Tandwielolie voor automobieltoepassingen

Tandwieloverbrengingen in automobiel- en andere voertuigtoepassingen zijn ontworpen voor een bepaalde eindige levensduur. Dat kan kort zijn, zoals bijvoorbeeld de versnellingsbak in een Leopard tank (800 uur) of langer (300.000 km of ca 5000 uur in een middenklasse personenauto, 15000 uur of langer voor een vrachtauto in het lange afstandstransport of een grondverzetmachine). In alle gevallen is voorzien dat na een zeker tijdsverloop de belangrijkste onderdelen zo ver versleten zijn dat een revisie op zijn plaats is. Dat betekent niet alleen dat de materiaalkeuze, het bewerkingsproces en de afwerkingskwaliteit daarop zijn afgestemd, maar ook dat er belastingen worden toegelaten die bij industriële toepassing nooit accepabel zouden zijn. Het gevolg daarvan is dat de belasting op de smeerfilm en de temperatuur waaraan het smeermiddel wordt blootgesteld aanzienlijk hoger liggen dan in de industrie en dat daardoor producten dienen te worden ingezet die bestand zijn tegen die hogere temperaturen en die ook onder de hogere belasting in staat zijn voldoende bescherming tegen slijtage te bieden. 

Wrijvingskarakteristieken

In veel automobieltoepassingen zijn in tandwieloverbrengingen componenten opgenomen die voor een goede werking afhankelijk zijn van een bepaalde mate van wrijving. Dat betekent dat een smeermiddel onder nauwkeurig vastgelegde omstandigheden er voor moet zorgen dat de wrijvingscoëfficient tussen bepaalde grengen blijft. Voorbeelden daarvan zijn:synchromeshes in het schakelmechanisme van handgeschakelde versnellingsbakken

  • lamellenkoppelingen en rembanden in automatische versnellingsbakken
  • oliebadkoppelingen in versnellingsbakken met dubbele schakelkoppeling
  • "powershift" transmissies op grondverzetmachines
  • tractorversnellingsbakken met remmen in het oliebad

In alle gevallen dient het smeermiddel over een bepaalde wrijvingskarakteristiek te beschikken om een goede werking mogelijk te maken.

Temperaturen

De bedrijfstemperatuur kan bij automobieltoepassingen hoog tot zeer hoog zijn. Maximale temperaturen van > 140 °C komen voor. Tegelijkertijd wordt verwacht dat bij de laagste te verwachten starttemperatuur het smeermiddel nog zal toevloeien en smeren. Voor automatische versnellingsbakken is het uitgangspunt dat ook bij -40 °C de schakelhydrauliek nog min of meer zal werken. Dat betekent dat zowel een goede thermische stabiliteit en een goede oxidatiestabiliteit nodig is, als ook een goede bescherming tegen corrosie (condens) en een gunstig viscositeit-temperatuur gedrag. 

Anti-slijtage eigenschappen

Vanwege de hoge belastingen dienen "automotive" producten over goede anti-slijtage eigenschappen te beschikken. Het niveau daarvan kan uiteen lopen, maar producten zonder aadditionele additivering komen niet meer voor. Zowel anti-slijtage als "EP"-additieven worden op grote schaal teogepast. "EP"-additieven geven een hogere mate van slijtage, maar maken een hogere tandbelasting mogelijk zonder dat de "vreetgrens" wordt overschreden. Het is dus afwegen: of een bepaalde mate van slijtage en materiaalverlies en een acceptabele levensduur of vreetslijtage die binnen enkele uren tot uitval leidt. Chemisch actieve "EP"- producten worden dan ook alleen ingezet wanneer met normale anti-slijtage additieven catastrofale snelle slijtage niet kan worden voorkomen. 

Verversingstermijnen

Door de hoge belasting van overbrenging en smeermiddel zal af en toe vervangen van het smeermiddel noodzakelijk zijn. Bij personenauto's en lichte bestelwagens is inmiddels het punt bereikt waar de levensduur van smeermiddel en overbrenging min of meer aan elkaar gelijk zijn en verversing achterwege kan blijven. Bij andere voertuigen dient wel op gezette tijden ververst te worden (ca iedere 300.000 km bij bedrijfswagens, 1000 tot 3000 uur bij "off road" materieel). 

Typen overbrengingen

Op voertuigen wordt een heel scala aan overbrengingen gebruikt die ieder hun eigen karakteristiek kennen en daardoor vaak een specifiek producttype vragen. Daarbij ligt bij personenauto's het accent vooral op comfort en schakelgemak, bij bedrijfsvoertuigen meer op langdurig storingvrij gebruik. Onderscheid dient te worden gemaakt tussen schakelbare overbrengingen en vaste overbrengingen. De smering van de laatste is minder gecompliceerd vanwege het ontbreken van een schakelmechanisme en de daar steeds meer bijbehorende mechatronica. 

