KONTROLA KAKOVOSTI PRI MANIPULACIJI MOTORJA Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

Dominik Zor

KONTROLA KAKOVOSTI PRI MANIPULACIJI MOTORJA Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika

Mentor: izr. prof. dr. Gaber Begeš

Ljubljana, 2022

iii

Zahvala

Ob podpori pravih ljudi postanejo nemogoče stvari mogoče. Hvala vam, da sem lahko uresničil svoje sanje.

Znanja, ki ga nabiramo na svoji poti učenja, nam ne more vzeti nihče. Na tem mestu se zahvaljujem izr. prof. dr. Begeš Gabru za strokovno pomoč in nasvete pri pisanju diplomskega dela.

Posebej bi se rad zahvalil celotni družini in izjemni partnerici za vso spodbudo in

podporo. Hvala!

iv Zahvala

v

Povzetek

Vsak izdelek, ki ga danes dobimo na trgu, je moral skozi proces načrtovanja, izdelave, preskušanja in izboljšav. Po končanih uvodnih procesih se lahko izdelek z vso tehnično dokumentacijo in skladnostjo začne prodajati na trgu. Učinkovita poslovna uspešnost vsakega dobrega izdelka se potem seveda še nadaljuje. V želji po izboljšavah in zaradi zahtev kupcev se pozneje uvede proces povratne informacije, da se kakovost izdelka lahko izpopolnjuje.

Diplomsko delo predstavlja učinkovit nadzor kakovosti tehnološko dovršenega izdelka v želji zagotavljanja čim daljše življenjske dobe, predvsem v skladu s proizvajalčevimi zahtevami. Na začetku se naloga osredotoča na razumevanje podanega izdelka in njegovo uporabo. V mojem primeru je to delovni stroj motor z notranjim zgorevanjem. Minilo bo še kar nekaj časa, preden bomo lahko vsi »na poti« z električnim pogonom ali s pomočjo vodika. Da bi lahko dosegli ambiciozen cilj podnebne nevtralnosti do leta 2050, bodo alternativna goriva in maziva vsaj do takrat imela pomembno vlogo pri uporabi teh motorjev. Na začetku bom na kratko obrazložil lastnosti in funkcije motorja z notranjim zgorevanjem. Lahko omenim, da v fazi načrtovanja inženirji skonstruirajo motorje z optimalnim razmerjem glede moči, vzdržljivosti in življenjske dobe. Kupci ali uporabniki pa danes, v digitalni dobi, s pomočjo različnih tehnologij to razmerje rušijo. Najbolj poznana je manipulacija ali višanje moči in navora motorja.

V nadaljevanju bom obrazložil eno izmed glavnih sestavin motorja, tj. motorno olje, ki je vključeno v vsak motor in skrbi za njegovo dolgo življenjsko dobo. Osredotočil sem se na poglobljeno analizo motornega olja in spreminjanje njegovih lastnosti. Pri tem mi je v pomoč priskočil neodvisni akreditirani laboratorij. Celotno raziskavo sem želel izpeljati po najnovejši standardizaciji in pridobiti popolnoma neodvisne rezultate.

Bistvo raziskave sta podrobna laboratorijska analiza in primerjalna metoda različnih vzorcev motornih olj po določenem času uporabe. Na koncu sledi uspešno potrjena celotna analiza s sklepnimi ugotovitvami, ki temeljijo na mojih predpostavkah, da nedovoljeni posegi in manipulacija z višanjem moči in navora otežijo zagon in delovanje, porušijo razmerje za optimalno delovanje in skrajšajo življenjsko dobo motorja z notranjim zgorevanjem.

Ključne besede: orodja in metode za zagotavljanje kakovosti, primerjalne metode, standardizacija, predčasna analiza, manipulacija moči in navora

vi Povzetek

vii

Abstract

Every product available today on the market has had to go through a process of design, manufacture, testing and improvement. After the product passes all requirements, the product can be sold on the market with all the technical documentation and compliances. Of course, the effective business success of any good product continues even later. In the desire for improvements and customer requirements, a feedback process is later introduced so that we can improve the quality of the product.

The diploma thesis represents an effective quality control of a technologically advanced product in order to ensure the longest possible service life, especially in accordance with the manufacturer's requirements. In the beginning, the task focuses on understanding the given product and using it. In my case, this working machine is an internal combustion engine. It will take some time before we can all travel with machines on electric or hydrogen drive. In order to achieve the ambitious goal of climate neutrality by 2050, alternative fuels and lubricants will play an important role in the use of these engines, at least until then. In the beginning, I will briefly explain the properties and functions of an internal combustion engine. I can mention that in the design phase, engineers construct the optimal ratio of engines in terms of power, durability and service life. Today, however, customers or users are breaking this relationship in the digital age with the help of various technologies. The most well-known is the manipulation or increase of engine power and torque.

In the following, I will explain one of the main components of motor oil, which is included in every engine and ensures long life. I focused on in-depth analysis of engine oil and changing its properties. An independent accredited laboratory came to my aid here. I wanted to conduct the entire research according to the latest standardization for completely independent results.

The essence of the research was a detailed laboratory analysis and comparative method of different samples of motor oils after a time trial. Finally, a successful confirmed full analysis with conclusions on my assumption that unauthorized interventions and manipulations to increase power and torque make starting and operation more difficult, disrupt the ratio for optimal performance and shorten the life of the internal combustion engine.

Key words: quality assurance tools and methods, comparative methods, standardization, early analysis, power and torque manipulation

viii Abstract

ix

Vsebina

1 Uvod ... 1

1.1 Opredelitev področja ... 1

1.2 Izhodiščna ideja, ki je predmet raziskave ... 1

1.3 Predvidene metode dela ... 6

2 Namen in cilji raziskave ... 6

2.1 Splošno o motornih oljih in mazanju ... 7

2.2 Trenje v motorju z notranjim zgorevanjem ... 7

3 Motorna olja: mineralno ali sintetično olje... 8

3.1 Lastnosti maziv ... 8

3.2 Lastnosti olj ... 9

3.2.1 Viskoznost: dinamična in kinematična ... 9

3.2.2 Razredi ali skupine viskoznosti ... 11

3.2.3 Toplotne lastnosti maziv ... 16

3.2.4 Druge karakteristike maziv ... 16

3.2.5 Prisotnost nečistoč ... 16

3.3 Poškodbe ob nepravilnem mazanju ... 18

4 Kontrola kakovosti ... 21

4.1 Standard ... 22

4.2 Standardizacija v sodobnem svetu ... 22

4.2.1 Standard ISO ... 23

4.2.2 IEC – Mednarodna elektrotehniška komisija ... 24

4.2.3 Tehnični standardi ... 24

4.3 Standardizirane metode in analize ... 26

4.3.1 Laboratorij OELCHECK ... 26

4.3.2 Postopek ICP (Inductive Coupled Plasma) ... 27

4.3.3 Indeks PQ ... 29

4.3.4 IR spektroskopija ... 29

4.3.5 Viskoznost ... 30

4.3.6 Vsebnost goriva ... 31

4.3.7 Zmogljivost zadrževanja umazanije – razpršenost (CCD) ... 32

4.3.8 Bazna številka – BN ... 32

x Vsebina

5 Rezultati laboratorijske analize ... 33

5.1 Elementi obrabe ... 34

5.2 Elementi onesnaženje ... 36

5.3 Stanje olja ... 37

5.4 Aditivi ... 39

5.5 Bazna številka... 41

5.6 IR-spektroskopija ... 42

5.7 Zmogljivost zadrževanja umazanije - razpršenost (CCD) ... 45

6 Sklepne ugotovitve ... 47

7 Literatura ... 49

xi

Seznam uporabljenih slik in tabel

Seznam slik

SLIKA 1:MODEL FENDT 700 ... 1

SLIKA 2:DEUTZ-EV DIZELSKI MOTOR Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM TCD6.1L6V4 ... 2

