<?page no="0"?> RÜDIGER KRETHE Handbuch Ölanalysen Handbuch Ölanalysen RÜDIGER KRETHE Das Buch bietet eine praxisorientierte Einführung in das Thema Ölanalysen. Es vermittelt das nötige Hintergrundwissen, von der sachgerechten Probenentnahme, den Prüfverfahren bis zum Verstehen der Analysenergebnisse. Hierdurch unterstützt es den Anwender dabei, kostspielige Ausfallzeiten der Maschinen zu verhindern. Der Inhalt Was Ölanalysen erfolgreich macht — Probenentnahme und Versand — Das Öl in der Maschine — Prüfverfahren zur Überwachung von Ölen, Schmierfetten und Kühlerfrostschutzmitteln — Prüfumfang Routineüberwachung — Bewertung von Analyseergebnissen — Ölanalysen praktisch — Laboranalyse, Vor-Ort-Check und Onlinesensor — Wissen von A bis Z — Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen — Verzeichnis der zitierten Standards und Normen — Literaturhinweise Zielgruppen Praktiker in Wartung und Instandhaltung, die Ölanalysen anwenden oder anwenden wollen Verkaufs- und Fachberater der Schmierstoff-Industrie und des Fluid- Service Kundendienst-Techniker und Ingenieure von Maschinenherstellern mit Bezug zu Schmier-Betriebsstoffen Der Autor Rüdiger Krethe ist diplomierter Maschinenbauer und Tribotechniker. Er befasst sich seit mehr als 25 Jahren intensiv mit der Schmierung von Maschinen, angefangen von der Produktauswahl, der innerbetrieblichen Organisation bis hin zur Überwachung von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten während des Einsatzes. ISBN 978-3-8169-3499-8 63496_Umschlag_HC.indd 1-3 63496_Umschlag_HC.indd 1-3 07.05.2020 11: 06: 00 07.05.2020 11: 06: 00 <?page no="1"?> 63499_Krethe_VS.indd 1 63499_Krethe_VS.indd 1 06.05.2020 14: 17: 08 06.05.2020 14: 17: 08 <?page no="2"?> Handbuch Ölanalysen <?page no="4"?> Rüdiger Krethe Handbuch Ölanalysen <?page no="5"?> Bildrechte, soweit nicht anders angegeben: OELCHECK GmbH oder OilDoc GmbH, Brannenburg. © 2020 · expert verlag GmbH Dischingerweg 5 · D-72070 Tübingen Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Alle Informationen in diesem Buch wurden mit großer Sorgfalt erstellt. Fehler können dennoch nicht völlig ausgeschlossen werden. Weder Verlag noch Autoren der Herausgeber übernehmen deshalb eine Gewährleistung für die Korrektheit des Inhaltes und haften nicht für fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Internet: www.expertverlag.de eMail: info@verlag.expert Printed in Germany ISBN 978-3-8169-3499-8 (Print) ISBN 978-3-8169-8499-3 (ePDF) Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http: / / dnb.dnb.de abrufbar. <?page no="8"?> 11 13 15 1 17 1. 1. 18 1. 1. 1. 19 1. 1. 2. 22 1. 1. 3. 23 1. 1. 4. 25 1. 2. 26 1. 2. 1. 26 1. 2. 2 27 1. 2. 3. 28 2 31 2. 1. 32 2. 2. 34 2. 3. 35 2. 4. 37 2. 5. 38 3 41 3. 1. 43 3. 1. 1. 44 3. 1. 2. 46 3. 1. 3. 47 3. 2. 47 3. 2. 1. 49 3. 2. 2. 51 3. 2. 3. 52 3. 2. 4. 52 3. 2. 5. 53 3. 2. 6. 53 Inhalt Ein Buch schreibt sich nicht (von) allein… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Öl kann sprechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ein Buch - unterschiedliche Leser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was Ölanalysen erfolgreich macht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die erfolgreiche Ölanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fragestellung und Prüfumfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Probenentnahme und Versand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Labor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Laborbericht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ölanalysen erfolgreich organisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmierungsprogramm nach ICML 55. 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Integration von Ölanalysen ohne spezielles Programm . . . . . . . Checkliste zur Beauftragung von Ölanalysen . . . . . . . . . . . . . . . Probenentnahme und Versand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wann: Zur rechten Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wo: Der richtige Ort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wie: Die richtige Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wo hinein: Der geeignete Probenbehälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Welche Angaben: Informationen für das Labor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Öl in der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundölabbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thermische Zersetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Additiv-Abbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Antioxidantien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Neutralisatoren (alkalische Reserve) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Detergent-/ Dispersants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschleißschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI-Verbesserer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anti-Schaum-Zusätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . <?page no="9"?> 3. 3. 54 3. 3. 1. 55 3. 3. 2. 56 3. 3. 3. 59 3. 3. 4. 61 3. 3. 