Handbediende en "gerobotiseerde" versnellingsbakken

De belangrijkste vereisten bij versnellingsbakolie zijn voldoende thermische en oxidatiestabiliteit, corrosiebescherming, slijtagebescherming en zorgvuldig afgestemde wrijvingseigenschappen. Bij synchromesh versnellingsbakken (al of niet voorzien van mechatronica om het schakelen te "robotiseren") worden meestal SAE 75W/85W producten gebruikt bij personenauto's en SAE 75W-90, 80W-90 en SAE 90 bij bedrijfsvoertuigen. Doorgaans dienen de producten te voldoen aan de specificatie van de betreffende fabrikant. API classificaties hebben voor deze sector in Europa nauwelijks meer betekenis.
De wrijvingseigenschappen zijn vaak nauwkeurig vastgelegd - bij personenauto's vanwege het schakelcomfort , bij bedrijfsvoertuigen vanwege de te behalen levensduur. De anti-slijtage eigenschappen worden verkregen door anti-slijtage en "EP"-additieven. Het is van belang de hoeveelheid "EP"-additieven niet te hoog te kiezen om zowel overmatige slijtage als schakelproblemen te voorkomen. Moderne varianten zoals de versnellingsbak met dubbele schakelkoppeling ("DSG") stellen geen extra aanvullende eisen, tenzij de koppelingen in het oliebad zijn opgenomen. In dat geval wordt daarvoor soms ook een aparte olie toegepast.
In toenemende mate worden synthetische producten (poly-alfa-olefinen) en onconventionele basisolie ingezet. Bij personenauto's behoeft meestal niet meer ververst te worden, bij bedrijfsvoertuigen wel. 

Automatische versnellingsbakken

In principe gelden dezeflde eisen als voor handgeschakelde versnellingsbakken, met dien verstande dat vanwege de hoge temperaturen die kunnen optreden de thermische en oxidatiestabiliteit aanzienlijk hoger liggen. Voor het schakelcomfort zijn de wrijvingseigenschappen doorslaggevend. Van veel belang zijn temperatuurgevoeligheid en "cold flow" eigenschappen van het smeermiddel. omdat de complexe besturingshydrauliek ook bij zeer lage temperaturen probleemloos moet kunnen functioneren. Daarom worden relatief laag visceuze producten toegepast met een hoge viscositeitsindex. Daarnaast is er veel aandacht voor het gedrag ten opzichte van afdichtingen: meestal is een bepaalde mate van opzwelling voorgeschreven en mag er geen bros worden of verharding van afdichtingen optreden.
Bij personenauto's is bij moderne automaten verversen niet meer nodig. Af fabriek worden deze afgevuld met synthetische producten met zeer specifiek afgestemde wrijvingseigenschappen. Hoewel er maar een beperkt aantal fabrikanten van automatische transmissies is- en dus hetzelfde type versnellingsbak in verschillende typen auto's en van verschillend fabrikaat is aan te treffen - kunnen de gewenste wrijvingseigenschappen verschillen. De reden daarvoor is dat de versnellingsbak op de betreffende auto wordt afgestemd door specifieke koppelingssamenstellingen (aantal lamellen, materiaalkeuze) en door een verschillend schakelalgorithme (afgestemd op de koppel/toerenkarakteristek van de motor en het al of niet "sportief" zijn van het model). Voor een en dezelfde versnellingsbak kunnen dus verschillende producten nodig zijn, afhankelijk van op welke auto deze is gemonteerd. Producten worden door de betreffende autofabrikant onder onderdeelnummer geleverd.
Bij automatische transmissies op bedrijfsvoertuigen wordt wel ververst. Soms heeft de gebruiker keuze uit producten van verschillende kwaliteit die zich onderscheiden in toegelaten verversingstermijn. Ook hier is een sterke tendens naar hoogwaardiger (synthetische/onconventionele) producten vanwege de langere standtijd. 

"Powershift" versnellingsbakken

"Powershift" versnellingsbakken lijken qua opbouw sterk op automatische versnellingbakken. Het verschil is dat de chauffeur/machinist bewust kiest voor een bepaalde versnelling, die dan zonder krachtonderbreking kan worden ingeschakeld. Dat is van veel belang voor "off- road" voertuigen (grondverzet) omdat wanneer bij het schakelen er een merkbare krachtonderbreking plaats vindt, het voertuig doorgaans meteen stil valt. De bewuste keuze voor een bepaalde versnelling geeft de chauffeur/machinist meer controle over hoe de betreffende machine zich gedraagt dan met een automaat met "eigen inzichten" mogelijk zou zijn.
"Powershift" versnellingsbakken gebruiken meestal staal/brons combinaties voor de lamellenkoppelingen in de transmissie - deze zijn duurzamer dan de combinaties van staal en geimpregneerd papier die in automatische versnellingbakken worden toegepast. Het schakelcomfort is minder, maar in deze sector is dat van minder belang. Vanwege de andere materiaalcombinatie zijn producten voor "powershift" versnellingsbakken aanzienlijk minder kritisch ten aanzien van de wrijvingskarakteristiek van het smeermiddel. Er worden zowel typische "automaatolie" als SAE 10W motorolie ingezet, met relatief korte verversingstermijn. 

