EP-additieven en geel metaal gaan niet goed samen. Kies je de verkeerde oliesamenstelling, dan vertonen de bronzen wielen al na 2000 uur in plaats van 30.000 uur putjes. Zo doe je het goed.
Voor een standaard industriële wormwieloverbrenging met een cartertemperatuur onder de 70 graden Celsius is minerale olie met ISO VG 460 of 680 en additieven die gele metalen beschermen de veilige standaardkeuze. Boven de 70 graden Celsius moet worden overgeschakeld op synthetische PAO-olie met dezelfde viscositeitsklasse. Voor continu gebruik met een hoog rendement vermindert polyglycol (PAG) met een lagere ISO-waarde (VG 320 of 460) de warmteontwikkeling aanzienlijk, maar PAG is niet compatibel met minerale olie en PAO, dus het vervangen ervan vereist een volledige aftap en spoeling. De meest kostbare smeerfout is het gebruik van GL-5 hypoidolie of generieke differentieelolie op een bronzen wormwiel. Additieven op basis van zwavel en fosfor (EP) tasten gele metalen aan boven de 70 graden Celsius en vernietigen een wormwiel binnen enkele weken.
Bijna elk ander artikel over tandwielolie plaatst viscositeitstabellen bovenaan en behandelt de chemische samenstelling van additieven als een bijzaak. Voor wormwiel- en wormwielcombinaties is die volgorde verkeerd. De meest schadelijke beslissing, wanneer deze onzorgvuldig wordt genomen, is de samenstelling van de additieven, niet de viscositeitsklasse. Kies de juiste additieven en vrijwel elke redelijke viscositeit zorgt voor een acceptabele levensduur. Kies de verkeerde additieven en zelfs een perfect gekozen viscositeit zal het bronzen wormwiel binnen enkele maanden onherstelbaar beschadigen.
Het conflict is eenvoudig. Glijdend contact tussen wormwiel en tandwiel vereist additieven die bestand zijn tegen extreme druk – chemisch actieve verbindingen die een beschermende film vormen op het metalen oppervlak onder hoge contactspanning. De klassieke EP-chemie maakt gebruik van zwavel- en fosforverbindingen die bij hoge temperaturen activeren. Bij een stalen tandwieloverbrenging (de meeste differentiëlen in auto's, hypoid-asaandrijvingen) werken deze additieven perfect. Bij een stalen wormwiel op een bronzen tandwiel – de standaard industriële configuratie – tast de geactiveerde zwavel het koper in het brons aan, wat leidt tot aanslag, microputjes en uiteindelijk metaalverlies aan het oppervlak. Het tandwiel loopt niet abrupt vast; het corrodeert langzaam van het contactoppervlak naar binnen, waardoor het tandprofiel en de nauwkeurigheid afnemen totdat de aandrijving onbruikbaar wordt.
The conflict is real, the consequences are expensive, and the avoidance is straightforward — choose oils explicitly labelled “yellow metal safe” or “compounded for worm gears” or “deactivated sulphur EP additive package.” Modern formulations from major suppliers solve the problem; generic catalogue gear oils may or may not. Always check the technical data sheet before committing to a fill.
In duizenden wormwiel- en wormwielinstallaties zijn drie smeermiddelchemieën verantwoordelijk voor vrijwel alle succesvolle toepassingen. Elk heeft sterke en zwakke punten en een specifiek werkingsgebied waarin het de juiste oplossing is.
De keuze is zelden subtiel zodra de toepassing is vastgesteld. Minerale olie voor normaal industrieel gebruik onder de 70 graden Celsius. Synthetische PAO voor hogere temperaturen of langere verversingsintervallen. PAG (polyglycol) voor maximale efficiëntie bij zware, continue toepassingen. Het mengen van de verschillende categorieën is waar de meeste onderhoudsongevallen gebeuren.