SLIKA 3:FENDT 718VARIO – MOČ IN PORABA ... 4

SLIKA 4:FENDT 724VARIO – MOČ IN PORABA ... 4

SLIKA 5:BOSCH EDC17– ELEKTRONSKI KRMILNIK MOTORJA ... 5

SLIKA 6:DINAMIČNA VISKOZNOST ... 10

SLIKA 7:ODVISNOST VISKOZNOSTI IN TEMPERATURE ... 14

SLIKA 8:NEČISTOČA – HLADILNA TEKOČINA ... 17

SLIKA 9:NEČISTOČA – PEPEL ... 18

SLIKA 10:POVRŠINSKA POŠKODBA ... 18

SLIKA 11:POŠKODBE –OBRABA POVRŠINSKE TRDNOSTI MATERIALOV... 19

SLIKA 12:PRIPOMOČKI ZA VZORČENJE OLJA ... 27

SLIKA 13:NEGATIVEN IR INDEKS ... 44

SLIKA 14:POZITIVEN IR INDEKS ... 45

SLIKA 15:RAZPRŠENOST MOTORNEGA OLJA ORIGINALNE MOČI LEVO IN MANI. MOČI DESNO ... 46

Seznam tabel

TABELA 2:PRIMERJALNA TABELA STOPENJ VISKOZNOSTI ... 12

TABELA 3:OBIČAJNA OLJA IN PRIMERJAVA VISKOZNIH INDEKSOV ... 15

TABELA 4:ELEMENTI S POSTOPKOM ICP ... 28

TABELA 5:INDEKS PQ ... 29

TABELA 6:IR-SPEKTROSKOPIJA ... 30

TABELA 7:VISKOZNOST ... 31

TABELA 8:VSEBNOST GORIVA ... 32

TABELA 9:ZMOGLJIVOST ZADRŽEVANJA UMAZANIJE – DISPERZIJA ... 32

TABELA 10:BAZNA ŠTEVILKA –BN ... 33

TABELA 11:REZULTATI LABORATORIJSKE ANALIZE ... 33

TABELA 12:ELEMENTI OBRABE ... 34

TABELA 13:ONESNAŽENJE ... 36

TABELA 14:STANJE OLJA ... 37

TABELA 15:ADITIVI ... 39

TABELA 16:BAZNA ŠTEVILKA ... 42

xii Seznam uporabljenih slik in tabel

xiii

Seznam uporabljenih kratic in simbolov

Seznam uporabljenih kratic

Kratica Pomen

EDC17 Elektronska krmilna enota motorja

SAE Mednarodno združenje avtomobilskih inženirjev (angl. Society of Automotive Engineers)

ISO Mednarodna organizacija za standardizacijo (angl. Internal Organization for Standardization) AGMA Združenje ameriških proizvajalcev menjalnikov

(angl. American Gear Manufacturers Association) IEC Mednarodna komisija za elektrotehniko

(angl. International Electrotechnical Commission) VI Indeks viskoznosti

ASTM International

Mednarodna organizacija za standardizacijo, ki razvija in objavlja tehnične standarde za prostovoljno soglasje za široko paleto materialov, izdelkov, sistemov in storitev

(angl. American Society for Testing and Materials) CEN Evropski odbor za standardizacijo v elektrotehniki

(franc. Comité Européen de Normalisation) EN Evropski standard

ICP Induktivno sklopljena plazma – el. prevodna plinska mešanica (angl. Inductive Coupled Plasma)

PQ Kvantifikacija delcev (angl. Particle Quantification) FT-IR Infrardeča spektroskopija s Fourierjevo transformacijo

(angl. Fourier-Transform-Infrared) CCD Zmogljivost zadrževanja umazanije

(angl. Charged Coupled Device BN Bazna številka

(angl. Base Number)

xiv Seznam uporabljenih kratic in simbolov

Seznam uporabljenih simbolov

Veličina Oznaka Enota

Prostornina V l

Hitrost h km/h

Masa t kg

Dolžina L mm

Maksimalna moč PS Kw/KM

Železo Fe mg/kg

Krom Cr mg/kg

Kositer Sn mg/kg

Aluminij Al mg/kg

Nikelj Ni mg/kg

Baker Cu mg/kg

Svinec Pb mg/kg

Mangan Mn mg/kg

Silikon Si mg/kg

Kalij K mg/kg

Natrij Na mg/kg

Volfram W mg/kg

Kalcij Ca mg/kg

Magnezij Mg mg/kg

Bor B mg/kg

Cink Zn mg/kg

Fosfor P mg/kg

Barij Ba mg/kg

Molibden Mo mg/kg

Žveplo S mg/kg

Bazna številka BN mgKOH/g

Uvod 1

1 Uvod

1.1 Opredelitev področja

Napredka na področju elektronike in računalniške tehnologije sta pripeljala do tega, da tudi v današnjem svetu agronomije ljudje v vsakodnevnem življenju uporabljamo vedno bolj izpopolnjene in napredne tehnološke rešitve. Te so danes še hitrejše in učinkovitejše in tako učinkovito pripomorejo k pridelavi hrane, ki jo zaradi rasti populacije zmanjkuje.

Nenehen razvoj, ki je usmerjen predvsem v povečanje zmogljivosti, omogoča, da vsak uporabnik čim lažje in učinkoviteje izkoristi ves potencial svojih aplikacij, naprav in strojev, ki so mu na razpolago. Pri tem se pa srečujemo z manipulacijami oziroma posegi v izdelke, kar zagotovo vpliva na njihovo kakovost. Ta vpliv manipulacije na kakovost konkretnega proizvoda je tematika mojega diplomskega dela.

1.2 Izhodiščna ideja, ki je predmet raziskave

Dostopen in odprt trg je ranljiv. Vsaka naprava ali delovni stroj, ki vsebuje računalniško vezje, predstavlja tudi možnost nedovoljenih posegov za manipulacijo podatkov. V mojem primeru je ta delovni stroj traktor Fendt, prikazan na sliki 1, ki ga poganja dizelski motor (motor z notranjim zgorevanjem. Več posameznih elektronski komponent (manjših računalnikov) sestavlja neko celoto, ki jo upravlja glava - glavni računalnik.

Slika 1: Model Fendt 700

2 1.2 Izhodiščna ideja, ki je predmet raziskave Na aktivnem področju, s katerim se trenutno ukvarjam, so mi najbližji pogonski agregati z notranjim zgorevanjem nemškega proizvajalca Deutza, primer je prikazan na sliki 2. DEUTZ AG je eden vodilnih svetovnih proizvajalcev inovativnih pogonskih sistemov. Prvotno ustanovljen kot N. A. Otto & Cie. v Kölnu, Nemčija, leta 1864, je DEUTZ AG zdaj najstarejše podjetje za motorje na svetu in eden vodilnih neodvisnih proizvajalcev motorjev na svetu.

DEUTZ svojim strankam ponuja celovito in kratkoročno podporo 13 distribucijskih podjetij, 7 prodajnih pisarn in več kot 800 prodajnih in servisnih partnerjev v več kot 130 državah po vsem svetu.

Njegove temeljne kompetence so razvoj, proizvodnja, distribucija in servisiranje dizelskih, plinskih in električnih pogonov za profesionalne namene. Strokovnjaki za motorje ponujajo širok spekter izdelkov z zmogljivostmi do 620 kW, ki se uporabljajo pri gradbeni opremi, kmetijskih strojih, opremi za transport materiala, stacionarni opremi, gospodarskih vozilih, tirnih vozilih in drugih aplikacijah.

Slika 2: Deutz-ev dizelski motor z notranjim zgorevanjem TCD 6.1 L6 V4

Prav pri tej primerjavi bom uporabil Deutz-ve motorje tipa TCD 6.1 L6 V4. To je 6-valjni 4- taktni vrstni dizelski motor z elektronskim krmiljenjem EDC17 z Boschevim sistemom za skupni vod. Uporabljeni so v kmetijski mehanizaciji, pri traktorjih Fendt. Fendt je ena glavnih blagovnih znamk korporacije AGCO [1], enega največjih svetovnih proizvajalcev in dobaviteljev traktorjev in kmetijske mehanizacije. Blagovna znamka Fendt je inovativen proizvajalec kmetijske tehnike s celotnim programom. AGCO ima proizvodne, prodajne in administrativne lokacije v več kot 35 državah po vsem svetu: od Finske do Kitajske, od ZDA do Nemčije, od Francije do Brazilije.

Uvod 3

 Za svojo raziskavo bom uporabil dva enaka najnovejša in najmodernejša modela traktorja Fendt. Model serije 700 je eden izmed najbolj univerzalnih modelov po velikosti in moči, saj se uporabljajo v kmetijski in gradbeni panogi:

- Model Fendt 718 (tovarniški podatki: 188 konjskih moči, vendar je lastnik s pomočjo nekvalificiranega podjetja dvignil konjske moči, tako da ima zdaj traktor 246 konjskih moči)

- Model Fendt 724 (tovarniški podatki: 246 konjskih moči)

Primerjavo tehničnih specifikacij motorjev z notranjim zgorevanjem obeh modelov lahko vidimo spodaj v tabeli 1.

Tabela 1: Tehnične lastnosti preizkušenih izdelkov

Vrsta delovnega stroja Fendt 718 Vario Fendt 724 Vario

Zalogovnik za gorivo 400 400 l

Največja hitrost 50 50 km/h

Lastna teža 7980 7980 kg

Vrsta motorja Deutz TCD 6.1 L6

Maks. moč ECE R 120 138/188 181/246 kw/km

Število valjev 6 6

Premer valja/gib bata 101/126 101/126 mm

Prostornina 6,06 6,06 l

Nazivno št. vrtljajev 2100 2100 vrt/min

Maks. vrtilni moment pri

1450 vrt/min 804 1072 Nm

Skupna dolžina 5240 5240 mm

Skupna višina 2660 2660 mm

Skupna širina 3100 3100 mm

Vrsta delovanja

4-taktni dizelski vrstni motor – neposredno vbrizgavanje –

vodno hlajenjem Sistem vbrizgavanja

Boschev sistem s skupnim vodom elektronsko krmiljenje Bosch EDC17

Teža motorja brez hlajenja 450 kg

Vrstni red vžiga

(valj št. 1 pri vztrajniku) 1-5-3-6-2-4

Vrsta hlajenja motorja zrak/voda

Hladilnik motornega olja voda

Onesnaževala stopnja

emisij Stopnja 4

Za osnovno primerjavo med modeloma Fendt 718 Vario in 724 Vario imamo tudi spodaj v sliki 3 in sliki 4 prikazano moč motorja in porabo goriva pri določeni hitrosti motorja.