5. 61 3. 4. 61 4 63 4. 1 64 4. 2. 72 4. 2. 1. 72 4. 2. 2. 75 4. 2. 3. 76 4. 2. 4. 80 4. 2. 5. 85 4. 3. 86 4. 3. 1. 86 4. 3. 2. 87 4. 3. 3. 90 4. 3. 4. 92 4. 3. 5. 95 4. 4. 95 4. 4. 1. 97 4. 4. 2. 101 4. 5. 106 4. 5. 1. 106 4. 5. 2. 112 4. 5. 3. 113 4. 5. 4. 114 4. 5. 5. 115 4. 6. 116 4. 6. 1. 117 4. 6. 2. 118 4. 7. 119 4. 7. 1. 121 4. 7. 2. 123 4. 7. 3. 124 4. 7. 4. 125 4. 7. 5. 126 Verunreinigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feste Verunreinigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luft im Öl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kraftstoff im Öl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soft Contaminants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmierfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfverfahren kurz und bündig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Basisanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PQ-Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Infrarot-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viskosität und Viskositätsindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Visuelle Beurteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Säuren und Basen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Säurezahl (Neutralisationszahl, Acid Number AN) . . . . . . . . . . . Strong Acid Number (SAN) und ipH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . Basenzahl (BN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reservealkalität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . Reinheitsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschreibung wichtiger Prüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flüssige Verunreinigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasserabscheidevermögen (Dampfbehandlung) . . . . . . . . . . . . Wasserabscheidevermögen (Demulgiervermögen) . . . . . . . . . . . Kraftstoffgehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Frostschutzmitteleintrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luft im Öl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luftabscheidevermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schaumverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands . . . . . . . . . . . . . . RULER-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RPVOT-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MPC-Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flammpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Koksrückstand nach Conradson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Inhalt <?page no="10"?> 4. 7. 6. 127 4. 7. 7. 128 4. 8. 129 4. 8. 1. 129 4. 8. 2. 130 4. 8. 3. 131 4. 8. 4. 131 4. 8. 5. 133 4. 8. 6. 135 5 137 5. 1. 137 5. 2. 140 5. 2. 1. 140 5. 2. 2. 142 5. 2. 3. 142 5. 2. 4. 144 5. 2. 5. 144 5. 2. 6. 145 5. 2. 7. 149 5. 2. 8. 150 5. 2. 9. 151 5. 2. 10. 151 5. 2. 11. 152 5. 2. 12. 153 5. 2. 13. 153 5. 2. 14. 154 6 155 6. 1. 155 6. 2. 157 6. 2. 1. 157 6. 2. 2. 158 6. 2. 3. 158 6. 2. 4. 159 6. 2. 5. 160 6. 2. 6 161 6. 2. 7. 162 6. 2. 8 163 7 165 7. 1. 166 Farbzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dispergiervermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfverfahren für Isolierflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Durchschlagspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dielektrischer Verlustfaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzflächenspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gas-in-Öl-Analyse (DGA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Furfurol-Gehalt / Furane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PCB-Gehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfverfahren für Schmierfette kurz und bündig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette . . . . . . . . . . . . . Elementanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PQ-Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wassergehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tropfpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Penetration und Konsistenzklasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Scherviskosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausblutverhalten („Restölgehalt“ mittels Siemens-Ring) . . . . . . Säurezahl AN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sulfatasche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RULER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verunreinigungen (Visuelle Prüfung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analytische Ferrographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ölabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analysen zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel kurz und bündig . . . . . . . . . Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel . . . Brechungsindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementanalyse (ICP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gehalt organischer Säuren (HPLC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anionen-Gehalt (IC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reserve-Alkalität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Visuelle Kontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewertung von Analyse-Ergebnissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Inhalt <?page no="11"?