Minerale basisolie met 4 tot 10 procent vetzuur (zuurvrij dierlijk vet of een synthetisch equivalent) als compounder, plus roest- en oxidatieremmers. Het vetzuur zorgt voor directe grenslaagsmering zonder afhankelijk te zijn van chemisch actieve EP-additieven, waardoor het risico op corrosie van gele metalen volledig wordt vermeden. Samengestelde minerale oliën zijn de oorspronkelijke smeermiddelen voor wormwielen – de formules worden al meer dan een eeuw verfijnd.
Bedrijfstemperatuurbereik: omgevingstemperaturen tot ongeveer -5 graden Celsius, cartertemperatuur tot 80 graden Celsius. Boven de 80 graden begint het vetzuur te oxideren en degradeert het smeermiddel sneller dan de aanbevolen verversingsinterval kan bijhouden. Onder het vriespunt is de olie te stroperig om goed te sproeien tijdens het opstarten. De verversingsinterval is doorgaans 4.000 tot 6.000 bedrijfsuren bij normaal industrieel gebruik. De kosten zijn het laagst van de drie categorieën: samengestelde ISO VG 460 minerale olie kost ongeveer de helft van de prijs van synthetische olie van dezelfde kwaliteit.
Polyalfaolefine-basisolie (PAO) – een synthetische koolwaterstof – met mildere, moderne EP-additieven die in hun commerciële formuleringen doorgaans veilig zijn voor gele metalen. PAO heeft een hogere viscositeitsindex dan minerale olie, wat betekent dat de viscositeit minder verandert over het bedrijfstemperatuurbereik. Het heeft ook een betere thermische stabiliteit: de verversingsintervallen bij dezelfde cartertemperatuur zijn doorgaans twee keer zo lang als bij minerale olie.
Bedrijfstemperatuurbereik: omgevingstemperatuur tot -30 graden Celsius, cartertemperatuur tot 100 à 110 graden Celsius. Verversingsinterval: 8.000 tot 12.000 uur. PAO is volledig compatibel met minerale olie – overschakelen van minerale olie naar PAO vereist geen spoeling, alleen bijvullen bij de volgende verversing. Kosten per liter: ongeveer 2 tot 3 keer zo hoog als minerale olie. PAO is de juiste keuze wanneer de cartertemperatuur tijdens normaal gebruik boven de 70 graden Celsius komt, wanneer extreme omgevingsomstandigheden (koude winterstarts, hete zomermiddagen) viscositeitsafwijkingen veroorzaken, of wanneer een langer verversingsinterval rendabel is door lagere arbeidskosten.
Polyalkyleenglycol (PAG) is een andere familie van synthetische chemicaliën die in principe geen koolwaterstof is. PAG heeft de laagste wrijvingscoëfficiënt van alle gangbare tandwieloliën, wat zich direct vertaalt in meetbare efficiëntiewinsten bij wormwieloverbrengingen. Een aandrijving die met minerale olie een rendement van 60 procent behaalt, wint doorgaans 3 tot 6 procentpunten met PAG, en de bedrijfstemperatuur van het carter daalt met 15 tot 20 graden Celsius bij dezelfde belasting. Bij continu gebruik in ploegendiensten leiden deze voordelen tot aanzienlijke besparingen op de elektriciteitskosten.
Bedrijfstemperatuurbereik: omgevingstemperatuur tot -40 graden Celsius, temperatuur van de opvangbak tot 130 graden Celsius. Verversingsinterval 16.000 tot 20.000 uur – de langste van de drie categorieën. Het addertje onder het gras: PAG is onverenigbaar met minerale olie en PAO synthetisch.Het mengen ervan creëert een drab die de interne onderdelen van de versnellingsbak verstopt. Overstappen van een olie op koolwaterstofbasis naar PAG vereist het volledig aftappen, twee keer spoelen met lichte olie en opnieuw vullen – doorgaans een onderhoudsbeurt van één dag voor een gesloten versnellingsbak. PAG tast ook sommige afdichtingsmaterialen aan (nitril, bepaalde polyurethanen) en de meeste laklagen, dus de afdichtingen van de versnellingsbak moeten PAG-compatibel zijn voordat de overstap kan worden gemaakt. De kosten bedragen ongeveer 4 tot 6 keer die van minerale olie per liter.