4 1.2 Izhodiščna ideja, ki je predmet raziskave

Slika 3: Fendt 718 Vario – moč in poraba

Slika 4: Fendt 724 Vario – moč in poraba

Uvod 5 Elektronska krmilna enota motorja (EDC17), prikazana na sliki 5, ki upravlja samo delovanje motorja traktorja, je pri spreminjanju različnih parametrov (časa, količine in frekvence vbrizga goriva, tlaka polnilnega zraka turbine …) za povečanje moči največkrat na udaru. Uradni proizvajalci ne izkoristijo v polni celoti zmogljivosti svojih motorjev, ker najdejo kompromis med zmogljivostjo, nizko porabo, upoštevanjem emisijskih standardov in dolgo življenjsko dobo motorja. V skladu s tem imajo vsi številni serijski motorji še vedno toplotne in mehanske rezerve.

Z nedovoljenim posegom se spremenijo normativi in se povečajo: [2]

 pospeševanje,

 večja vlečna sila,

 okretnost in elastičnost motorja,

 navor.

V določenih primerih je poraba goriva manjša. A vse skupaj prinaša ogromno posledic in drugih negativnih vplivov:

 višja temperatura:

o motorno olje (hitrejša izguba viskoznosti in upad aditivov za gladko drsenje vseh mehanskih površin),

o polnilni tlak pri turbinah, zmogljivost turbin,

 večja količina goriva vpliva na večjo obremenitev injektorjev (temperatura),

 ekološki pogled, ki je danes zelo pomemben, neizgorelo gorivo v filtru sajastih delcev,

 dvomasni vztrajnik (večje sile navora),

 sklopka in menjalnik (višja sila motorja).

Zaradi omenjenih razlogov sta ravno zato obremenitev in obraba motorja veliko večji.

Slika 5: Bosch EDC17 – elektronski krmilnik motorja

6 1.3 Predvidene metode dela

1.3 Predvidene metode dela

Med pisanjem diplomske naloge bom uporabljal primerjalne metode in analize za ugotavljanje kakovosti:

 zbiral, pregledal in študiral literaturo s področja pogonskih sistemov vozil in maziv, olj za mazanje gibljivih delov;

 obrazložil glavne sestavine, ki skrbijo za pravilno delovanje;

 obrazložil nedovoljen poseg v krmilno enoto, ki skrbi za delovanje, in posledice tega dejanja na delovanje;

 pojasnil in predstavil s pomočjo neodvisnega certificiranega laboratorija:

o standarde in vrste metod za analizo, o novo motorno olje uradnega zastopnika,

o rabljeno motorno olje obeh modelov po opravljenem določenem intervalu vzdrževanja (500 delovnih ur);

 analiziral dobljene podatke o obremenitvi vsakega traktorja.

2 Namen in cilji raziskave

Preučiti želim, ali nedovoljen poseg oz. manipulacija moči ter navora na motorjih z notranjim zgorevanjem vpliva na poslabšanje kakovosti delovanja in življenjsko dobo stroja. Menim, da kljub zgoraj naštetim prednostim tak poseg veliko bolj škoduje stroju in uničuje njegove sestavne dele.

Novim kupcem se dandanes ponuja ogromno informacij o novih delovnih strojih in traktorjih na spletu. Vsak želi iz svojih strojev iztisniti največ. Zaradi boljšega finančnega stanja kupijo cenejši stroj, a da dosežejo enako zmogljivost kot pri večjem modelu, »umetno« povišajo delovno moč stroja. Največji učinek posega v motorno olje je zaradi višjih temperatur olja, ki prej izgubi svojo sposobnost pravilnega mazanja in hlajenja ravno zaradi trenja notranjih delov in sil, ki se pojavljajo v motorju. To na dolgi rok vodi do zmanjšanja moči, povečane porabe goriva in okvare motorja. [3]

Pod drobnogledom želim analizirati in pregledati kvaliteto motornega olja, kot navajam v primeru:

Postavimo za primerjavo človeka, pri katerem je glavna sestavina celotnega telesa, ki omogoča njegovo pravilno delovanje, kri. V mojem primeru tudi traktor potrebuje svojo sestavino, tj.

motorno olje. Tako kot smo si ljudje različni po višini, teži, barvi, starosti itn., tako so si različni motorji različnih moči, velikosti, oblik, opreme itn.

Za lažjo predstavo sem potreboval zelo natančne podatke, da sem jih lahko primerjal in ugotovil stanje olja. Potreboval sem dodatne laboratorijske raziskave in analize, kjer sem si pomagal z akreditiranem laboratorijem OELCHECK v Nemčiji.

Namen in cilji raziskave 7

2.1 Splošno o motornih oljih in mazanju

Glavni nameni mazanja dveh strojnih delov, ki se gibljeta v medsebojni odvisnosti, so:

 zmanjšati trenje,

 zmanjšati obrabo,

 zmanjšati segrevanje.

Mazivo je vsaka substanca, ki s tem, ko je vložena med dve gibajoči se površini, zadosti glavnemu namenu, tj. mazanju. Os ali gred, ki se vrti na enem ali več drsnih tečajih in je vležajena s pušami, se pri nizkih vrtilnih frekvencah vrti z veliko izgubami. Relativno gibanje, ki se pojavi, je drsenje. Če hočemo os bolje vležajiti, tako da bo manj trenj in manj izgub, pogosto uporabimo kotalne ležaje, pri katerih je relativno gibanje kotaljenje, ki načeloma povzroča manjši odpor.

Učinkovito mazanje je treba predvideti že pri sorazmerno preprostih strojih, pri katerih je po navadi veliko mest, ki morda niso izrazito obremenjena, pa je kljub temu treba zagotoviti gladko gibanje. Bolj ko so stroji zahtevni, večjo pozornost je treba posvečati brezhibnemu dovodu maziva. Primer zahtevnejšega stroja so motorji z notranjim zgorevanjem, ki imajo več vrst vležajenj, kot na primer: vležajenje motorne gredi, vležajenje ojnic, vležajenje odmične gredi itn. Motorji z notranjim zgorevanjem morajo zdržati več delovnih ur ali več sto tisoč prevoženih kilometrov, temperature v motorju so pogosto precej višje od 100 °C, obremenitev pa se venomer spreminja.

Posebno pozornost je treba posvetiti tudi mazanju gonil. Prav dobro izvedeno mazanje omogoča gonilom obratovanje z visoko zanesljivostjo, ki je v mnogih primerih blizu 100 %.

2.2 Trenje v motorju z notranjim zgorevanjem

Izkoristek enega najpogostejših motorjev našega časa, to je motorja z notranjim zgorevanjem, je zaskrbljujoče nizek. Želja je, da bi dvignili izkoristek teh motorjev, da bi tako lahko z manj porabljenega goriva opravili več koristnega dela. To pomeni, da morajo inženirji motorjev skrbeti, da se čim manj energije odvede skozi izpušni in hladilni sistem ter da so vsi pomožni sistemi čim bolj učinkoviti. Ogromno energije se izgublja ravno s frikcijo, zato je trenje mogoče zmanjšati z dobrim mazanjem. Proizvajalec (in tudi drugi proizvajalci motorjev in vozil) namreč ne predpiše proizvajalca olja, temveč v navodilih za uporabo in vzdrževanje predpiše raven kakovosti in viskoznosti olja, ki je primerno za uporabo v nekem motorju. Glavna lastnost maziv – olj, je njihova »mazalnost«, s katero zmanjšujejo trenje in obrabo. Mazalna olja morajo med drsnimi površinami ustvariti oljni film, odporen proti tlaku, in se dobro oprijemati kovinskih površin. [4]

8 3.1 Lastnosti maziv

3 Motorna olja: mineralno ali sintetično olje

Najpogostejša so mineralna maziva. Vir mineralnih maziv je nafta, ki jo črpamo na različnih koncih sveta. Surovo zemeljsko olje ali surova nafta je sestavljena zelo kompleksno. Na sestavne komponente se razstavi z destilacijskim procesom. Osnovna razlika med mineralnimi olji temelji na: kemični strukturi komponent, vsebnosti žvepla in viskoznosti.

Najpomembnejši podatek v zvezi z mineralnimi olji je vsekakor njihova cena, ki je sorazmerno nizka. To je glavni vzrok, da se delež mineralnih maziv na trgu ohranja na zelo visoki ravni, in to kljub intenzivnemu razvijanju sintetičnih olj, trdih maziv in polimerov, ki so najbolj odporni na obrabo. [5]

Najpogostejše mazivo je olje, ki je sestavljeno iz baznega olja in aditivov. Bazna mineralna olja se pridobivajo iz surove nafte z destilacijo, ki ji sledi še rafinacija oz. čiščenje. Finalna mineralna olja imajo za osnovo bazno mineralno olje, ki je legirano z namenskimi aditivi.

