Getriebeöl richtig auswählen: Zusammenhang zwischen Filmdickenverhältnis λ, ISO-VG-Viskositätsklasse und Extremdruck-Additiven

Kernaussage: Ziel der Getriebeschmierung ist es, zwischen den im Eingriff stehenden Zahnflanken einen durchgehenden Ölfilm auszubilden. In der Praxis wird der Schmierungszustand häufig über das Filmdickenverhältnis λ beurteilt: Bei λ≥1.3 gehen die Zahnflanken in die elastohydrodynamische Schmierung (EHL) über, das Risiko für Fressen und Verschleiß sinkt deutlich; bei λ<0.8 liegt Grenzschmierung vor, die Wahrscheinlichkeit eines Zahnflankenausfalls steigt. Geschlossene Industriegetriebe werden nach ISO 12925 mit Öl befüllt, die Viskositätsklasse liegt üblicherweise im Bereich ISO VG 220–680; für Schwerlastbetrieb mit Kontaktspannungen über 1000 MPa empfiehlt sich die Wahl von PAO- oder PAG-Syntheseöl mit Zusatz von schwefel-phosphorhaltigen Extremdruck-Additiven.

1. Die Ölfilmdicke beeinflusst die Getriebelebensdauer stärker als die Zahnflankenhärte#

Das Filmdickenverhältnis (λ) ist das Verhältnis der minimalen Ölfilmdicke h_min zur kombinierten Rauheit der beiden Zahnflanken; die Berechnungsformel lautet λ = h_min / √(Ra1² + Ra2²), wobei Ra1 und Ra2 die arithmetischen Mittenrauwerte der Profile der beiden Zahnflanken sind. Es beschreibt, wie gut der Ölfilm die mikroskopischen Spitzen und Täler der Zahnflanken abdeckt, und ist damit aussagekräftiger als die alleinige Betrachtung der Viskositätsklasse.

λ-Bereich	Schmierungszustand	Typisches Verhalten
< 0.8	Grenzschmierung	Mikrospitzen berühren sich direkt, schneller Verschleiß, hohes Fressrisiko
0.8 – 1.3	Mischschmierung	Teilweise Ölfilm, teilweise Kontakt, häufiges frühes Pitting
1.3 – 3	Elastohydrodynamische Schmierung (EHL)	Normaler Betriebszustand des Getriebes, langsamer Verschleiß
> 3	Vollfilmschmierung	Der Ölfilm trennt die Zahnflanken vollständig, tritt vor allem bei hoher Drehzahl und geringer Last auf
Praxistipp 1: Wenn vor Ort kein Messgerät für die Ölfilmdicke verfügbar ist, lässt sich anhand des Aussehens der Zahnflanken eine grobe Beurteilung vornehmen. Glänzende, spiegelpolierte Zahnflanken deuten meist auf normalen Verschleiß unter EHL hin; treten dunkelgraue “mattierte” Bereiche auf den Zahnflanken auf, ist der Ölfilm zu dünn, und es sollte eine Erhöhung der Viskosität oder eine Reduzierung der Last in Betracht gezogen werden.

2. Ölauswahl nach ISO 12925: Wie die Viskositätsklasse festgelegt wird#

ISO 12925-1 unterteilt Industriegetriebeöle nach Belastung und Betriebsbedingungen in die Gruppen CKB, CKC, CKD, CKE usw. Für die Viskositätswahl sind vor allem zwei Größen maßgeblich: die Teilkreisgeschwindigkeit und die Kontaktspannung der Zahnflanken.

Teilkreisgeschwindigkeit m/s	Kontaktspannung MPa	Empfohlene ISO VG-Klasse	Gängiger Öltyp
< 1	> 1500	460 – 680	Mineralöl oder PAG
1 – 5	1000 – 1500	320 – 460	Mineralöl
5 – 20	600 – 1000	220 – 320	Mineralöl oder PAO
> 20	< 600	150 – 220	PAO oder PAG
Bei niedriger Drehzahl und hoher Last wird eine hohe Viskosität gewählt, bei hoher Drehzahl eine niedrige; der Grund ist nicht kompliziert: Bei geringer Geschwindigkeit und großer Last wird der Ölfilm leicht durchgedrückt und benötigt eine hohe Viskosität als Widerstand; bei hoher Geschwindigkeit erhöht eine zu hohe Viskosität die Planschverluste, und die Öltemperatur steigt entsprechend.
Praxistipp 2: Bei im Freien betriebenen Anlagen in nördlichen Regionen sind die Temperaturunterschiede zwischen Winter und Sommer groß; bei derselben Getriebeeinheit kann im Winter eine Viskositätsklasse niedriger und im Sommer wieder höher gewählt werden. Diese Vorgehensweise ist wirksamer als das blinde Zufügen zusätzlicher Verschleißschutzadditive und verursacht keine zusätzlichen Kosten.