Wanneer een klant me vertelt dat hij wil overstappen van minerale olie naar PAG, is mijn eerste vraag of hij wel de onderhoudsdiscipline heeft om dit correct te doen. PAG kan de verversingsintervallen aanzienlijk verlengen en de elektriciteitskosten meetbaar verlagen – maar alleen als de ombouw volledig wordt afgetapt en dubbel wordt gespoeld. Versnellingsbakken die niet volledig zijn omgebouwd (iemand heeft PAG bijgevuld in een carter waar nog een paar liter minerale olie in zat) vormen binnen enkele weken slib en de hele vulling moet opnieuw worden gedaan. In omgevingen met een lage onderhoudsdiscipline is het vaak verstandiger om bij PAO te blijven, ook al kost het alleen al aan smeermiddel meer – het operationele risico op vervuiling is aanzienlijk lager.
Nadat de chemische samenstelling is bepaald, is de viscositeit de tweede beslissing. De viscositeit van wormwielolie is hoger dan die van de meeste andere tandwieloliën, omdat het glijdende contact een dikkere hydrodynamische film vereist dan rollend contact.
ISO VG 460 en 680 zijn de meest gebruikte soorten voor industriële wormwieloverbrengingen. ISO VG 220 wordt toegepast in lichte aandrijvingen met een lage belasting. ISO VG 1000 (of AGMA 8A compound) wordt gebruikt in zwaarbelaste industriële reductoren met een grote hartafstand die op een laag toerental draaien.
| ISO VG | AGMA-classificatie | Geschatte kinematische viscositeit bij 40 °C | Typisch gebruik van een wormschijf |
|---|---|---|---|
| VG 220 | AGMA 5 | 220 cSt | Lichte toepassingen, kleine aandrijvingen, lage omgevingstemperaturen |
| VG 320 | AGMA 6 | 320 cSt | Middelzware belasting, PAG-standaard |
| VG 460 | AGMA 7 | 460 cSt | Algemene industriële toepassing, standaard voor samengestelde mineralen. |
| VG 680 | AGMA 8 | 680 cSt | Zware industriële omstandigheden, hoge temperaturen, hoge belasting |
| VG 1000 | AGMA 8A | 1000 cSt | Zeer grote aandrijvingen, laag toerental, zware belasting |
Twee praktische regels zijn van toepassing op de meeste beslissingen over viscositeit. Ten eerste, bij het overschakelen van minerale olie naar een synthetische olie met een hogere viscositeitsindex, kies dan één ISO-klasse lager — een minerale olie met VG 680 is qua viscositeit bij bedrijfstemperatuur ongeveer gelijk aan een PAO met VG 460 of een PAG met VG 320. Ten tweede, kies voor een hogere viscositeit bij hogere omgevingstemperaturen en hogere belasting, en een lagere viscositeit voor koude starts en aandrijvingen met hoge snelheden. Een middenweg (begin met minerale olie met VG 460 voor vrijwel elke gangbare industriële aandrijving) is prima voor de eerste vulling — pas de viscositeit aan op basis van de waargenomen cartertemperatuur en olieconditie bij de eerste aftapbeurt.
De omgevingstemperatuur en de temperatuur van de opvangbak zijn de twee variabelen die de chemische keuze het meest bepalen. Een eenvoudige beslissingsboom maakt de keuze in drie vragen duidelijk.
Vraag 1: Wat is de stationaire temperatuur van de opvangbak bij volledige belasting?
Beneden de 70 graden Celsius → samengestelde minerale olie is prima. Tussen de 70 en 90 graden → overschakelen op synthetische PAO. Boven de 90 graden → PAG-polyglycol of extra koeling vereist.
Vraag 2: Hoeveel uur per dag draait de aandrijving?
Minder dan 8 uur intermitterend gebruik → mineraalhoudend water is economisch gezien de beste optie. 8 tot 16 uur per dag → PAO als de opvangbak warm is, mineraalhoudend water als deze koel blijft. 16 uur of meer continu gebruik → PAG verdient zichzelf terug door besparing op elektriciteitskosten binnen 18 maanden bij de meeste installaties.