Tako imenovano glavno mazalno olje je sestavljeno iz baznega olja (95 %) in dodatkov (5 %).

Poznamo tri vrste baznih olj:

 biološka,

 mineralna,

 sintetična.

Bazna sintetična olja se po navadi pridobivajo iz zemeljskega plina, ki ga v kemičnih tovarnah spremenijo v polialfaolefine, estre itn. Sintetična finalna olja so sestavljena iz sintetičnega baznega olja, ki so mu dodani aditivi.

Prednosti sintetičnih finalnih olj v primerjavi z mineralnimi finalnimi olji so:

 boljša oksidacija in toplotna stabilnost,

 manjše spreminjanje viskoznosti pri spreminjanju temperature,

 manjše izparevanje.

Slabost sintetičnih olj je njihova visoka cena.

Sintetična maziva uporabljamo predvsem, kadar so okoliščine delovanja stroja še posebej zahtevne. S sintetičnimi mazivi se že dolgo mažejo: kompresorji, dirkalni motorji, zelo obremenjena zobniška gonila, motorji in gonila v rudnikih itn.

Večina finalnih olj ima za bazo mineralno olje. Delež sintetičnih maziv je okoli 10 % in počasi narašča. Bolj ko so aplikacije zahtevne, večji je poudarek na mazivih.

3.1 Lastnosti maziv

Primarna naloga maziv je preprečevanje trenja in obrabe stroja. Zato so primarni kriteriji glede kakovosti olja povezani prav s tem, kako učinkovito mazivo preprečuje trenje in obrabo v elementih stroja. Kakovost maziva pa se kaže v stabilnosti mazalnih lastnosti v daljšem časovnem obdobju.

Slabo mazivo lahko povzroči tako mehanske poškodbe stroja kot tudi korozijo stičnih površin.

Kakovost olja pa vendar ni edina skrb proizvajalcev, saj je zelo pomembna tudi njegova cena.

Motorna olja: mineralno ali sintetično olje 9 Veliki stroji namreč potrebujejo več tisoč litrov mazalnega olja, kar pomeni, da mazivu pripada precej visok delež pri vzdrževalnih stroških večjega stroja.

3.2 Lastnosti olj

3.2.1 Viskoznost: dinamična in kinematična

Različna olja imajo različno viskoznost. Dejstvo pa je, da se viskoznost spreminja s temperaturo in tlakom, od česar je tudi odvisna debelina nastalega oljnega filma. Na prvi pogled se zdi, da je bolj viskozno olje tudi učinkovitejše, ker bo nastali oljni film debelejši, zaradi česar bomo dosegli boljšo ločitev med dvema kontaktnima površinama. To ni vedno tako, saj bolj viskozno olje rabi več moči zaradi strižne napetosti. Posledica tega so večje izgube, nastaja več toplote, kar povzroči znatno povečanje temperature stičnih površin, to pa lahko vodi do poškodb. V inženirskih aplikacijah se viskoznost olja po navadi izbere tako, da zagotavlja optimalni izkoristek stroja pri njegovi delovni temperaturi. Ravno geografska lokacija vpliva na delovno temperaturo motornega olja.

V fizičnem smislu viskoznost odraža notranje trenje, ki nastane ob premikanju sosednjih plasti tekočine. V zelo viskoznih oljih so te plasti povezane veliko močneje in so zato manj premične.

V primeru dinamične ali "prave" viskoznosti se meri odpornost proti toku v tekočini. Za izračune se uporablja enota kg/m * s. Ideja modela je izmeriti silo, ki deluje na izpodrivanje tekočine, ki se nahaja med dvema vzporedno nameščenima ploščama, kot je prikazano na sliki 6.

Zgornja plošča A, ki se naslanja na tekoči film, se s silo F premika s konstantno hitrostjo v vzporedno z osnovno ploščo. Tekoči film, ki je neposredno pod gibljivo ploščo, se nanjo popolnoma prime. Zaradi notranjega trenja v tekočini se plasti, ki so bolj oddaljene, premaknejo nekoliko bolj v smeri gibanja. Vendar se ta premik z vsako plastjo zmanjša v smeri "osnovne plošče", sam spodnji sloj pa ostane kot film nepomičen, prilepljen na osnovno ploščo. Na diagramu modela so prikazani premikani položaji slojev na koncu preizkusa.

10 3.2 Lastnosti olj

Slika 6: Dinamična viskoznost

Za dinamično viskoznost velja naslednja enačba, ki je odvisna od števila plasti tekočine oz.

debeline mazalnega filma:

𝑑𝑖𝑛. 𝑣𝑖𝑠𝑘𝑜𝑧𝑛𝑜𝑠𝑡 =

𝑑𝑒𝑏𝑒𝑙𝑖𝑛𝑎 𝑚𝑎𝑧𝑎𝑙𝑛𝑒𝑔𝑎 𝑓𝑖𝑙𝑚𝑎 ℎ)

=

𝐹 𝐴 μ𝑣 𝑑

; (

𝑚𝑠

= 𝑃𝑎. 𝑠)

Dinamično viskoznost so pogosto določali z uporabo padajočih krogličnih viskozimetrov.

Dandanes se uporabljajo tudi rotacijski viskozimetri, pri katerih predmet v motornem olju vrti motor ali elektromagnet v olju tekočine. [6]

 Kinematična viskoznost

Ker je za izračun dinamične viskoznosti potreben velik meroslovni napor, je bila vzpostavljena praktična metoda izračuna kinematične viskoznosti. Ta opisuje "razmerje viskoznosti in gostote" in je izražena z uporabo enote (mm²/s) ali pogosto "centistoke" (cSt). Načelo merjenja kinematične viskoznosti temelji na času, v katerem olje teče skozi določeno pot kapilare pri določeni temperaturi z uporabo težnosti. S pomočjo kapilarne konstante "viskozimetra"

izračunamo kinematično viskoznost glede na čas pretoka.

Za razliko od vode, ki ima skoraj enako pretočnost pri vseh temperaturah med 0 °C in 100 °C, se viskoznost olja glede na temperaturo močno spreminja. Poleg tega na viskoznost vplivajo tudi delovni tlak ali dejavniki, kot so oksidacija in nečistoče. Žal se še bolj zaplete, ker se pretočnost olja ne spreminja enakomerno, torej linearno, s temperaturo.

Motorna olja: mineralno ali sintetično olje 11

3.2.2 Razredi ali skupine viskoznosti

Viskoznost je najpomembnejša fizikalna lastnost mazalnega olja. Za sposobnost maziva je ključnega pomena, da ustvari stabilno mazalno folijo.

Pred približno tridesetimi leti sta ameriška znanstvenika Dean in Davis odkrila, da se različna olja pri različnih temperaturah lahko obnašajo popolnoma drugače, čeprav imajo enako viskoznost pri 40 °C! Medtem ko so bila nekatera olja razmeroma redka in jih je bilo enostavno pretakati tudi pri nizkih temperaturah, so se druga že strdila v trdno maso. Katastrofalno za mazalno olje.

Da bi znanstvenika prišla do dna svojega odkritja, sta glede viskoznosti in temperature olj sistematično pregledala veliko število mazalnih olj, ki so bili na voljo na trgu. Pri tem sta ustvarila niz pravil, ki veljajo še danes. Indeks viskoznosti "VI" se izračuna z uporabo viskoznosti, izmerjenih pri dveh različnih temperaturah (40 °C in 100 °C). S pomočjo tega indeksa viskoznosti lahko temperaturno obnašanje različnih olj zdaj veliko lažje primerjamo med seboj.

Višji je indeks viskoznosti olja, manj se njegova viskoznost spreminja pri različnih temperaturah. To je še posebej ugodno, če se mazalna olja uporabljajo pri nizkih in visokih temperaturah.

Skoraj vsako poimenovanje olja ima številko, tako imenovani razred viskoznosti za avtomobilska olja ali skupino viskoznosti za industrijska olja. Skupine so v veliko pomoč pri izbiri viskoznosti olja, da se pravilno prilega. Tako kot velikost čevlja tudi razred viskoznosti preprosto predstavlja "vrednost, ki ustreza". Tako kot moramo pri nakupu čevljev jasno povedati, v kakšen namen jih potrebujemo, na primer za hojo, ples, tek itn., moramo tudi pri nakupu olja razmišljati o tem, v katerem stroju bo uporabljen in kakšnim pogojem delovanja bo izpostavljen.

Za kvalifikacijo maziv po viskoznosti se uporablja kar nekaj precej razširjenih sistemov, predstavljenih spodaj v tabeli 2. Najpogosteje se uporabljajo sistem SAE (Society of Automotive Engineers), sistem ISO (International Organization for Standardization) in vojaške klasifikacije. [7]

12 3.2 Lastnosti olj

Tabela 2: Primerjalna tabela stopenj viskoznosti

Kinematična viskoznost

ISO AGMA (ZDA) SAE SAE

cSt pri 40 °C

cSt pri 100 °C

Industrijska olja

Olja za zobniške prenose

Motorna olja

Olja za zobniške prenose 2000

0

70

4

1500 250

1000 8A

680 8 140

460 7

320 6 60 90

220 5 50

150 4 40

85 W

100 3 30 80 W

68 2 20

75 W

46 1

32 0 15 W

22 10 W

15 5 W, 10 W

2

Motorna olja so po navadi sestavljena olja, in sicer iz mineralnega, pol- ali popolnoma sintetičnega baznega olja (osnovne zaloge) ter različnega števila in količine dodatkov.