> 7. 2. 168 7. 2. 1. 169 7. 2. 2. 171 7. 2. 3. 172 7. 3. 173 7. 4. 174 7. 4. 1. 175 7. 4. 2. 176 7. 4. 3. 177 7. 4. 4. 178 7. 4. 5. 179 7. 4. 6. 180 7. 4. 7. 181 7. 4. 8. 182 7. 4. 9. 183 7. 4. 10. 184 7. 4. 11. 185 7. 4. 12 186 7. 4. 13. 187 7. 4. 14. 188 7. 4. 15 189 7. 4. 16. 190 7. 4. 17 191 7. 4. 18. 192 7. 4. 19 193 8 195 8. 1. 196 8. 2. 198 8. 3. 200 8. 4. 202 8. 5. 204 8. 6. 206 8. 7. 208 8. 8. 210 8. 9. 212 8. 10. 214 8. 11. 216 8. 12. 218 8. 13. 220 8. 14. 222 Grenzwerte (Limitwerte) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Typen von Grenzwerten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Besonderheiten verschiedener Öl-Typen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Muster-Erkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzwerte gewinnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen . . . . . . . . . . . . . Hydrauliköl einer Spritzgießmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrauliköl einer Umformpresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konventionelles Hydrauliköl eines Mobilbaggers . . . . . . . . . . . Bio-Hydrauliköl eines Mobilbaggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Getriebes des Hauptgetriebes einer Windkraftanlage . . . . . . . . Schneckengetriebe einer Kollermühle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Getriebeöl des Achsgetriebes eines Radladers . . . . . . . . . . . . . . . Getriebeöl des Endantriebs einer Planierraupe oder eines Baggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorenöl des Dieselmotors eines Radladers . . . . . . . . . . . . . . . Motorenöl des Dieselmotors eines LKW im Fernverkehr . . . . . Motorenöl des Dieselmotors eines Notstrom-Aggregates . . . . . Motorenöl des Dieselmotors eines PKW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorenöl des Ottomotors eines PKW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorenöl des Bio-Gasmotors eines BHKW . . . . . . . . . . . . . . . . Motorenöl des Erdgas-Motors eines BKHW . . . . . . . . . . . . . . . . Schmieröl einer Dampfturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Steuer-Hydrauliköl einer Dampfturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmieröl eines Turboverdichters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmieröl eines Schraubenverdichters zur Drucklufterzeugung Ölanalysen praktisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrauliköl eines Mobilbaggers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bio-Hydrauliköl aus einem Mobilbagger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrauliköl einer Spritzgießmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrauliköl einer Umformpresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Getriebeöl des Fahrgetriebes einer Planierraupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Achsgetriebeöl eines Radladers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Getriebeöl eines Rührwerk-Antriebs in der Lebensmittelproduktion . . Industriegetriebe eines Walzgerüsts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dieselmotor einer Lokomotive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dieselmotor einer Baumaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ottomotor eines PKW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bio-Gasmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Erdgasmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmieröl einer Dampfturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Inhalt <?page no="12"?> 8. 15. 224 8. 16. 226 8. 17. 228 8. 18. 230 8. 19. 232 9 235 9.1. 235 9.1.1. 236 9.1.2. 238 9.1.3. 240 9. 2. 241 9. 2. 1. 242 9. 2. 2. 243 9. 2. 3. 244 9. 3. 248 9. 4. 249 9. 4. 1. 249 9. 4. 2. 250 9. 5. 252 9. 6. 253 10 255 11 265 11. 1. 265 11. 2. 267 11. 3. 268 11. 4. 270 12 271 12. 1. 271 12. 2 272 12. 3 273 279 283 Schmieröl einer Gasturbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmieröl eines Turbokompressors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmieröl eines Luft-Schraubenkompressors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isolieröl aus einem elektrischen Leistungstransformator . . . . . . . . . . . . Kühlerfrostschutzmittel aus einem PKW-Ottomotor . . . . . . . . . . . . . . . . Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Online, On-Site oder In-Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . In-Lab-Ölüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . On-Site-Ölüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Online-Ölüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sensor-Typen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Partikel-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasser-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ölzustands-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Online, On-Site, in-Lab: Was ist möglich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Praktische Hinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Welcher Kennwert soll überwacht werden . . . . . . . . . . . . . . . . . Die zu überwachende Kenngröße im Fokus . . . . . . . . . . . . . . . . Big Data - Über den Tellerrand hinausschauen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wissen von A bis Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verzeichnis der zitierten Standards und Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIN, DIN EN, DIN ISO, EN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ASTM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonstige Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literaturhinweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literaturquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weiterführende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feedback und wie Sie auf dem Laufenden bleiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abbildungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Inhalt <?page no="14"?> Ein Buch schreibt sich nicht (von) allein… Um ein Buch zu schreiben, braucht es vor allem Dreierlei: Den Inhalt, einen ausdauernden Willen und Zeit. Ohne die Unterstützung Dritter kommt in den allerwenigsten Fällen alles dafür Notwendige zusammen. Barbara und Peter Weismann gaben mir die Möglichkeit, mich mit Schmierstoffen und deren Überwachung über Jahrzehnte hinweg intensiv zu befassen. Ohne ihre Entscheidung, mich 1996 in ihr Unternehmen zu holen, ohne die vielen Jahre einer sehr fruchtbaren Zu‐ sammenarbeit und ihre Ermutigung wäre dieses Buch nicht entstanden. Ihr in mich ge‐ setztes Vertrauen übertrug sich nahtlos auf die nächste Familien-Generation, Petra Bots und Paul Weismann, die mich in meinem Vorhaben ebenfalls unterstützt haben. Nicht nur dieses Buch, auch viele meiner Vorträge, Fachartikel etc. wären ohne ihre Inspiration und Hilfe bei der grafischen Gestaltung weitaus farbloser geworden. Ihnen sei deshalb an erster Stelle gedankt. Als Maschinenbauer immer wieder in die Welt der Schmierstoffchemie und die Analytik einzutauchen, macht mir nach wie vor Freude. Ohne meinen geschätzten, langjährigen Kollegen, Herrn Dr. Fischer, wäre dieser Weg um einiges steiniger und sicher auch weitaus weniger erfolgreich geworden. Vielen Dank für seine Geduld, sich immer wieder auf meine Fragen einzulassen und die Herausforderung des Spagats zwischen einer einfachen Dar‐ stellung komplexer Sachverhalte und fachlicher Korrektheit anzunehmen. Ohne das Technik-Team von OELCHECK hätten viele Beispiele nicht den Weg in dieses Buch gefunden. Herzlichen Dank für die Hinweise und Anregungen. Der permanente Aus‐ tausch mit dem Technik-Team, allen voran mit Herrn Carsten Heine, war und ist mir stets ein Gewinn. Die nicht mehr zählbaren, fruchtbaren Diskussionen mit Maschinenbetreibern, Instand‐ haltern, Schmierstoff-Ingenieuren, Verkäufern, Maschinenbauern aller Fachbereiche rund um Schmierstoffe, Schmierung, Instandhaltung und Condition Monitoring, die meinen be‐ ruflichen Weg bis heute begleiten, möchte ich nicht missen. Ohne sie wäre mein Wissen überschaubar geblieben. Dazu haben sie mir geholfen, den Fokus immer wieder auf das Wesentliche zu legen. Die letzte Meile, Königsdisziplin der Logistik, ist in etwa mit dem Weg vom Manuskript zum fertigen Buch vergleichbar. Vielen Dank an das Team des expert-Verlags für die pro‐ fessionelle Betreuung auf diesem Weg. Nicht zuletzt herzlichen Dank an meine Familie für Ihre Nachsicht und Unterstützung, da sie eine um die andere Stunde auf mich haben verzichten müssen. Rüdiger Krethe <?page no="16"?> Öl kann sprechen Schmierstoffe stehen im Brennpunkt unserer täglichen Arbeit. Überall, wo sich etwas dreht, gelagert werden muss, wo Kräfte übertragen werden und Verschleiß zu minimieren ist, sind Schmierstoffe im Einsatz. Ob es um moderne Produktionsanlagen, Fahrzeuge, Bauma‐ schinen oder Kraftwerke geht: Ohne zuverlässige Schmierung ist ein wirtschaftlicher Be‐ trieb undenkbar. Schmierstoffe wirken im Verborgenen. Einmal in die Anlage eingefüllt, sind sie nicht mehr im Blickfeld. Stunde für Stunde, Tag für Tag versehen sie ihren Dienst. Oft wird dem Betreiber einer Anlage erst bei einer Störung bewusst, wie wichtig dieser Schmierstoff tatsächlich ist. In der Instandhaltung von Maschinen und Anlagen werden verschiedene Strategien und Management-Methoden benutzt, um die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Produktivität zu erhöhen. Ein Maschinenelement verursacht durch seinen Ausfall oft Folgekosten, die seinen eigenen, überschaubaren Wert um ein Vielfaches übersteigen. Deshalb werden Wälzlager, Zahnräder, andere Maschinenelemente und Baugruppen intensiv auf Ihren Zu‐ stand hin überwacht. Der Schmierstoff bleibt bei diesen Überlegungen oft im Hintergrund. Zunehmend wächst das Bewusstsein, dass auch der Schmierstoff ein „Maschinenelement“ ist, im Prinzip ver‐ gleichbar mit einem Lager, einer Welle oder einem Zahnrad. Schon eine eingeschränkte Funktionalität oder gar ein Ausfall eines kleinen Maschinenelements verursacht immens hohe Folgekosten, die in keinem Verhältnis zu seinem eigenen Preis stehen. Deshalb gehört der Schmierstoff genauso professionell gewartet, überwacht wie ein Maschinenelement und irgendwann auch gewechselt. Abb. 0.1: Öl kann mehr als Schmieren <?page no="17"?