Vraag 3: Zal de temperatuur in de carterpan meer dan 60 graden Celsius schommelen tussen een koude start en volledige werking?
Ja (buiteninstallaties, onverwarmde ruimtes, winterstart) → synthetische olie heeft sterk de voorkeur vanwege de hogere viscositeitsindex. PAO is een veilige keuze. PAG is nog beter, maar alleen de moeite waard als continu gebruik de kosten rechtvaardigt.
Drie soorten storingen komen herhaaldelijk voor in de rapporten die we ontvangen van klanten die om vervangende onderdelen vragen. Elk van deze storingen is te voorkomen, brengt hoge kosten met zich mee en is veroorzaakt door een onderhoudsbeslissing waarbij een van de in de voorgaande paragrafen beschreven principes over het hoofd is gezien. Inzicht in deze patronen helpt u ze te voorkomen bij uw eigen apparatuur.
Een kleine Vietnamese fabrikant van transportbanden vulde de carters van de versnellingsbakken op hun assemblagelijn bij met API GL-5 hypoid-asolie – dezelfde ISO-viscositeitsklasse als de originele specificatie, veel goedkoper per liter, en opgeslagen omdat dezelfde werkplaats ook vrachtwagens onderhield. Binnen drie maanden vertoonden de bronzen wielen oppervlaktecorrosie, zichtbaar via het inspectievenster. Na zes maanden was de tandflankcorrosie zo ernstig dat het rendement van de aandrijving met 8 procent was gedaald en het bedrijfsgeluid hoorbaar was toegenomen. Diagnose: GL-5 bevat agressieve zwavel-fosfor EP-additieven die boven de 70 graden Celsius actief worden, en de bronzen wielen draaiden op een temperatuur van 75 tot 80 graden. De actieve zwavel tastte het koper aan, produceerde zwarte kopersulfidevlokken en corrodeerde het tandoppervlak van de wielen vanuit de contactzone naar buiten. Oplossing: aftappen, doorspoelen met lichte minerale olie, bijvullen met de juiste samengestelde ISO VG 460 geelmetaalveilige tandwielolie. De wielen moesten worden vervangen; de besparing op goedkope differentieelolie kostte de klant vijftien keer de oorspronkelijke kosten voor de vervanging van de versnellingsbak aan garantieclaims.
Een Koreaanse fabriek voor voedselverpakkingen besloot over te stappen van mineraalhoudend ISO VG 460 naar PAG ISO VG 320 om de verversingsintervallen van de productielijn met ploegendienst te verlengen. Het onderhoudsteam liet de carters leeglopen, vulde ze bij met PAG en liet de lijn draaien. Binnen twee weken vertoonden de carters van de versnellingsbakken zichtbare slib – een bruine, gelatineachtige afzetting die op de PAG-vulling dreef. Het rendement van de aandrijving was gedaald, de temperatuur in het carter was 15 graden hoger dan verwacht en een van de afdichtingen van de versnellingsbak begon te lekken. Diagnose: resterende minerale olie die na de eerste aftapbeurt in het carter was achtergebleven (doorgaans hecht 5 tot 10 procent van het vulvolume zich aan interne oppervlakken en lagerholtes) had gereageerd met de PAG, waardoor het kenmerkende incompatibiliteitsslib was ontstaan. Bij de ombouwprocedure was de spoelstap overgeslagen. Oplossing: een tweede aftapbeurt uitvoeren, spoelen met PAG-compatibele spoelolie, bijvullen met verse PAG en de aangetaste afdichtingen vervangen. De les: overschakelen van koolwaterstof naar PAG vereist aftappen → doorspoelen → bijvullen, nooit alleen aftappen → bijvullen.
