Vaihteissa ja öljykiertojärjestelmissä vaahtoa voi muodostua tai ilmaa voi sekoittua mekaanisesti öljyn sekaan. On tärkeää erottaa nämä kaksi toisistaan erilaista ilmiötä, jotka usein sekoitetaan keskenään.

Öljyn vaahtoamis- ja ilmanerottumisominaisuudet määräytyvät suurelta osin öljyn viskositeettiluokalla. Matalan viskositeetin öljyissä pintavaahto hajoaa ja ilma erottuu öljystä nopeammin korkeamman viskositeettiluokan öljyyn verrattuna. Toinen merkittävä tekijä on ympäristön lämpötila. Talvella öljyn viskositeetti voi olla paljon suurempi kuin kesällä. Esimerkiksi ISO VG 680 –vaihteistoöljyllä viskositeetti 40 °C lämpötilassa on 680 mm²/s kun taas talvella 20 °C lämpötilassa viskositeetti kasvaa noin 3500 mm²/s tasolle.

Vaahdonestolisäaineen avulla voidaan vähentää pintavaahdon muodostumista, mutta samalla se heikentää ilman erottumista öljystä. 

Syyt ja vaikutukset

Vaahtoamisen luonne ja siihen johtaneet syyt tulee määritellä. Vaahdon muodostumiseen johtaneet syyt ovat moninaisia ja usein liittyvät toimintaympäristöön. Käytön aikana vaihteistossa ilmaa muodostuu öljyyn. Tästä syystä vaahtoamista ei voida täysin välttää. Liiallinen vaahtoaminen harvoin liittyy itse öljyyn. Mahdolliset syyt vaahtoamiselle ovat:

Kiertovoitelussa:

• Järjestelmä on suodattanut vaahdonestolisäaineet öljystä
• Öljynkiertonopeus on liian suuri
• Pumpun syöttöpaine on liian suuri
• Putkiston sisähalkaisija on liian pieni
• Järjestelmä imee ilmaa jostain

Uppovoitelussa:

• Väärä öljymäärä
• Öljysäiliön tai vaihdelaatikon geometria

Yleiset syyt:

• Öljylaatujen sekoittuminen
• Öljyn yhteensopimattomuus laakerirasvan kanssa
• Öljyn likaantuminen
• Vesi öljyn joukossa

Erittäin voimakas vaahtoaminen voi johtaa:

• Vaihteen sisäisen paineen nousuun
• Öljyvuotoon ilmansuodattimen kautta
• Öljyn alhaisempaan kuormankantokykyyn laakereissa ja hammaskosketuksissa
• Lämpötilan nousuun.

Öljyn vaahtoamisominaisuuksia voidaan tarkastella erilaisilla testimenetelmillä.

Testimenetelmät

Standardisoidut testimenetelmät

Vaihteistoöljyjen vaahtoamisominaisuudet määritellään standardin ISO 6247 (korvaava DIN 51566) tai standardin ASTM D 892 mukaan.

DIN 51566 testimenetelmä soveltuu öljyille, joiden viskositeetti on maksimissaaan 500 mm²/s. Siitä huolimatta menetelmää on käytetty myös ISO VG 460 – 1500 öljyjen arvioimisessa.

Testissä ilmaa ensin sekoitetaan diffuuuserin läpi öljyn joukkoon. Tämän jälkeen pintavaahdon tilavuus mitataan millimetreinä. Viiden minuutin lepoajan jälkeen mittaus suoritetaan uudelleen. Testi suoritetaan sekä 25 °C että 95 °C lämpötilassa. Testissä ei huomioida ilmanerottumiskykyä eli kuinka paljon ilmaa jää öljyn joukkoon.

Vaihteistoöljystandardi DIN 51517 CLP määrittelee testille seuraavanlaiset raja-arvot:

Flender vaahtoamistesti

Testimenetelmät ISO 6247 ja ASTM D 892 eivät kykene täysin arvioimaan öljyn vaahtoamisominaisuuksia käytönnän sovelluskohteissa. Tästä syystä saksalainen yritys A. Friedr. Flender on suunnitellut vaahtoamistestin, jonka tuloksia voidaan hyödyntää paremmin vaihdeöljyjen sovelluskohteissa.

Flender vaahtoamistestissä käytetään vaihdelaatikkoa, jossa hammaspyörät ovat asetettu pystysuuntaisesti. Pyöriessään ne sekoittavat ilmaa öljyn joukkoon saaden aikaiseksi öljy/ilma –emulsion. Tietyn ajan jälkeen öljy/ilma –emulsio sekä pintavaahdon määrä mitataan ja arvoidaan. Alle 15 prosentin tilavuuden muutosta pidetään hyväksyttävänä tuloksena.

ISO 6247 ja ASTM D 892 testimenetelmiä edelleen hyödynnetään vaihteistoöljyjen vaahtoamisominaisuuksien määrittämisessä. Viimeisimmässä AGMA 9005-F16 julkaisussa (Industrial Gear Lubrication) Flender vaahtoamistestistä todetaan seuraavaa:

”Tyypillisesti vaahtoamisominaisuutta arvioidaan ISO 6247/ASTM D892 menetelmien avulla, jossa vaahdon muodostumisen mekanismi ei täysin vastaa vaihdelaatikossa tapahtuvaa mekanismia. ISO 12152 (Flender vaahtoamistesti) testimenetelmä perustuu vaihdelaatikkoon, joka tarkemmin määrittelee öljyn vaahtoamisominaisuuksia vaihdelaatikossa”

Yhteenveto

Vaihteistoöljyn vaahtoamiselle voi olla monia eri syitä. Ongelman ratkaisemiseksi öljyn vaahtoamisominaisuudet ja syyt vaahtoamiselle on tarkasteltava. Jos voimakasta vaahtoamista ilmenee heti käynnistyksen jälkeen, syyt ovat usein järjestelmän suunnitteluun liittyviä.

Jos voimakasta vaahtoamista tapahtuu pidemmän käyttöajan jälkeen syy voi olla öljyn vaahtoamisominaisuuksissa. Klüberoil GEM 1 ja Klübersynth GEM 4 vaihteistoöljyjen vaahdonestolisäaineistusta on parannettu siten, että esimerkiksi vaahdonestolisäaine ei jää suodattimiin niin helposti kuin perinteisten vaihteistoöljyjen silikonivaahdonestolisäaineet. Tämä yhtenä mutta ei ainoana syynä vaikuttaa siihen, että kyseisten öljyjen vaahdonesto-ominaisuudet ovat huippuluokkaa.

Teksti ja kuvat: Klüber Lubrication Nordic A/S