> Dabei können Schmierstoffe noch viel mehr als „nur“ Schmieren: Öl kann tatsächlich sprechen! Ein Tropfen Öl enthält viele, sehr nützliche Informationen. Diese Informationen berichten zuverlässig • über den Alterungszustand, z. B. ob das Öl gewechselt werden sollte oder nicht • • über den Verschleiß der von dem Öl geschmierten Maschinenteile • • über Verunreinigungen, die die Lebensdauer des Öls oder das der geschmierten Teile • verkürzen Moderne Laborgeräte bringen diese Informationen anhand einer Ölanalyse zu niedrigen Kosten zu Tage. Dabei lässt sich eine Ölprobe in vielen Fällen entnehmen, ohne die Anlagen zu demontieren, in vielen Fällen sogar, ohne sie außer Betreib zu nehmen. Das Öl ist also nicht nur Konstruktionselement, sondern zugleich Träger wichtiger Informationen. Dieses Buch steht Ihnen zur Seite, Ihr Öl professionell über die Schmierung hinaus zu benutzen und die Sprache des Öls zu verstehen: Von der Probenentnahme, dem notwen‐ digen Untersuchungsumfang bis hin zur Bewertung der Ergebnisse oder dem Verstehen des Laborberichts: Wir geben Ihnen Anleitungen, praktische Tipps und Beispiele aus mehr als 20 Jahren professioneller Ölüberwachung. Es lohnt sich für Sie, Ihr Öl zum Sprechen zu bringen! Wir helfen Ihnen dabei. Rüdiger Krethe 14 Öl kann sprechen <?page no="18"?> Ein Buch - unterschiedliche Leser Wir wollen Sie nicht davon abhalten, dieses Buch von der ersten Seite bis zur letzten zu lesen. Trotzdem kann es Gründe geben, das nicht zu tun! Um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, geben wir Ihnen hier einige Hinweise zu den Inhalten und dem Zweck der einzelnen Kapitel des Buches. Das erste Kapitel zeigt dem Praktiker, was zu beachten ist, um Ölanalysen so deutlich wie möglich zum Sprechen zu bringen. Es ist besonders für diejenigen gedacht, die regelmäßige Ölanalysen bisher noch nicht angewandt haben und die einen schnellen, unkomplizierten Leitfaden als Starthilfe oder als Einstieg brauchen. Das Kapitel wird neben grundsätzlichen Informationen von Übersichten, Checklisten und praktischen Empfehlungen dominiert. Die zum grundlegenden Verständnis nicht notwendigen technischen Details haben wir in die entsprechenden Folgekapitel verbannt. Das zweite Kapitel behandelt Entnahme und Versand von Öl-Proben. Nicht selten werden dabei Fehler gemacht, die auch durch modernste Analysemethoden nicht kompensiert werden können. Dazu kommt, dass zur professionellen Durchführung und aussagekräf‐ tigen Bewertung der Analysenergebnisse ein Mindestmaß an Angaben zum geschmierten System, dem Öl und dem Grund der Analyse unerlässlich sind. Wir empfehlen deshalb, dieses Kapitel unbedingt zu lesen. Sie sollten es nur dann auslassen, wenn Sie sich absolut sicher sind, dass Sie die einzelnen Schritte beherrschen. Das dritte Kapitel behandelt, wie sich Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten während ihres Einsatzes verändern. Wer Ölanalysen selbst bewerten möchte oder über die Bewer‐ tung des Service-Labors hinaus verstehen möchte, ist hier richtig. Wir beschreiben, wie und warum sich Schmieröle verändern und welche Folgen das hat. Sie müssen nicht Chemie studiert haben, um das verstehen zu können. Die Bereitschaft, sich mit dem einen oder anderen Fachwort auseinandersetzen zu wollen, ist jedoch von Vorteil. Das vierte Kapitel behandelt die wichtigsten Prüfverfahren, die für gebrauchte (und neue) Schmieröle eingesetzt werden. Ausgehend vom Zweck, der Aussagekraft und dem Anwen‐ dungsbereich werden die Verfahren kurz beschrieben. Hinweise zu erforderlichen Proben‐ mengen und Prüfnormen runden die Angaben ab. Die Lektüre dieses Kapitels ist nicht unbedingt notwendig, um Ölanalysen erfolgreich anzuwenden. Wer Ölanalysen selbst be‐ wertet, sollte die Prüfverfahren jedoch kennen. Außerdem soll das Kapitel auch als Nach‐ schlagewerk dienen. Das fünfte Kapitel behandelt in ähnlicher Weise die für Schmierfette typischen Prüfver‐ fahren. Wir haben sie der Einfachheit halber in einem gesonderten Kapitel zusammenge‐ fasst. Hier gelten dieselben Empfehlungen zur Lektüre wie für den vorangegangenen Ab‐ schnitt. <?page no="19"?> Das sechste Kapitel enthält eine Übersicht und Erläuterung der wichtigsten Prüfverfahren zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln. Auch hier gelten die zum vorherigen Ab‐ schnitt gegebenen Empfehlungen. Das siebente Kapitel erläutert die grundsätzliche Vorgehensweise zur Bewertung von Öla‐ nalysen. Neben Übersichten und typischen Grenzwerten finden Sie hier, wie sie mit diesen richtig umgehen und wie die einzelnen Laborergebnisse miteinander verknüpft werden müssen. Nur dann zeigen sie ein realistisches Bild der Ölveränderungen und können eine solide Basis zur Empfehlung praxisorientierter Maßnahmen sein. Das achte Kapitel enthält eine Vielzahl von Beispielen zu durchgeführten Ölanalysen aus verschiedenen Anwendungsbereichen. Neben einer kurzen Beschreibung des Anwen‐ dungsfalles wird gezeigt und begründet, welcher Prüfumfang gewählt wurde. Die Analy‐ senergebnisse werden anhand des Laborberichtes dargestellt und die Bewertung kurz er‐ läutert. Das Kapitel wendet sich gleichermaßen an den Anwender von Ölanalysen wie auch an den Entscheider oder Schmierstoffberater. Im Mittelpunkt des neunten Kapitels steht die Online-Überwachung von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten („Ölüberwachung 4. 