionális szelep — ISO 4406 19/15/11 „tisztaságú” olaj hatása Bosch Rexroth 4WRLE16W180SJ-4X/MXY/24A1 proporcionális szelepen.

A lényeg:
a szennyeződés nem egyszerűen „koszosabb olajat” jelent. Precíziós hidraulikus elemeknél közvetlen mechanikai kopást, bizonytalan szabályozást, belső résveszteség-növekedést és végül meghibásodást okozhat.

A szennyezett olaj ritkán egyetlen látványos eseménnyel teszi tönkre a rendszert. Sokkal gyakoribb a lassú, folyamatos állapotromlás.

→
Abrazív kopás: a kemény részecskék végighaladnak az illesztési hézagokon és anyagot választanak le a felületekről.
→
Erózió: nagy áramlási sebességnél a szennyező részecskék károsíthatják a szelepek vezérlőéleit és más precíziós felületeket.
→
Tolattyú megszorulása: proporcionális és szervoszelepeknél már kis méretű részecskék is zavarhatják a precíz mozgást.
→
Növekvő belső résveszteség: a kopással nőnek az illesztési hézagok, romlik a volumetrikus hatásfok.
→
Nyomás- és térfogatáram-problémák: a kopott vagy szennyeződés miatt akadozó elemek bizonytalan működést, lassulást és nyomásingadozást okozhatnak.
→
Másodlagos károsodás: a már kopó alkatrész egyre több fémszemcsét termel, így a teljes rendszer szennyezési terhelése nő.

Az olaj lehet „jó” és mégis túl szennyezett

Az olaj állapota és az olaj tisztasága nem ugyanaz.

Egy laborvizsgálat alapján a hidraulikaolaj viszkozitása, oxidációs állapota, savszáma, adalékcsomagja vagy egyéb kémiai jellemzője alapján még alkalmas lehet további használatra. Ettől azonban a folyadék részecskeszennyezettsége még lehet magasabb annál, amit a hidraulikus rendszer megenged.

Ezért az „olaj még használható” önmagában nem elegendő információ.
A kérdés mindig az is, hogy milyen ISO 4406 tisztasági osztályt mértek, és ez megfelel-e az adott szivattyú, szelep vagy teljes rendszer követelményének.

Mit jelent az ISO 4406 olajtisztasági osztály?

A hidraulikaolaj szilárd részecskékkel való szennyezettségének egyik legelterjedtebb jelölési módja az ISO 4406. A jelenlegi szabvány az ISO 4406:2021.

Egy tipikus eredmény például:

18 / 16 / 13

A három szám a legalább
4 µm(c),
6 µm(c) és
14 µm(c)
méretű részecskék koncentrációját jelöli.

ISO kód	Részecskeszám / ml
20	5 000–10 000
19	2 500–5 000
18	1 300–2 500
17	640–1 300
16	320–640
15	160–320
14	80–160
13	40–80
12	20–40
11	10–20
10	5–10

Az ISO skála logaritmikus jellegű: egy osztálynyi emelkedés hozzávetőleg kétszeres részecskeszámot jelent. Ezért néhány ISO-osztály eltérés sokkal nagyobb különbséget takar annál, mint amit a számok első pillantásra sugallnak.

Például egy 20/18/15 olajban a 4 µm vagy nagyobb részecskékből körülbelül 5 000–10 000 darab lehet milliliterenként. Ez már jól mutatja, miért értelmetlen kizárólag szemrevételezéssel megítélni egy hidraulikaolaj tisztaságát.

Milyen tiszta legyen a hidraulikaolaj?

Erre nincs egyetlen, minden hidraulikus rendszerre érvényes szám.

A helyes célszintet elsősorban a gép- vagy komponensgyártó előírása alapján kell meghatározni. Ha egy rendszerben többféle hidraulikus elem található, általában a legszigorúbb tisztasági követelménnyel rendelkező komponens határozza meg a rendszer célszintjét.

Chevron által közölt tipikus ISO 4406 tisztasági szintek

A Chevron ISOCLEAN szakmai anyaga az alábbi tipikus tisztasági szinteket közli különböző gépelemekre:

Komponens / rendszer	Tipikus ISO 4406 tisztaság
Hidraulika szervoszelepekkel	15/13/11
Hidraulika proporcionális szelepekkel	16/14/12
Változtatható munkatérfogatú dugattyús szivattyú	16/14/12
Állandó munkatérfogatú dugattyús szivattyú	17/15/12
Változtatható munkatérfogatú lapátos szivattyú	17/15/12
Állandó munkatérfogatú lapátos szivattyú	18/16/13
Fogaskerék-szivattyú	18/16/13
Hidrosztatikus hajtás	16/14/11
Szivattyúk – általános Chevron példa	16/14/12
Golyóscsapágy	15/13/11
Gördülőcsapágy	16/14/12
Siklócsapágy >400 1/min	17/15/13
Siklócsapágy <400 1/min	18/16/14
Hajtóművek	18/16/13

Fontos: a fenti Chevron-táblázat tájékoztató jellegű, tipikus értékeket tartalmaz. Mindig az adott gép és az adott hidraulikus komponens gyártójának aktuális előírása az elsődleges.