Een Japanse fabrikant van mengmachines kocht standaard horizontaal gemonteerde wormwielkasten en installeerde deze op verticale roerassen zonder het oliepeil aan te passen. Het voor horizontale montage voorgeschreven vulvolume zorgde ervoor dat de worm tot ongeveer 30 procent van zijn diameter ondergedompeld was in olie – geschikt voor spatsmering. Met de versnellingsbak 90 graden gedraaid, was de worm bij het opstarten met hetzelfde vulvolume slechts voor 5 procent ondergedompeld. Binnen de eerste maand vertoonden de tandwielen aan één kant slijtage. Diagnose: onvoldoende olie-onderdompeling in de verticale configuratie betekende dat de wormdraad niet genoeg olie opnam om een goede hydrodynamische film te vormen bij het opstarten. De aandrijving draaide bij elke koude start onder grenssmering. Oplossing: vul het oliepeil bij tot het door de leverancier voorgeschreven niveau voor verticale montage en controleer of de ontluchter en het oliepeilglas correct zijn gepositioneerd voor de nieuwe configuratie. Les: het oliepeil is net zo belangrijk als de oliesamenstelling, en het veranderen van de montagepositie verandert altijd het juiste vulvolume.
Only for the shortest possible duration to limp the equipment to a maintenance shutdown. Motor oil and hydraulic oil lack the viscosity and the boundary lubrication additives needed for sliding-contact gearing. Running on either fluid for more than a few hours under load will scuff the bronze wheel. If the original lubricant is unavailable in the field, ISO VG 220 or higher hydraulic oil is less bad than ISO VG 32 hydraulic oil. Do not extend an “emergency fill” beyond the next scheduled service window.
Check the technical data sheet for ASTM D130 copper strip corrosion test results. A rating of 1A or 1B means yellow-metal-safe and suitable for bronze worm wheels. A rating of 2 or higher is borderline. A rating of 3 or 4 means the oil will corrode bronze under normal operating temperatures and should not be used. Most modern industrial worm gear oils explicitly list “1B at 121°C” or similar in the data sheet — if the data sheet is silent on copper compatibility, treat the oil as suspect.
Samengestelde olie gebruikt vetzuren (doorgaans 4 tot 10 procent zuurvrij dierlijk vet of een synthetisch equivalent) die met de minerale basisolie zijn gemengd om direct smering te bieden. EP-tandwielolie gebruikt chemisch actieve additieven (zwavel, fosfor, boraten) die onder hoge contactdruk met het metalen oppervlak reageren en een opofferingsfilm vormen. Voor bronzen wormwielen is samengestelde olie inherent veiliger omdat er geen chemisch actief additief aanwezig is dat het gele metaal zou kunnen aantasten. Moderne EP-tandwieloliën met gedeactiveerde zwavel zijn ook veilig, maar de veiligheid hangt volledig af van de samenstelling – samengestelde olie is de meer conservatieve standaardkeuze.
De verversingsinterval is afhankelijk van de chemische samenstelling, de temperatuur van de olie in het carter en de bedrijfscyclus. Typische waarden: minerale olie 4.000 tot 6.000 bedrijfsuren, synthetische PAO-olie 8.000 tot 12.000 uur, polyglycol-PAG-olie 16.000 tot 20.000 uur. De temperatuur van het carter halveert al deze waarden boven de 90 graden Celsius (Arrhenius-regel: chemische degradatie verdubbelt ruwweg voor elke 10 graden Celsius). Voor kritische apparatuur geeft een olieanalyse om de 1.000 tot 2.000 uur een nauwkeuriger op conditie gebaseerd interval dan vervanging op basis van de bedrijfscyclus.
Bij kleine, levenslang afgedichte aandrijvingen is dat inderdaad het geval — de meeste actuatoren voor autostoelen, timers voor huishoudelijke apparaten en kleine gelijkstroommotoren met wormwieloverbrenging gebruiken levenslang met lithiumzeep verdikt PAO-vet. Het nadeel: vet verspreidt zich niet door de tandwielkast zoals olie dat doet, waardoor de warmteafvoer slecht is en het draagvermogen lager. Voor industriële aandrijvingen boven de 1 kW is olie de juiste oplossing; voor micro-actuatoren onder de 50 W is vet meestal te verkiezen vanwege de eenvoudige afdichting.