Tractorversnellingsbakken

Tractorversnellingsbakken zijn ingewikkelde constructies omdat ze zowel een normale versnellingsbak, een "powershift"-overbrenging, een hydraulisch systeem, in het oliebad opgenomen remmen alsmede een aftakaskoppeling in een en dezelfde behuizing kunnen combineren. Het gevolg daarvan is dat het smeermiddel aan allerlei verschillende vereisten moet voldoen. De hydrauliekfunctie vraagt om een relatief lage viscositeit, de "powershift" sectie en de natte remmen om bepaalde wrijvingseigenschappen, de aftakaskoppeling om een hoge thermische en oxidatiestabilteit en de tandwielen zelf om een toereikend anti-slijtage gedrag. Meestal wordt relatief dunne olie gebruikt (SAE 10W-30/40) van hoge kwaliteit die ook synthetische en onconventionele componenten kan bevatten. Tractorfabrikanten hanteren daarvoor specificaties die zowel op de duurzaamheid van de aftakaskoppeling, het goed functioneren van de hydrauliek en op het beperken van de geluidsproductie van de remmen in het oliebad zijn gericht.
Naast op het betreffende fabrikaat toegesneden producten worden wel UTTO's ("Univeral Tractot Transmiison Oil"'s) en STOU's ("Super Tractor Universal Oil"s) ingezet. Het gebruik van een STOU (motor-, tranmissie- en hydrauliekolie geschikt voor "natte" remmen gecombineerd in één product) is een aflopende zaak omdat deze producten niet in staat zijn om aan de meest veeleisende motoroliespecificaties te voldoen. 

Aangedreven assen en eindoverbrengingen

Aangedreven assen en eindoverbreningen vormen de laatste schakel in de aandrijflijn en dragen daardoor het hoogste koppel over bij een evenredig gereduceerd toerental. Omdat in veel gevallen ook nog een haakse overbrenging moet plaatsvinden, worden schroefvormige tanden of hypoidvertanding toegepast - die de smeertechnische problemen aanzienlijk verzwaren.
Met name bij hypoidoverbrengingen komen zeer hoge glijsnelheden en zeer hoge vlaktedrukken voor. Ook bij rechte tandwielen kan echter een hoge vlaktedruk optreden die tot tijdelijke vervorming van het tandoppervlak leidt. Die vervorming is overigens noodzakelijk om het lijncontact is een min of meer ellipsvormig contact om te zetten en zo elasto-hydrodynamische smering mogelijk te maken.
Vanwege de hoge glijsnelheden en vlaktedrukken zal grenssmering op kunnen treden. Om beschadiging van het tandoppervlak te voorkomen worden smeermiddelen met "EP"-additieven ingezet. Het werkingsmechanisme daarvan berust op het vormen van "verontreinigingen" in de lasjes die op microschaal tussen de tanden ontstaan wanneer de smeerfilm is weggedrukt of afgeschoven. Door de "verontreinigingen" zijn de lasjes niet sterk en worden ze meteen weer losgescheurd, waarna een min of meer glad, quasi geëtst, oppervlak achter blijft. 

"EP"-additieven

"EP"-additieven worden geactiveerd door de door grenssmering plaatselijk sterk oplopende temperatuur. De benaming "EP" is dus onjuist, het is niet de hoge druk ("extreme pressure") die het mechanisme in werking stelt maar de hoge temperatuur die het gevolg is van grenssmeringscondities
De werking is ook anders dan normale anti-slijtae stoffen: er wordt geen beschermende laag gevormd, ze zorgen voor een lasverzwakking.
"EP"-additieven bestaan uit chemisch actieve zwavel-/fosforverbindingen. Ook bij lagere temperatuur stopt die activiteit niet helemaal, waardoor bij toepassingen waar ze eigenlijk niet nodig zijn, meer materiaalverlies kan optreden. Om die reden is het gehalte van "EP" additieven in versnellingsbakolie lager dan in olie bestemd voor eindaandrijvingen. 

Vanwege het hogere koppel en het lagere toerental worden meer visceuze producten gebruikt dan in versnellingsbakken. In de meeste gevallen wordt een SAE 80W-90 of 90 gebruikt, soms SAE 85W-140 of SAE 140. Het prestatieniveau is meestal API GL-5, waarbij veel fabrikanten aanvullende eisen stellen ten aanzien van thermische en oxidatiestabiliteit, corrosiewering en gedrag ten opzichte van koper en brons ("Buntmetalle", "yellow metals"). 

Print-vriendelijke versieStuur naar een vriendPDF versie

BEROIL NV | Industriezone Centrum-Zuid 3023/6 | B-3530 Houthalen-Helchteren | (T)+32 (0) 11 / 80 33 23 - (F)+32 (0) 11 / 80 10 04 | info [at] beroil [dot] be

Comments