3. Wie man zwischen den drei Öltypen Mineralöl, PAO und PAG wählt#

Vergleichskriterium	Mineralöl	PAO-Syntheseöl	PAG-Polyetheröl
Anwendbarer Temperaturbereich	-5 ~ 80°C	-40 ~ 120°C	-30 ~ 150°C
Oxidationslebensdauer (relativ)	Referenz	ca. 2 – 3-fach	ca. 3 – 5-fach
Widerstand gegen Mikropitting	mittel	gut	sehr gut
Mischbarkeit mit Mineralöl	—	möglich	nicht möglich, nach dem Mischen sinkt die Leistung
Verträglichkeit mit Elastomerdichtungen	gut	gut	mit einigen Dichtungen nicht verträglich
PAG und Mineralöl dürfen nicht gemischt werden – hier tappen viele in die Falle. Wird beim Ölwechsel das Altöl nicht vollständig abgelassen, vermischt sich das neue PAG-Öl mit zurückgebliebenem Mineralöl, und die Schmierleistung sinkt deutlich; es gab bereits Fälle, in denen es innerhalb einer Woche nach dem Mischen zum Fressen der Zahnflanken kam. Vor dem Ölwechsel das Altöl vollständig ablassen und, wenn die Bedingungen es zulassen, die Leitungen einmal spülen.
Praxistipp 3: Bei der Auswahl von Syntheseöl darf man nicht nur auf Flammpunkt und Pourpoint achten; zuerst ist das Material der Dichtungen zu klären. NBR-Dichtungen (Nitrilkautschuk) quellen bei PAG-Öl leicht auf; sicher ist erst der Wechsel zu FKM (Fluorkautschuk) oder HNBR. Wird die Dichtungsliste vor der Beschaffung an den Öllieferanten zur Bestätigung geschickt, erspart das deutlich mehr Aufwand als eine Nacharbeit nach der Lieferung.

4. Extremdruck-Additive: In welchen Fällen sie zwingend erforderlich sind#

Extremdruck-Additive (EP-Additive) sind Verbindungen mit aktiven Elementen wie Schwefel, Phosphor oder Chlor, die unter Grenzschmierungsbedingungen mit der Metalloberfläche reagieren und einen chemischen Reaktionsfilm bilden, der das direkte Verschweißen der Zahnflanken verhindert.

GB/ISO-Gruppe	EP-Additiv-Stärke	Anwendungsfall
CKB	keine	geringe Last, gleichmäßige Belastung
CKC	mittel	mittelschwer belastete Industriegetriebe
CKD	stark	schwere Last, Stoßbelastung
CKE	kupferkorrosionsbeständig	Schneckengetriebe
Getriebe mit Kontaktspannungen über 1000 MPa oder mit Stoßbelastung müssen mit EP-additiviertem Öl betrieben werden. EP-Additive sind jedoch nicht in beliebiger Menge besser: Das Schneckenrad eines Schneckengetriebes besteht aus einer Kupferlegierung, und hochaktiver Schwefel korrodiert die Kupferoberfläche; daher ist ein Öl der CKE-Klasse ohne aktiven Schwefel zu verwenden.
Praxistipp 4: Vor der Beschaffung den Lieferanten um einen Vierkugel-Testbericht bitten und dabei besonders den Schweißlastwert PD beachten. Bei Schwerlastanwendungen ist bei Ölen mit einem PD-Wert unter 2500 N Vorsicht geboten; lieber eine Viskositätsklasse höher wählen, als auf die Additivmenge zu setzen.

5. Drei Punkte für die tägliche Verwaltung#

Öltemperaturüberwachung: Steigt die Öltemperatur im Tank über 90°C, ist die Anlage abzustellen und die Ursache zu prüfen. Pro 10°C Temperaturanstieg verdoppelt sich die Oxidationsgeschwindigkeit etwa, und die Lebensdauer sinkt schneller als erwartet.
Erstes Einlaufen: Bei einem neuen Getriebe nach 50 – 100 Stunden Einlaufzeit einmal einen Ölwechsel durchführen, um die während der Einlaufphase entstandenen Eisenspäne auszutragen; vor dem Ölwechsel das Öl vollständig ablassen und den Magnetstopfen prüfen.
Regelmäßige Ölanalyse: Einmal pro Quartal eine Probe entnehmen; ein Eisengehalt über 200 ppm weist auf anormalen Verschleiß hin, und die Zahnflanken haben möglicherweise bereits Schaden genommen. Bei guter Schmierungsverwaltung ist die Lebensdauer eines Getriebes oft deutlich länger als bei Anlagen, bei denen “regelmäßig Öl gewechselt, aber nie die Ölqualität geprüft” wird. Das ist dieselbe Sache wie die richtige Wahl des Zahnradwerkstoffs und die Beherrschung der Wärmebehandlungsverformung – zuerst die Zahnflanken sichern, dann über Genauigkeit sprechen. Geyontech gibt im Rahmen der Präzisions-Zahnradbearbeitung dem Kunden gleichzeitig das empfohlene Öl und die Einlaufanforderungen an; bei Bedarf an Auswahlunterstützung siehe Zahnradproduktkategorien oder kontaktieren Sie direkt den kundenspezifischen Zahnradservice .

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