0“). Zunächst wird die Ölüberwachung mittels Ölanalysen mit der Online-Überwachung durch Öl-Sensoren und der On-Site-Überwa‐ chung anhand von Vor-Ort-Prüfgeräten pragmatisch verglichen. Die wesentlichen Vor- und Nachteile der Methoden werden gegenübergestellt. Anschließend wird auf einige Typen von Ölsensoren näher eingegangen. Praktische Hinweise runden das Kapitel ab. Die nachfolgenden Kapitel enthalten ein Glossar wichtiger Kennwerte und Fachbegriffe und Verzeichnisse der Bilder und Tabellen sowie der Normen und Literaturquellen. In jedes Buch würde eine Rubrik passen, wie: „Was ich noch gern geschrieben hätte“. Oder aus Ihrer Sicht gesehen, was Sie noch gern gelesen hätten. Technik und Schmierstoffe ent‐ wickeln sich weiter. Prüfmethoden müssen diesem Trend ebenfalls folgen. Doch irgend‐ wann muss ein Buch auch gedruckt werden. Am Schluss des Buches bieten wir Ihnen des‐ halb verschiedene Möglichkeiten, auf dem Laufenden zu bleiben aber auch, uns auf dem Laufenden zu halten. 16 Ein Buch - unterschiedliche Leser <?page no="20"?> 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht Was macht ein Werkzeug, eine Lösung, ein Produkt erfolgreich? Oft liegt das Geheimnis darin, dass es sehr gut funktioniert und zugleich einfach anzuwenden ist: Einfach zu ver‐ stehen, einfach anzuwenden und genial in seiner Wirkung. Eine Öl-Probe zur Beurteilung des Ölzustandes und gleichzeitig zur Überwachung der Maschine zu nutzen ist ein solches Werkzeug. Erfolgreiche Rezepte werden gerne durch Mund-zu-Mund-Propaganda weitergegeben. Eine Form der Werbung, die an Effektivität und Glaubwürdigkeit kaum zu übertreffen ist. Regelmäßige Ölanalysen fristeten vor 25 Jahren in Deutschland in weiten Anwendungs‐ bereichen eher ein Schattendasein. Als vor 25 Jahren das OELCHECK-Labor startete, ar‐ beiteten dort 2 Mitarbeiter und analysierten pro Tag oft weniger als 10 Öl-Proben. Heute sind dort mehr als 100 Mitarbeiter damit beschäftigt, täglich zwischen 1500 und 2500 Proben aus allen erdenklichen Anwendungsbereichen zu untersuchen und zu beurteilen. Die Ten‐ denz ist nach wie vor steigend. Der überwiegende Teil dieses Wachstums ist durch Mund-zu-Mund-Werbung entstanden. Trotzdem kommt es vor, dass jemand Ölanalysen ausprobiert und enttäuscht ist: Ei‐ gentlich hatte er sich mehr davon versprochen. Erfahrungen zeigen, dass sich in vielen dieser Fälle im Vorfeld Fehler eingeschlichen haben. Auch einfache Dinge können verkehrt laufen! Oft sind es Kleinigkeiten wie ein ungeeignetes Probengefäß, eine unsaubere Pro‐ benentnahme oder gar die falsche Testmethode. Eine kleine, aus Unwissenheit begangene Unachtsamkeit kann große Folgen haben. Die gute Nachricht: Einfache Fehler lassen sich ebenso einfach abstellen, wie sie gemacht werden. Wir möchten Sie vor diesen Fehlern bewahren, das ist das Ziel dieses Abschnitts. Weil es unser Anliegen ist, dass Ölanalysen auch bei Ihnen erfolgreich sind. Um Ölanalysen so erfolgreich wie möglich zu machen, sind 2 Voraussetzungen zu er‐ füllen • Die einzelnen Ölanalysen werden „von A bis Z“ professionell durchgeführt • • Die Ölanalysen sind systematisch in die Instandhaltung der Maschinen und Anlagen • integriert Einerseits steht die Durchführung jeder einzelnen Analyse im Fokus, das tägliche Hand‐ werkszeug: Von der Entscheidung, eine Ölanalyse durchzuführen, über die Probenent‐ nahme bis hin zum Laborbericht und den daraus resultierenden Konsequenzen. Andererseits können Ölanalysen nur dann wirklich Höchstleistungen vollbringen, wenn sie systematisch in ein zielorientiertes, effektives Betriebsumfeld integriert werden. Mit kurzen Worten: Wenn Ölanalysen nicht nur sporadisch durchgeführt werden, sondern wohldurchdacht in die Unternehmens- und Instandhaltungsstrategie integriert sind und deren Ergebnisse durch Ableitung sinnvoller Maßnahmen in den Betrieb „zurückwirken“. Beide Aspekte werden in diesem Abschnitt behandelt, zunächst der Einfachheit halber das, was den Erfolg der Einzelanalyse sicherstellt. Es soll gezeigt werden, wie Ölanalysen <?page no="21"?> „funktionieren“ um im zweiten Teil dieses Abschnitts darauf aufbauend deren Einbindung in das Unternehmenskonzept zu zeigen. 1. 