Chevron Machinery Life Extension Table – az olajtisztaság javulásának hatása a hidraulikus komponensek várható élettartamára — Chevron Machinery Life Extension Table – a tisztasági szint javulása és a komponensek várható élettartamának összefüggése. Forrás: Chevron.

Bosch Rexroth rendszereknél különösen fontos a konkrét komponens előírása

A Bosch Rexroth olajtisztasági szakanyagai ugyanezt az összefüggést mutatják: a nagy rendelkezésre állást igénylő, szennyeződésre érzékeny rendszereknél sokkal szigorúbb olajtisztaság szükséges, mint egy nagy illesztési hézagokkal rendelkező egyszerű hidraulikus rendszerben.

Szervotechnika, proporcionális hidraulika, nagynyomású dugattyús szivattyúk vagy más precíziós elemek esetén ezért nem célszerű általános „hidraulikaolaj-tisztasági” értéket használni. A konkrét típus adatlapján meghatározott határértéket kell figyelembe venni.

Mit jelent néhány ISO-osztály különbség a gyakorlatban?

Az ISO-osztályok közötti különbség nem lineáris. Minden egyes osztálylépés körülbelül kétszeres részecskeszámot jelent.

Ezért egy 20/18/15 és egy 17/15/12 tisztasági szint közötti három osztálynyi eltérés nem „kicsit tisztább” olajat jelent. Az egyes mérési tartományokban nagyságrendileg nyolcszoros különbség lehet a részecskeszámban.

Chevron/Noria élettartam-példa:
a Chevron által közölt Noria Life Extension Chart szerint egy hidraulikus rendszer tisztaságának 20/18/15-ről 17/15/12-re javítása a modellben 2,0-s élettartam-szorzót eredményezett.

Ez nem élettartam-garancia, hanem a tisztaság és a várható kopási élettartam közötti összefüggést szemléltető modell.

Az új hidraulikaolaj sem feltétlenül tiszta

Az egyik leggyakoribb tévedés, hogy ami új, az automatikusan tiszta is.

A hidraulikaolaj gyártás, tárolás, szállítás, áttöltés és helyszíni kezelés közben is szennyeződhet. Egy hordóból vagy IBC-tartályból közvetlenül a gép tartályába töltött új olaj ezért nem feltétlenül teljesíti egy proporcionális vagy szervohidraulikus rendszer előírt tisztasági osztályát.

Ezért a korszerű szennyeződéskontroll egyik alapelve:
az új olajat is ellenőrzött, megfelelően szűrt töltőrendszeren keresztül kell a hidraulikus rendszerbe juttatni.

Miért nem elég az, hogy „10 mikronos szűrő van a gépen”?

A szűrő névleges mikronértéke önmagában nem mondja meg, hogy a rendszer milyen ISO 4406 tisztasági szintet képes tartani.

A tényleges eredményt több tényező együtt határozza meg:

a szűrő tényleges leválasztási hatásfoka,
a szűrő β-értéke,
a rendszer térfogatárama,
a szennyeződés bejutásának sebessége,
a rendszerben folyamatosan keletkező kopadék,
a tartály levegőszűrése,
a karbantartás és olajbetöltés tisztasága,
valamint a szűrő elhelyezése és méretezése.

A helyes sorrend ezért nem az, hogy először választunk egy „10 mikronos szűrőt”, hanem az, hogy meghatározzuk az elérendő ISO tisztasági célszintet, majd ehhez méretezzük a szűrési rendszert.

A tisztaságot nem elérni kell, hanem fenntartani

Egy egyszeri olajszűrés önmagában nem oldja meg a szennyeződési problémát, ha nem szüntetjük meg annak forrását.

Szennyeződés kerülhet a rendszerbe többek között:

új olaj betöltésekor,
a tartály levegőztetésén keresztül,
munkahengerek dugattyúrúdján és lehúzógyűrűin keresztül,
tömlő- vagy csőcsere után,
szerelési és javítási munkák során,
nem megfelelően tisztított új alkatrészekből,
valamint a rendszer saját kopási folyamataiból.

A jó szennyeződéskontroll ezért rendszerben gondolkodik: megfelelő betöltés, levegőszűrés, visszafolyó- vagy nyomóági szűrés, szükség esetén mellékáramú szűrés, tiszta szerelés és rendszeres állapotellenőrzés együtt szükséges.

Nem csak a szilárd részecske számít

Az ISO 4406 a szilárd részecskék számát írja le, de egy hidraulikaolaj állapotát nem lehet kizárólag az ISO-kóddal megítélni.

Vizsgálni kell többek között:

a víztartalmat,
a viszkozitást,
az oxidációs állapotot,
az adalékok állapotát,
a kopásfémeket,
az iszap- és lakk-képződési hajlamot,
valamint szükség esetén más kémiai és fizikai paramétereket.

Különösen proporcionális és szervoszelepeket tartalmazó rendszerekben nemcsak a kemény részecskék, hanem a finom oxidációs termékek és lakkos lerakódások is bizonytalan működéshez vagy szelepmegragadáshoz vezethetnek.