Kakovost motornega olja je odvisna od osnovne zaloge in njegovih lastnosti ter dodatkov.

Glavne zahteve za motorno olje so določene temperaturno-viskozne lastnosti, zaščita pred obrabo in korozijo, vzdrževanje čistosti motorja, zadrževanje delcev, kot so saje ali abrazivi, suspenzija, meja popuščanja pri stiskanju in še mnoge druge. Temperatura vpliva na lastnosti

Motorna olja: mineralno ali sintetično olje 13 pretoka motornega olja. Motorno olje je na voljo v različnih stopnjah SAE glede na podnebje, kjer se uporablja, in namen uporabnika.

Dinamična viskoznost pri nizkih temperaturah je merjenja na simulatorju hladnega zagona, zato je ta lastnost zelo dober indikator sposobnosti zagona pri nizkih temperaturah. Viskoznost, ki je merjena pri 100 °C, pa je pokazatelj, kako se bo mazivo obnašalo na področju normalnih delovnih temperatur motorja.

Olja, ki nimajo dodanega W, so tako imenovana monogradna olja, saj do SAE-kvalifikacije viskoznosti ustrezajo samo enemu viskoznostnemu razredu. Olja z dodatkom W, ki je povezan s pojmom zime (»Winter«), zagotavljajo dobre lastnosti glede zagona motorja v hladnem vremenu. Za klimatska področja, kjer so temperature okolice pogosto pod 0 °C, se formulirajo takšna motorna in transmisijska olja, ki zagotavljajo nizko upornost pri zagonu, kar seveda pomeni, da morajo imeti dovolj nizko viskoznost pri temperaturi zagona. Tovrstna olja morajo imeti visoki indeks viskoznosti, torej VI, ki ga je mogoče doseči z dodajanjem aditivov; ti zmanjšajo spreminjanje viskoznosti zaradi temperaturnih sprememb. To so tako imenovani polimeri aditivov. Olja, ki imajo takšne dodatke, se imenujejo multigradna olja.

Problem, ki je pogosto povezan z uporabo multigradnih olj, je njihova občutljivost za strižne razmere, ki se kaže tako, da se z večanjem strižnega razmerja viskoznost zelo zmanjša. Vzrok za ta pojav so polimerni aditivi.

Padec viskoznosti maziva lahko vpliva na debelino mazalnega filma in v skrajnem primeru celo na lastnosti stroja.

Sprememba viskoznosti, odvisna od temperature, je linearna in jo je mogoče izračunati "dvojno logaritmično". Temperaturne razlike, na primer 10 °C, ne vodijo do enakih številskih skokov sprememb viskoznosti. Indeks viskoznosti (VI), ki se izračuna s pomočjo kinematične viskoznosti, izmerjene pri 40 °C in 100 °C, se uporablja za opis viskozno-temperaturnega vedenja olja. Ta parameter omogoča boljše primerjanje viskoznosti različnih olj glede na temperaturo.

14 3.2 Lastnosti olj

Slika 7: Odvisnost viskoznosti in temperature

Diagram na sliki 7 nam prikazuje, da so olja z višjim VI kljub isti viskoznosti znatno gostejša pri 40 °C in 100 °C. To pomeni, da so pri nizkih temperaturah precej redkejša in tako omogočajo lažji zagon stroja, s čimer zmanjšujejo izgube energije.

Tipičen primer olj z optimiziranim viskoznim in temperaturnim obnašanjem so sodobna večgradna motorna olja, kot so SAE 15W-40, 10W-40 ali 5W-30. Takšna večgradna olja imajo po navadi bistveno višji indeks viskoznosti zaradi dodatkov. Taka so enovrstna motorna olja na osnovi čistega mineralnega olja.

Viskoznost olja določata dve številki. Prva številka se konča s črko »W«, ki pomeni zimo (»Winter«). Ta meritev je povezana s tem, kako olje teče, kadar je hladno, denimo pri zagonu motorja. Druga številka opredeljuje, kako olje teče pri normalnih delovnih temperaturah motorja. [8]

Nižja kot je številka, bolje bo olje teklo. Tako bo olje 5W-30 teklo lažje kot olje 10W-30 pri zagonskih temperaturah, olje 10W-30 pa bo teklo lažje kot olje 10W-40 pri normalnih delovnih temperaturah motorja. To je pomembno, saj se motorna olja naravno zgostijo, ko se hladijo, in zredčijo, ko se segrevajo. Redka olja z nizko viskoznostjo tečejo lažje, da zaščitijo motorne dele pri nizki temperaturi. Gosta olja z visoko viskoznostjo so po navadi boljša pri ohranjanju moči zaščitne plasti, da zaščitijo motorje pri visokih temperaturah. V tabeli 3 sem za primerjavo naštel različne vrste olj z viskoznostnimi indeksi.

Motorna olja: mineralno ali sintetično olje 15

Tabela 3: Običajna olja in primerjava viskoznih indeksov

Vrsta olja Indeks viskoznosti

Hladilna olja 50–80

Olja za menjalnike in hidravlična 95–105 Večnamensko motorno olje SAE 10W-40 130–150

Večnamenska hidravlična olja 130–160

Večnamensko motorno olje SAE 5W-40 160–180 Enovrstno motorno olje SAE 20W-20 90–100

Olje za menjalnik SAE 75W-90 160–190

Bio-hidravlično olje HEES 46 140–200

Rastlinsko olje ~ 195–210

Glikol ~ 200–220

Silikonsko olje ~ 205–400

 Obnašanje viskoznosti in tlaka

Olja s povečanim pritiskom postanejo tudi gostejša. Obnašanje viskoznosti in tlaka je tudi specifičen parameter maziva, ki pa ga lahko večinoma zanemarimo, saj je pri tlakih pod 400 barov tako rekoč nepomemben. Sprememba viskoznosti zaradi zvišanja tlaka za 100 barov je nesorazmerno manjša od spremembe zaradi povečanja temperature za 10 °C. Oblikovalci visokozmogljivih hidravličnih sistemov in komponent vedno upoštevajo vpliv, ki ga ima tlak na viskoznost, hkrati pa upoštevajo tudi temperaturni vpliv, ki se pojavi istočasno.

Maziva so med drugim zadolžena za zaščito površin parov gibljivih delov pred obrabo z gradnjo elastičnega mazalnega filma. Pozitiven učinek je, da se pri tradicionalnih mazalnih oljih viskoznost maznega filma poveča do te mere zaradi prevladujočega pritiska nanj, in tako se površine ločijo.

V meroslovnem smislu je zelo težko določiti viskoznost mazalnega olja, ki je bila spremenjena zaradi visokega tlaka. Le peščica inštitutov, med njimi je RWTH v Aachnu, lahko dejansko izvede takšne meritve.

16 3.2 Lastnosti olj

3.2.3 Toplotne lastnosti maziv

Najpomembnejše toplotne lastnosti maziv so specifična toplota, toplotna prevodnost in sposobnost širjenja toplote. Ti parametri so pomembni pri ocenjevanju temperaturnih pojavov v mazivih, posebej še pri obravnavi hladilnih sposobnosti olja in pri določevanju delovne temperature olja na kontaktnih površinah. Toplotne lastnosti maziva so pomembne tudi pri konstruiranju ležajev. [9]

 Druge toplotne karakteristike maziv

Toplotne lastnosti maziv so pomembne, kadar izbiramo primerno mazivo za določeno aplikacijo. Še posebej pomemben je podatek, v kakšnem temperaturnem področju je mazivo uporabno. Pri previsokih temperaturah se olja razgradijo oz. strokovno rečeno degradirajo, kar se zgodi z mehanizmom toplotne dekompozicije ali zaradi oksidacije. Pri nizkih temperaturah pa olja postanejo skorajda trdna telesa oz. se lahko celo strdijo. Med delovanjem se lahko zgodi, da olje odlaga usedline, postane lakasto na kontaktu dveh teles, zaradi prisotnosti vode tvori emulzijo ali pa zaradi silnega mešanja tvori peno. Vsi ti pojavi so nezaželeni in so neprestano predmet intenzivnih raziskovanj. Degradacija olj ni samo problem, ki prizadene olje kot takšno, temveč je to predvsem problem, ki vodi do poškodb ali celo do usodnih odpovedi delov, med katerimi so vzpostavljeni mazani kontakti. Slabo ali iztrošeno olje lahko povzroči trajno odpoved celotnega kompleksnega stroja. Značilen primer takšne posredne poškodbe je korozija, ki nastopi zaradi kislosti oksidiranega olja. Najpomembnejše toplotne karakteristike maziv so:

 tališče,

 vnetišče,

 izparevanje,

 oksidacija,

 toplotna stabilnost.