1. Die erfolgreiche Ölanalyse Keine Ölanalyse wird „einfach so“ gemacht. Ölanalysen haben stets einen konkreten Hin‐ tergrund. Das ist ihr tatsächlicher Anfang. Ölanalysen fangen da an, wo die Frage gestellt bzw. die Idee geboren wurde: Wir brauchen eine Ölanalyse. Bei der Durchführung von Ölanalysen wird viel Effektivität verschenkt oder gar deren Wirksamkeit stark vermindert, wenn sie, vielleicht aus der Not geboren, aus Unkenntnis und der Eile eines Zwischenfalls geschuldet, nur oberflächlich durchgeführt werden. Viele Anwender meinen, Ölanalysen beginnen im Labor. Es wird viel Augenmerk da‐ raufgelegt, dass das Labor zertifiziert oder besser akkreditiert ist und die dort arbeitenden Fachleute auch im praktischen Anwendungsgebiet wissen, was sie tun. Das ist zweifellos wichtig! Trotzdem: Ölanalysen beginnen früher, nämlich bei Ihnen! Das mag profan klingen, doch hier liegt nicht selten das Problem. Beispielsweise errei‐ chen das Labor Öl-Proben ohne nähere Angaben, lediglich mit der Aufforderung versehen: „Bitte analysieren Sie die beiliegende Probe! Das Ergebnis senden Sie bitte an Email@Mail‐ provider.xxx! “ In anderen Fällen sind die mitgelieferten Informationen lückenhaft. Bei ein‐ fachen Fragestellungen mögen diese Lücken nicht immer gravierende Auswirkung auf die Beurteilung der Ergebnisse haben, bei komplizierten Problemstellungen oder Schadens‐ fällen sehr wahrscheinlich in erheblichem Maße. Eine Öl-Probe ohne Angaben ist damit vergleichbar, Blut abzunehmen, einen Arzt zu konsultieren und ihm nicht zu sagen, warum er überhaupt aufgesucht wird. Es ist beispielsweise ein großer Unterschied, ob die Probe aus einer mehrere Tausend Liter fassenden Hochdruckhydraulik mit hochempfindlicher Steuerungstechnik stammt oder aus einem eher selten genutzten, sehr einfach konzipierten Hydraulik-Aufzug. Mög‐ licherweise ist sogar derselbe Öl-Typ im Einsatz. Doch sowohl hinsichtlich der Ölbean‐ spruchung als auch der Folgekosten eines ungeplanten Stillstandes liegen Welten zwischen den Systemen. Das muss Konsequenzen für deren Komponenten, die Auslegung des Sys‐ tems und der Überwachung haben. Bild 1. 1 stellt diesen Prozess der Einzelanalyse ganzheitlich dar. 18 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht <?page no="22"?> Abb. 1.1: Die Ölanalyse ganzheitlich betrachtet Wenn Sie das alles nicht lesen möchten oder Ihnen die Zeit dazu fehlt: Sie finden im Abschnitt 1. 2. 3. eine Checkliste, die Sie durch diesen Prozess führt. 1. 1. 1. Fragestellung und Prüfumfang Der Anfang, die konkrete Fragestellung gibt dem Prozess vor, was zu tun ist. Die erste Entscheidung: • Wie muss das Öl untersucht werden, um eine belastbare Aussage zu bekommen? • • Welche Testmethode(n) können die Frage(n) beantworten? • Der Auslöser für eine Ölanalyse ist nicht unbedingt ein Problem. Zunehmend und aus gutem Grund gehen immer mehr Anwender dazu über, die Schmier- und Hydrauliköle regelmäßig einer Routine-Kontrolle zu unterziehen. Sie haben erkannt, dass wie auch beim Arzt eine regelmäßige Untersuchung viel bessere Möglichkeiten der Früherkennung von potenziellen Problemen bietet als nur ein Hinterherlaufen, wenn es einen Ausfall gegeben hat. Hier ist es mit dem Öl nicht anders als bei Maschinenelementen. Die Kunst besteht darin, das richtige Überwachungsszenario zu finden, proaktiv anstelle reaktiv zu sein. Routine-Überwachung Eine regelmäßig durchgeführte Routine-Überwachung hat in der Regel einen überschau‐ baren und gut definierbaren Umfang. Hilfreich sind hier die Empfehlungen des auf Ge‐ brauchtölanalysen spezialisierten Service-Labors oder Festlegungen der Maschinenbzw. Anlagenhersteller. Für typische industrielle Anwendungen wie Hydraulik- oder Umlaufschmieröle haben sich Kombinationen verschiedener Testverfahren bewährt (Bild 1. 2). 19 1. 1. Die erfolgreiche Ölanalyse <?page no="23"?> Abb. 1.2: Klassische Parameter zur Überwachung eines Gebrauchtöls Die wichtigsten Prüfverfahren werden in den Kapiteln 4 (Öle), 5 (Fette) und 6 (Kühlerfrost‐ schutzmittel) behandelt. Neben einer kurzen Beschreibung werden dort auch Aussagekraft und typische Anwendungsbereiche beschrieben. In der Regel wird eine klassische Basisanalyse mit zusätzlichen Prüfungen erweitert, die auf die konkrete Anwendung abgestimmt sind. Diese werden dem Kunden in Form spezi‐ eller „Analyse-Kits“ zur Verfügung gestellt (Bild 1. 3). Abb. 1.3: Test-Kit für Ölanalysen - Probenbehälter, Begleitschein, Versandumschlag, Rückver‐ sand-Schein Diese Test-Kits sind Empfehlungen zur Routine-Überwachung verschiedener Anwen‐ dungen. Der jeweilige Umfang basiert auf jahrelangen Erfahrungen und bietet ein hervor‐ ragendes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Dem liegt die Devise „So viel analysieren, wie nötig“ zugrunde. So viel, wie zur Überwachung und Früherkennung der üblicherweise für die Anwendung zu erwartenden relevanten Ölveränderungen notwendig ist. Eine Übersicht der Empfehlungen für Routine-Analysen inklusive typischer Laborbe‐ richte ist unter www.oelcheck.de zu finden. Diese Übersicht wird permanent gepflegt, er‐ weitert und aktualisiert. Daher wurde darauf verzichtet, diese hier detailliert darzustellen. Kommentierte Laborberichte zu Ölanalysen aus verschiedenen Anwendungsbereichen sind im Kapitel 8 aufgeführt. 20 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht <?page no="24"?