Olajcsere vagy olajszűrés?

A magas részecskeszám önmagában nem jelenti automatikusan azt, hogy az olajat le kell cserélni.

Ha az olaj kémiai és fizikai állapota megfelelő, de a szilárd szennyezőanyag-tartalma túl magas, megfelelő technológiával végzett finomszűréssel sok esetben visszaállítható az előírt tisztasági szint.

Ha azonban az olaj erősen oxidálódott, az adalékcsomag kimerült, jelentős vízterhelés, lakkosodás vagy más kémiai probléma alakult ki, egyszerű részecskeszűrés már nem feltétlenül elegendő.

Hidraulikaolaj helyszíni finomszűrése – Hidra Kft. olajszűrés referencia — Helyszíni hidraulikaolaj-finomszűrés a Hidra Kft. kivitelezésében. A cél nem egyszerűen az olaj „szebbé tétele”, hanem az előírt ISO 4406 tisztasági szint elérése és a rendszer további szennyeződésének csökkentése.

Hogyan érdemes ellenőrizni egy hidraulikus rendszer olajtisztaságát?

Határozzuk meg a rendszer előírt ISO 4406 célszintjét.
Vegyünk reprezentatív olajmintát megfelelő mintavételi pontról.
Mérjük meg a részecskeszámot, és szükség szerint végezzünk teljes olajlabor-vizsgálatot.
Hasonlítsuk össze az eredményt az OEM előírásával.
Keressük meg az eltérés okát, ne csak az olajat szűrjük.
A beavatkozás után mérjünk újra, és dokumentáljuk az eredményt.
Trendeljük a változást, mert egyetlen mérésnél sokszor többet mond az, hogyan változik a tisztaság hónapok alatt.

Összefoglalás: a tiszta olaj nem luxus, hanem élettartam

A hidraulikus rendszerek olajtisztaságának jelentősége az elmúlt évtizedekben folyamatosan nőtt. A nagyobb üzemi nyomás, a kisebb illesztési hézagok és az egyre precízebb proporcionális és szervohidraulikus elemek miatt a korábban elfogadhatónak tekintett szennyezettségi szint ma már sok rendszer számára túl magas lehet.

A helyes cél tehát nem egyszerűen az, hogy az olaj „tiszta legyen”, hanem hogy mérhetően teljesítse az adott rendszerhez előírt ISO 4406 tisztasági osztályt, és ezt az állapotot az üzemeltetés során is megtartsuk.

Nem tudja, milyen tisztaságra van szüksége a hidraulikus rendszerének?

Nem kell találgatni. Felmérjük a rendszerét, meghatározzuk a szükséges ISO 4406 tisztasági célszintet, és segítünk azt elérni és fenntartani.

Segítünk az olaj laborvizsgálatában, az eredmények szakmai értelmezésében, a megfelelő szűrési megoldás kiválasztásában és a hidraulikaolaj helyszíni finomszűrésében. A cél nem önmagában a „szép laboreredmény”, hanem egy megbízhatóbb, kiszámíthatóbb és üzembiztosabb hidraulikus rendszer.

Nem tudja, hol kezdje?

Küldje el a rendszer adatait, a jelenlegi olajvizsgálati eredményt vagy egyszerűen írja le a problémát. Segítünk meghatározni a következő szakmailag indokolt lépést.

Kérek segítséget az olajtisztaság beállításához

Gyakori kérdések a hidraulikaolaj tisztaságáról

Mit jelent a 18/16/13 ISO 4406 érték?

A három szám a legalább 4, 6 és 14 µm(c) méretű részecskék koncentrációs osztályát jelöli. Minél kisebbek a számok, annál tisztább az olaj.

Tiszta az új hidraulikaolaj?

Nem feltétlenül. Az új olaj a gyártás, tárolás, szállítás és áttöltések során szennyeződhet, ezért érzékeny hidraulikus rendszereknél célszerű szűrt betöltést alkalmazni és szükség esetén a tisztasági osztályt ellenőrizni.

Milyen ISO tisztaság kell proporcionális szelephez?

A pontos értéket mindig a szelep gyártói adatlapja alapján kell meghatározni. Iparági ajánlások gyakran 17/15/12 és 16/14/12 körüli értékeket adnak meg, de nagynyomású vagy különösen érzékeny rendszereknél ennél szigorúbb követelmény is előfordulhat.

Milyen ISO tisztaság kell szervoszelephez?

A szervoszelepek a szennyeződésre legérzékenyebb hidraulikus elemek közé tartoznak. Tipikus ajánlások 16/14/11, 15/13/10 vagy hasonló tartományokat adnak meg, de a konkrét szelep gyártói előírása az irányadó.

A szennyezett olajat mindig cserélni kell?

Nem. Ha az olaj fizikai és kémiai tulajdonságai megfelelőek, de a részecskeszám magas, megfelelő finomszűréssel sok esetben visszaállítható a szükséges tisztaság. Az olajcsere szükségességéről teljes állapotvizsgálat alapján érdemes dönteni.