3.2.4 Druge karakteristike maziv

Najpogostejše so:

 površinska napetost,

 nevtralizacijsko število,

 preostanek ogljika,

 lomni indeks – optična lastnost maziv,

 kompatibilnost aditivov,

 topljivost aditivov.

3.2.5 Prisotnost nečistoč

 Vsebnost vode in hladilne tekočine

Vsebnost vode je količina vode, ki je prisotna v mazivu. Delež vode se lahko izmeri s centrifugiranjem, destilacijo ali voltametrijo.

Motorna olja: mineralno ali sintetično olje 17 Vsebnost vode zelo vpliva na korozijsko in oksidacijsko obnašanje maziva. Olje, ki je pomešano z vodo, tvori emulzijo, ta pa ima mnogo manjšo spodobnost prenašanja obremenitev kot čisto olje. Reakcija, ki je prikazana na sliki 8 med mešanja olja in hladilne tekočine, je zelo hitra. Posledice vsebnosti vode so zato lahko poškodbe delovnih površin.

Slika 8: Nečistoča – hladilna tekočina

 Vsebnost žvepla

Vsebnost žvepla je količina žvepla, ki je prisotna v mazivu. Žveplo ima na splošno nekaj koristnih, a tudi nekaj škodljivih vplivov na delovanje maziva v stroju, ki ga mažemo.

Žveplo zelo dobro vpliva na povezovanje maziva z elementi stroja, zato lahko njegova prisotnost omogoči delovanje stroja pri višjih temperaturah in pod večjimi obremenitvami, po drugi strani pa ima žveplo zelo velik korozivni učinek.

 Vsebnost pepela

V olju je prisotna določena količina negorljive materije, ki se določi z meritvijo pepela, po tem ko olje zgori. Ta nečistoča so morda produkt obrabe, trdni delci, ki so posledica razpada v mazivu ali gorivu, atmosferski prah, spodaj v sliki 9 prikazan z očesom in pod mikroskopom, ki je v sistem prišel skozi filter. Nekatere od teh kontaminacij so se ujele v oljni filter, druge pa postale del olja.

18 3.3 Poškodbe ob nepravilnem mazanju

Slika 9: Nečistoča – pepel

3.3 Poškodbe ob nepravilnem mazanju

 Površina trdnih delcev

Če je hrapavost površine pregroba, potem bo nastopila intenzivna obraba, lahko pa pride tudi do trganja delcev površine.

Pokazalo se je, da ima večina površin, kjer je mazanje učinkovito, ugoden profil hrapavosti, sestavljen iz pretežno ravnih platojev, ki so naključno prepredeni z globokimi vrzelmi, ob neučinkovitem mazanju pa se nam kaj hitro začenjajo pojavljati poškodbe, kakršne so vidne na sliki 10.

Slika 10: Površinska poškodba

 Kontakti med telesi

Kontakti med telesi so lahko: drsenje po kontaktih med trdnimi telesi, drsenje in obraba, nastop drsenja ter mehanizem z učinkom »stick-slip«, strukturne razlike med statičnim in drsnim kontaktom, trenje in drugi kontaktni pojavi pri kotaljenju.

 Abrazijska obraba

Mehanizmi abrazijske obrabe so rezanje, pojav razpok, utrujenost.

Ker je abrazijska obraba najhitrejša vrsta obrabe, prav ta povzroča največ škode pri obratovanju strojev in naprav. Presoja tega, kako učinkovit je stroj zaradi abrazijske obrabe, je zelo pogosto otežen ... Najpogostejši primeri abrazijske obrabe so lopate in plugi, s

Motorna olja: mineralno ali sintetično olje 19 katerimi rahljamo zemljo. Prav vsak material, pa čeprav je glavnina sorazmerno zelo mehka, lahko povzroči abrazijsko obrabo, če so v njem prisotni trdi delci.

 Erozijske obrabe

Mehanizmi erozijske obrabe, vpliv obrabe, ki jo povzročajo tekočine, vpliv temperature, odpornost materialov, jekla, ki so odporna proti erozijski obrabi, erozija odpornosti polimerov in erozijska obraba keramike so primeri erozijske obrabe. Erozijska obraba nastopi, kadar delec, ki je trden udari ob površino predmeta. Pojavlja se pri mnogih strojih.

 Druge poškodbe, ki se lahko pojavijo o Kavitacijska obraba

o Adhezija in adhezijska obraba

Pomanjkljivo mazanjem kovinskih drsnih kontaktov predstavlja posledico adhezijske obrabe, saj je to povezano z izgubo osnovne funkcije mazanja, ki v bistvu pomeni nekakšno ločitev dveh gibajočih se površin z vmesnim medijem. Če drsne površine niso ločene, razdvojene, potem je skoraj neizogibno, da nastopi adhezijska obraba.

o Korozijska in oksidacijska obraba

Korozijska obraba je splošen izraz, ki se nanaša na kakršno koli obrabo, povzročeno s kemijskim ali korozijskim procesom (kemijski reagent, mazivo ali zrak), medtem ko se oksidacijska obraba nanaša zgolj na obrabo, ki jo povzroča atmosferski kisik.

o Mejno mazanje in mazanje pri ekstremnih tlakih

V mnogih praktičnih aplikacijah nastopajo takšne obratovalne razmere, pri katerih mazanje ni niti hidrodinamično niti elasto-hidrodinamično.

o Obraba površinske trdnosti materialov

Površinska utrujenost se po navadi nanaša na začetne poškodbe na gladki površini in se nadaljuje čez celotni proces. Vidne so tudi kot tanek sloj praha, kot je prikazano na sliki 11.

Slika 11: Poškodbe – Obraba površinske trdnosti materialov

20 3.3 Poškodbe ob nepravilnem mazanju

Kontrola kakovosti 21

4 Kontrola kakovosti

Laboratorijske preiskave olja so potrebne za ugotavljanje in spremljanje dejanskega stanja olja.

Pri ocenjevanju analize olja je treba upoštevati veliko število vplivnih dejavnikov. Vrsta maziva, čas uporabe in delovni pogoji so enako pomembni kot nega in vzdrževanje ter tipične konstrukcijske značilnosti stroja ali mazane komponente. Uporabljajo se lahko ne samo za menjavo olja glede na stanje, spremembe trenda zlasti pomagajo odkriti poškodbe v zgodnji fazi ali ugotoviti vzroke nenavadnih procesov obrabe.

Olje s svojimi rezultati lahko dejansko »govori«. Vendar je pomembno, da ga tudi znamo razumeti. Potrebno je tudi nekaj individualnega znanja in izkušenj ter kompleksnega razmišljanja za oblikovanje celovite diagnoze kot strukturiranega pristopa. Za doseganje neodvisnih rezultatov in doseganje dobre učinkovitosti imamo dandanes na razpolago različne sisteme in standarde kakovosti.

Standardi kakovosti so opredeljeni kot dokumenti, ki vsebujejo zahteve, specifikacije, smernice ali lastnosti, ki jih je mogoče dosledno uporabljati za zagotovitev, da so materiali, izdelki, postopki in storitve primerni za svoj namen.

Standardi organizacijam zagotavljajo skupno vizijo, razumevanje, postopke in besedišče, ki so potrebni za izpolnitev pričakovanj njihovih deležnikov. Ker standardi predstavljajo natančne opise in terminologijo, organizacijam in potrošnikom po vsem svetu ponujajo objektivno in verodostojno podlago za komunikacijo in poslovanje.

Organizacije se obrnejo na standarde za smernice, opredelitve in postopke, ki jim pomagajo doseči cilje, kot so:

 izpolnjevanje zahtev svojih strank glede kakovosti,

 zagotavljanje varnosti svojih izdelkov in storitev,

 upoštevanje predpisov,

 doseganje ciljev za čisto okolje,

 zaščita izdelkov pred podnebnimi ali drugimi neugodnimi pogoji,

 zagotavljanje opredelitve in nadzora notranjih procesov.

Uporaba standardov kakovosti je prostovoljna, vendar jo lahko pričakujejo nekatere skupine zainteresiranih strani. Poleg tega lahko nekatere organizacije ali vladne agencije od dobaviteljev in partnerjev zahtevajo uporabo določenega standarda kot pogoj za poslovanje.

 Za podjetja: Standardi so pomembni za poslovanje vsake organizacije. Uspešna podjetja priznavajo standarde kot poslovna orodja, ki jih je treba upravljati skupaj s kakovostjo, varnostjo, intelektualno lastnino in politiko za čisto okolje. Standardizacija vodi k nižjim stroškom z zmanjšanjem presežkov, zmanjšanjem napak ali odpoklicev in skrajšanjem časa za trženje.

 Za svetovno gospodarstvo: Podjetja in organizacije, ki izpolnjujejo standarde kakovosti, pomagajo izdelkom, storitvam in osebju čezmejno, prav tako pa zagotavljajo, da se izdelki, izdelani v eni državi, lahko prodajo in uporabljajo v drugi.