NSF H1-gecertificeerde smeermiddelen voor incidenteel contact met levensmiddelen zijn verkrijgbaar in samengestelde minerale en PAO-synthetische varianten, beide geformuleerd om veilig te zijn voor contact met gele metalen. De prestaties zijn enigszins minder dan die van industriële equivalenten, omdat de keuze van additieven wordt beperkt door FDA-regelgeving. H1-oliën hebben kortere verversingsintervallen en een lagere belastbaarheid dan equivalente industriële oliën. Voor farmaceutische en levensmiddelentoepassingen met roestvrijstalen wormwielen en wormwieloverbrengingen is deze afweging acceptabel; voor bronzen wormwieloverbrengingen in gereguleerde omgevingen is het over het algemeen goedkoper om over te stappen op roestvrijstalen componenten en zo te voldoen aan de regelgeving zonder verlies aan efficiëntie.
Bij een kale tandwielset die in een door de klant gemaakte behuizing is gemonteerd, kiest en voegt de klant het smeermiddel toe en is hij/zij verantwoordelijk voor de compatibiliteit van het additievenmateriaal met brons. Voor een complete set wormwielreductor De reductiekast wordt voorgevuld geleverd, wat betekent dat de leverancier in de fabriek al de juiste olie heeft gespecificeerd en toegevoegd. Het gegevensblad van de reductiekast moet overeenkomen met het smeermiddel dat erin zit. Controleer bij het bestellen van een complete reductiekast altijd of de smeermiddelsoort op het typeplaatje overeenkomt met de bestelspecificatie. Er vinden namelijk soms wijzigingen plaats tijdens de productie, en het onderhoudsteam moet weten wat er zich daadwerkelijk in het carter bevindt voor de volgende olieverversing.
De belangrijkste boodschap van dit artikel is het belang van de juiste additieven in vergelijking met de viscositeitsklasse. Een wormwieloverbrenging kan een viscositeitsfout van één klasse tolereren en verliest dan slechts een paar procent aan efficiëntie. Dezelfde aandrijving verdraagt echter geen verkeerde additievencombinatie – een verkeerde combinatie beschadigt het bronzen wiel aanzienlijk sneller dan elke andere onderhoudsfout. Gebruik altijd olie die geschikt is voor geel metaal. Controleer altijd het productinformatieblad voordat u van merk wisselt. Ververs de olie altijd volledig voordat u overschakelt tussen minerale, PAO- en PAG-oliën. En controleer altijd het vulniveau in het carter aan de hand van de daadwerkelijke montagerichting, niet de standaardwaarde uit de catalogus.
Voor Koreaanse en Japanse OEM-ontwerpteams die een smeermiddelspecificatie willen die is afgestemd op een specifieke aandrijfgeometrie en gebruikscyclus, adviseert onze engineeringafdeling een oliesamenstelling, viscositeit en verversingsinterval op basis van het daadwerkelijke bedrijfsprofiel. Standaardcatalogus Wormwieloverbrengingen van fosforbrons en aluminiumbrons verzend met een aanbevolen vulspecificatie — vraag een Beoordeling van smeermiddelspecificaties als uw bedrijfstemperatuur, inschakelduur of omgeving afwijkt van wat in de catalogus wordt vermeld.
Stuur ons het merk en de productcode van de olie, de temperatuur van het carter van de versnellingsbak en de gebruiksduur. We controleren dan de samenstelling van de additieven in relatie tot het materiaal van uw wielen en adviseren een vervanging als de huidige vulling het brons aantast.
Redacteur: Cxm
Worm and Worm Wheel Pair Matching — Why Mix and Match Fails A worm and…
Worm Gear Strength Calculation — DIN 3996, ISO 14521, AGMA 6034 From application torque to…
Worm Gear Surface Finish — Why Smoothness Decides Service Life Run a fingernail across the…
Worm Gear Contact Pattern — How Bluing Tests Reveal Quality A 60 to 80 percent…
Worm Gear Module — Choosing the Right Tooth Size for Torque What module do I…
Worm Gear Center Distance — How to Calculate and Standardise One millimetre of centre distance…