22 4.2 Standardizacija v sodobnem svetu

 Za potrošnike: Številni standardi vodenja kakovosti zagotavljajo varovanje uporabnikov izdelkov in storitev, vendar standardizacija lahko olajša tudi življenje potrošnikov. Izdelek ali storitev, ki temelji na mednarodnem standardu, bo združljiv z več izdelki ali storitvami po vsem svetu, kar povečuje število možnosti izbire po vsem svetu.

4.1 Standard

Standard je dokument, ki nastane s soglasjem in ga odobrijo priznani organi. Določa pravila, smernice ali značilnosti za dejavnosti ali njihove rezultate ter je namenjen za občo in večkratno uporabo. Usmerjenost kaže z doseganjem optimalne stopnje urejenosti na danem področju.

Na svetovnem trgu je treba vzpostaviti nadzor in ravnovesje, v nasprotnem primeru bo težko ohraniti doslednost in kakovost v vseh panogah in državah. Mednarodni standardi pomagajo ohranjati enake konkurenčne pogoje. Ena takih organizacij je ISO (Mednarodna organizacija za standardizacijo).

4.2 Standardizacija v sodobnem svetu

Mednarodna standardizacija zajema mnoga področja tehnologije in blagovne menjave, od strojništva, težkih kovin, tekstila, pakiranja, varovanja okolja, transporta blaga, proizvodnje in distribucije energije, bančništva in finančnih storitev pa vse do elektrotehnike, informacijske tehnologije in telekomunikacij, če naštejemo le nekatere. [10]

Potreba po mednarodni standardizaciji v sodobnem svetu

Obstoj neusklajenih standardov za sorodne tehnologije v različnih državah ali regijah lahko vodi do tako imenovanih "ovir v trgovini". Izvozno usmerjeni industrijski proizvajalci so že dolgo prepričani, da potrebujejo mednarodne standarde, katerih vsebino so s konsenzom sprejele vse zainteresirane države, da bi si olajšale postopek mednarodnega trgovanja. Največje prednosti mednarodne standardizacije se tako odražajo v:

 svetovnem napredku in liberalizaciji trgovanja: sodoben način trgovanja, kjer je v središču tako imenovani "prosti trg", zahteva možnosti neoviranega vstopa na trg in enakopravnega konkurenčnega boja na temelju nepristranskih meril, ki veljajo za vse.

Takšni jasno določeni splošni napotki in merila, ki jih priznavajo trgovinski partnerji v vseh državah enako, so mednarodni standardi.

 združljivosti komunikacijskih sistemov: računalniška industrija je dober primer tehnologije, ki potrebuje hitro in sodobno standardizacijo v svetovnem merilu. Popolna združljivost med odprtimi sistemi omogoča namreč zdravo konkurenco med proizvajalci, uporabnikom pa nudi možnost svobodne izbire. Odprta izmenjava informacij spodbuja inovacije, izboljšuje produktivnost in zmanjšuje stroške.

 pripravi standardov za nove tehnologije: standardizacijski programi že zelo zgodaj vključujejo delo na popolnoma novih področjih, kot so novi materiali, skrb za okolje,

Kontrola kakovosti 23 urbanizacija prostora in graditeljstvo, ter najprej določijo terminologijo in ustvarjajo podatkovne baze za celovite informacije, kar omogoča vsem govoriti z istim jezikom.

 zaupanju uporabnikov: izdelki in storitve, ki lahko dokažejo svojo skladnost z mednarodnimi standardi, so na trgu bolj cenjeni. To zaupanje v kakovost in varnost je pogosto doseženo že z dobaviteljevo izjavo, še bolj pa s certifikatom neodvisnega organa na podlagi ustreznega standarda.

V sodobnem svetu so standardi nujni pri racionaliziranju proizvodnje in storitev, saj odpravljajo marsikatero nepotrebno oviro v trgovini. V standardih lahko najdemo tehnične specifikacije in druga natančna merila, ki se pogosto uporabljajo kot pravila, navodila, preskusni postopki ali definicije ter kot trenutno uveljavljeno stanje tehnike predstavljajo tudi osnovo za nov razvoj.

V nadaljevanju opisujem nekaj najpomembnejših standardov, ki so nam danes v veliko pomoč.

4.2.1 Standard ISO

Standard ISO potrjuje, da sistem vodenja, proizvodni proces, storitev ali dokumentacijski postopek izpolnjujejo vse zahteve za standardizacijo in zagotavljanje kakovosti. ISO (Mednarodna organizacija za standardizacijo) je neodvisna, nevladna mednarodna organizacija, ki razvija standarde za zagotavljanje kakovosti, varnosti in učinkovitosti izdelkov, storitev in sistemov. [11]

Standardi ISO obstajajo na številnih področjih industrije, od upravljanja z energijo in družbene odgovornosti do medicinskih pripomočkov in upravljanja z energijo. Za zagotavljanje doslednosti so vzpostavljeni standardi ISO. Vsak certifikat ima ločene standarde in merila ter je številčno razvrščen. Lahko gre za izdelavo izdelka, vodenje procesa, dostavo storitve ali dobavo materiala – standardi pokrivajo ogromno dejavnosti.

Na primer: eden izmed certifikatov ISO, ki ga imajo pri OELCHECK, je ISO 9001:2015.

 DEFINICIJA ISO 9001

Certifikat ISO 9001:2008 vključuje tri komponente: ISO, 9001 in 2015. Vsaka komponenta predstavlja naslednje:

 ISO

Kot že omenjeno, se ISO nanaša na Mednarodno organizacijo za standardizacijo. Ta organizacija razvija standarde in to počne, da bi certificirala podjetja ali organizacije.

Certificiranje izvajajo tretje osebe in se vsako leto preverja.

 9001

Številka, ki se pojavi za ISO, klasificira standard. Vsi standardi v družini ISO 9000 se nanašajo na vodenje kakovosti. ISO 9001 je med najbolj znanimi standardi ISO in opredeljuje merila za izpolnjevanje številnih načel vodenja kakovosti. Pomaga podjetjem in organizacijam, da so učinkovitejši in da izboljšajo zadovoljstvo strank.

 2015

24 4.2 Standardizacija v sodobnem svetu Končna številka v certifikatu ISO se nanaša na različico standarda, ki je izpolnjena, in je predstavljena s koledarskim letom, ko so bili ti standardi uvedeni. 2015 je peta izdaja ISO 9001. Uvedena je bila septembra 2015.

4.2.2 IEC – Mednarodna elektrotehniška komisija

IEC, Mednarodna organizacija za standardizacijo, ki pripravlja standarde na področju elektrotehnike, elektronike in sorodnih tehnologij, je bila ustanovljena leta 1906. Ta mednarodna organizacija za standarde pripravlja in objavlja mednarodne standarde za vse električne, elektronske in sorodne tehnologije – skupaj znane kot "elektrotehnologija".

Standardi IEC pokrivajo širok nabor tehnologij, od proizvodnje energije, prenosa in distribucije do gospodinjskih aparatov in pisarniške opreme, polprevodnikov, optičnih vlaken, baterij, sončne energije, nanotehnologije in energije morja ter mnogih drugih. IEC upravlja tudi štiri globalne sisteme ugotavljanja skladnosti, ki potrjujejo, ali oprema, sistem ali komponente ustrezajo njegovim mednarodnim standardom. Vse tehnologije so zajete v standardih IEC, vključno s proizvodnjo in distribucijo energije, elektroniko, magnetizmom in elektromagnetizem, elektroniko v akustiki, multimedijo, telekomunikacijsko in medicinsko tehnologijo, pa tudi s povezanimi splošnimi disciplinami, kot so terminologija in simboli, elektromagnetna združljivost, merjenje in zmogljivost, zanesljivost, načrtovanje in razvoj, varnost in okolje. [12]

4.2.3 Tehnični standardi

Seveda imamo tudi dodatne specifične standarde, ki jih je precej prisotnih v tehničnih strokah.

Tehnični standard je uveljavljena norma ali zahteva za ponovljivo tehnično nalogo. Po navadi je to uradni dokument, ki določa enotna inženirska ali tehnična merila, metode, postopke in prakse.

Tehnični standard lahko razvijejo podjetja zasebno ali enostransko, na primer korporacija, regulativni organ, vojska itn. Standarde lahko razvijejo tudi skupine, kot so sindikati.

Standardizacije imajo pogosto bolj raznovrsten prispevek in po navadi razvijajo prostovoljne standarde: standardi, ki lahko postanejo obvezni, če jih sprejme vlada (tj. z zakonodajo), poslovna pogodba itn. Postopek standardizacije je pozneje lahko urejen ali pa vključuje formalno soglasje tehničnih strokovnjakov.

Glavne vrste tehničnih standardov so:

 standardna specifikacija je izrecni niz zahtev za predmet, material, komponento, sistem ali storitev. Pogosto se uporablja za formalizacijo tehničnih vidikov pogodbe o javnih naročilih ali pogodbe. Na primer: lahko obstaja specifikacija za turbine za motorje z notranjim zgorevanjem, ki opredeljuje natančne zahteve glede materiala in zmogljivosti;

 standardna preskusna metoda opisuje dokončen postopek, ki daje rezultat testa. To lahko vključuje natančno osebno opazovanje ali izvedbo zelo tehnične meritve. Na primer:

na fizikalno lastnost materiala pogosto vpliva natančna metoda preskušanja, vsako sklicevanje na lastnost se mora zato sklicevati na uporabljeno preskusno metodo;

Kontrola kakovosti 25

 standardna praksa ali postopek daje niz navodil za izvajanje operacij ali funkcij. Na primer: obstajajo podrobni standardni operativni postopki za delovanje jedrske elektrarne;

 standardni vodnik so splošne informacije ali možnosti, ki ne zahtevajo posebnega ukrepanja;

 standardna definicija je uradno uveljavljena terminologija;

 standardne enote v fiziki in uporabni matematiki so splošno sprejete meritve fizikalnih veličin.

Tehnični standardi lahko obstajajo kot:

 javni dokumenti na internetu, v javni knjižnici itn. (nekatere tehnične standarde lahko najdete v večji osrednji knjižnici ali v knjižnici tehnične univerze);

 objavljeni dokumenti, ki so na voljo za nakup;

 zasebni dokumenti v lasti organizacije ali korporacije, ki se uporabljajo in krožijo, ko lastnik ugotovi, da so potrebni ali uporabni;

 dokumenti, ki so javno dostopni v okviru intelektualne lastnine (avtorske pravice itn.);

 zaprti ali nadzorovani dokumenti, ki vsebujejo poslovne skrivnosti ali tajne podatke.

Standardi se pogosto redno pregledujejo, revidirajo in posodabljajo. Ključnega pomena je, da se uporablja najnovejša različica objavljenega standarda ali se sklicuje nanjo. Izvirnik ali standardni pisni organ ima pogosto na svojem spletnem mestu navedene trenutne različice.

Primeri najpogosteje uporabljenih tehničnih standardov so:

 ASTM International

ASTM International, prej znan kot Ameriško združenje za preskušanje in materiale, je mednarodna organizacija za standardizacijo, ki že od leta 1902 razvija in objavlja prostovoljne tehnične standarde za široko paleto materialov, izdelkov, sistemov in storitev. Približno 12.575 standardov prostovoljnega soglasja ASTM deluje po vsem svetu. Sedež organizacije je v kraju West Conshohocken v Pensilvaniji. ASTM International izhaja iz drugih organizacij za standardizacijo, kot so IEC (1906), DIN (1917), ANSI (1918), AFNOR (1926 ) in ISO (1947). [13]

 DIN – Nemški inštitut za standardizacijo

Standardi DIN so rezultati dela na nacionalni, evropski in/ali mednarodni ravni. Vsakdo lahko predloži predlog novega standarda. Ko je projekt standardov sprejet, ga v skladu s poslovnikom izvedejo ustrezni odbor za standarde DIN, ustrezni tehnični odbor evropske organizacije za standardizacijo CEN (CENELEC za elektrotehnične standarde) ali ustrezni odbor pri mednarodni organizaciji za standarde ISO (IEC za elektrotehnične projekte).

Pri tem delu lahko sodelujejo vse zainteresirane strani, vključno s proizvajalci, potrošniki, podjetji, raziskovalnimi inštituti, javnimi organi in preskusnimi organi.

Pošiljajo strokovnjake, ki bodo zastopali njihove interese v delovnih telesih DIN, ki jih nadzira približno 70 odborov za standarde, od katerih je vsak odgovoren za določeno področje. Za delo na evropski in mednarodni ravni odbori za standarde DIN pošiljajo

26 4.3 Standardizirane metode in analize strokovnjake, ki zastopajo nemške interese znotraj CEN oziroma ISO. Uslužbenci DIN usklajujejo postopke standardizacije in so odgovorni za celotno vodenje projektov, kar zagotavlja enotnost in doslednost zbiranja nemških standardov.

Standardi DIN se pregledujejo vsaj vsakih pet let. Če standard ne odraža trenutnega stanja tehnologije, se spremeni ali umakne. [14]

4.3 Standardizirane metode in analize

4.3.1 Laboratorij OELCHECK

Neodvisni laboratorij za analizo olja ima sedež v Brannenburgu v Nemčiji. Z njihovo pomočjo bom na inovativnih napravah za analizo olja in z najnovejšo programsko opremo ter predanimi, izkušenimi strokovnjaki uporabil svoje vzorce. Z urejenim dodelanim sistemom lahko v 24 urah predložijo poročilo s smiselno diagnozo za vsak analizirani vzorec olja. Strukture in procesi za razvoj njihovega podjetja v prihodnosti že danes vodijo po načinu popolne interakcije ljudi in naprav ter dosledne integracije v podroben sistem vodenja kakovosti po vseh načelih standardizacije.

Njihove dolgoletne izkušnje in široka baza podatkov (teh je že preko tri milijone) pri analizi olja razkrivajo bližajočo se škodo in pomagajo preprečiti popolno izgubo. Poleg tega z zgodnjim odkrivanjem poškodb, ki jih omogoča olje, prihranimo drage stroške popravila.

Zaradi stalnega spremljanja stanja olja in stroja se izognemo tudi okvaram strojev, povezanimi s poškodbami.

Analiza olja je pri njih možna tudi za maziva iz vetrnih turbin, motorjev, plinskih motorjev, zobnikov, sistemov za kroženje olja, hidravlike, transformatorjev, kompresorjev, sistemov za prenos toplote, hladilnih strojev itn. [15]

 Pravilno vzorčenje

S kompletom za analizo OELCHECK sem vzel vzorec olja, ga dokumentiral in poslal v analizo. Postopek je potekal tako:

o S pomočjo posebne brizge sem, kot je vidno spodaj na sliki 12, lahko izčrpal čisti vzorec neposredno iz zbiralne posode olja v motorju.

o Vzorec olja sem odlil v posebno posodico (100 ml). Ker smo želeli opravljati analizo več motornih olj, smo temu primerno dobili primerne pokrovčke od laboratorija.

o Sledila je označitev s črtnim listkom, laboratorijsko številko in izpolnitev informacij o stroju, delovnem okolju in uporabljenem olju, ki je bilo na voljo.

o Postopek sem dvakrat ponovil. Tretji vzorec, čisto olje, sem odvzel neposredno iz proizvajalčeve posode.

o Vse tri vzorce sem dodatno zapakiral v tesnilno kuverto, ki preprečuje izlitje.

o Sledila je analiza vseh treh vzorcev v Nemčiji, v laboratoriju OELCHECK.

Kontrola kakovosti 27

Slika 12: Pripomočki za vzorčenje olja

Tribologi OELCHECK imajo poglobljeno splošno znanje o strojništvu in obsežne strokovne izkušnje iz najrazličnejših industrij. To poznavanje sistemov, strojev in proizvodnih procesov, s katerimi se ukvarjamo, je prav tako pomembno pri izdelavi laboratorijskih poročil kot izkušnje, povezane z uporabo maziv. Za širše poglobljene analize uporabljajo sistem:

 "LabSoft" – programska oprema za upravljanje laboratorija

Lastna IT-služba podjetja je razvila kompleksen, modularen laboratorijski informacijski in upravljavski sistem (LIMS). To pomeni, da je med drugim mogoče enostavno integrirati nove preizkusne metode ali dodatne naprave. Vrednosti, ugotovljene v njihovem laboratoriju, so takoj na voljo tribologom na zaslonu za oceno in so prikazane v laboratorijskih poročilih. Rezultati vseh laboratorijskih preiskav, laboratorijska poročila in dokumenti, ki so jim bili poslani z vzorci, se vodijo v obsežni bazi podatkov SQL. Tam si lahko podatke, specifične za stranko, kadar koli ogledamo ali prikličemo prek dostopa, zaščitenega z geslom, na njihovi spletni strani.

 "SampleRating" – programska oprema za diagnozo vzorcev

Program "SampleRating" je bil razvit za tribologe OELCHECK, ki komentirajo vsak posamezni vzorec. Poleg vrednosti, diagramov, fotografij in spremnih opomb za trenutni vzorec se lahko prikažejo tudi opozorila in mejne vrednosti za posamezne komponente ter primerjalne vrednosti svežega olja. Vzorci, ki so bili že analizirani za isto enoto, so prikazani tudi kot trend z vrednostmi in grafiko.

Laboratorij OELCHECK zagotavlja in vzdržuje mednarodne standarde kakovosti DIN EN ISO 9001:2015 in DIN EN ISO 14001:2015 že od leta 1995 oz. 1999. Vrste analiz, ki smo jih opravljali, izpolnjujejo pristojnosti akreditacij po DAkkS (»Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH«) DIN EN ISO/IEC 17025:2018 (standard določa splošne zahteve za usposobljenost, nepristranskost in dosledno delovanje laboratorijev).

4.3.2 Postopek ICP (Inductive Coupled Plasma)

Postopek ICP lahko identificira več kot 30 obrabljenih kovin, onesnaževal in dodatkov z optimalno mejo zaznavanja. Obrabljene kovine, prisotne v olju, so pomemben vir podatkov.

Njihova prisotnost omogoča neposredne sklepe v zvezi z obrabo delov ali bolje rečeno strojnih