> Spezielle Fragestellungen Es existiert eine große Anzahl verschiedener Testmethoden zur Ölüberwachung. Nicht selten ist eine Methode speziell für eine Anwendung entwickelt worden. Allein der Name der Methode kann ohne Kenntnis dieser Hintergrund-Informationen schnell zu unnötigen Analysen führen. Nicht nur die Kosten sind dabei zu berücksichtigen. Steht z. B. im Scha‐ densfall nur ein begrenztes Ölvolumen zur Verfügung, kann dieses durch unnötige Unter‐ suchungen verschwendet werden. Im ungünstigen Fall steht anschließend für die Bestim‐ mung der notwendigen Parameter kein Öl mehr zur Verfügung. Deshalb empfiehlt sich bereits im Vorfeld der Kontakt mit dem Service-Labor, um den oft vom Routineumfang abweichenden Testumfang zu klären. Es geht nicht in jedem Fall darum, zusätzliche Parameter zu testen. Nicht selten sind andere Parameter notwendig, um Antworten abseits der Routineüberwachung zu geben. Derartige Fragestellungen können z. B. sein: • Warum ist mein Öl plötzlich trüb oder verfärbt? • • Warum schäumt mein Öl? • • Meine Hydraulikpumpe macht ungewöhnliche Geräusche. • • Wurde dieses Öl tatsächlich vor 50 Stunden gewechselt? • • Handelt es sich tatsächlich um das angegebene Öl? • • Der Ölstand in meinem Motor steigt permanent an. • • Mein Filter blockiert wiederholt nach sehr kurzer Zeit. • • Warum ist die Pumpe plötzlich ausgefallen? • Zum besseren Verständnis sind nachfolgend einige alltägliche Beispiele für derartige Miss‐ verständnisse aufgeführt: • Das Öl in der Anlage schäumt sehr stark. Beauftragt wird ein Schaumtest. Dieser • Test zeigt, allenfalls, dass das Öl tatsächlich schäumt. Der Kunde wollte aber wissen, warum das Öl schäumt. Diese verständliche Frage kann der beauftragte Test nicht beantworten. • Das Hydrauliköl hat sich in kurzer Zeit stark dunkel verfärbt. Beauftragt wird eine • Bestimmung des Rußgehaltes nach dem IR-Verfahren. Die für Dieselmotorenöle entwickelte Methode ist viel zu grob für Hydraulikflüssigkeiten, liefert deshalb keine zuverlässige Aussage und schon gar nicht, warum das Öl verfärbt ist. • Die Filter in einer einige Tausend Liter fassenden Umlaufschmierung blockieren • wiederholt. Das Öl wird ohne Hintergrund-Informationen zur Analyse eingesandt. Weder die Ölbezeichnung, Angaben zur Einsatzzeit noch Informationen zur Anlage selbst und ihrem Einsatz sind beigefügt. So ist eine aussagekräftige Analyse un‐ möglich. Handelt es sich z. B. um eine Papiermaschine, ein Walzwerk oder eine Um‐ formpresse? Neben der Ölprobe ist in einem solchen Fall ein handtellergroßes Stück des blockierten Filtervlieses sehr hilfreich, um die Art der auf dem Filtermaterial zurückgehaltenen Ablagerungen zu identifizieren und mit der Chemie des Öls selbst abzugleichen. Bei einem Arztbesuch vertrauen wir auf die Expertise des Arztes und folgen seiner Emp‐ fehlung, welche Untersuchung für eine sichere Diagnose notwendig ist. Bei einer Ölanalyse 21 1. 1. Die erfolgreiche Ölanalyse <?page no="25"?> sollte es nicht anders sein: Es lohnt sich, den Experten vor der Entnahme einer Ölprobe zu Rate zu ziehen. 1. 1. 2. Probenentnahme und Versand Ist der Prüfumfang festgelegt und damit bekannt, wie viel Öl benötigt wird, geht es an die Probenentnahme. Eine ungeeignete Probenentnahme, unsaubere Probengefäße oder verunreinigte Hilfs‐ mittel können die Qualität der Öl-Probe erheblich beeinträchtigen. Letztendlich ist die Aussagekraft der Prüfergebnisse gefährdet. Im Extremfall sind diese gar unbrauchbar. Das nachfolgende Bild sagt sprichwörtlich mehr als 1000 Worte: Abb. 1.4: Ungeeignete Probengefäße sprechen für sich Mit einigen Regeln lassen sich derartige Fehltritte vermeiden. Anhand 5 einfacher „W-Fragen“ wird deutlich, worauf es bei der Probenentnahme ankommt: • Wann • • Wo • • Wie (Womit) • • Wo hinein (Wohin) • • Welche Angaben • Das „Wo“ entscheidet, ob die entnommene Probe repräsentativ für das System in Bezug auf die Fragestellung ist. Das kann für Routineüberwachungen z. B. die Rücklaufleitung sein. Das System-Design entscheidet oft, was machbar ist. Wichtig ist, absolute „No-Gos“ zu vermeiden, wie z. B. das Ausleeren eines Filterelements. Das „Wie“ zeigt nicht nur, welche technischen Möglichkeiten verfügbar sind, um eine Öl-Probe zu entnehmen. Hier geht es auch darum, die Sicherheit im Auge zu haben, z. B. bei mit Druck beaufschlagten Systemen oder bei sehr hohen Öltemperaturen. „Wo hinein“ heißt, ein geeignetes Probengefäß zu verwenden. Grundvoraussetzungen sind Sauberkeit, Ölbeständigkeit, dicht schließend. Je nach Öl-Typ und Anwendung kommen eventuell noch weitere Anforderungen hinzu. 22 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht <?page no="26"?> „Welche Angaben: “ Je mehr Angaben zur Maschine, dem Öl und der Einsatzzeit vor‐ handen sind, umso detaillierter kann die Bewertung erfolgen. Nicht immer sind alle Daten verfügbar. Das Fehlen selbst rudimentärer Angaben erschwert jedoch eine treffsichere Diag‐ nose. In der Praxis wird das Mitliefern wichtiger Daten zur Ölanalyse aus Unkenntnis oft un‐ terschätzt. Das ist jedoch relativ einfach zu umgehen: Ein auf die Untersuchung von Ge‐ brauchtölen abgestimmter Probenbegleitschein fragt alle relevanten Informationen ab. Das Kapitel 2 behandelt die Fragestellungen rund um die Entnahme, die Deklaration und den Versand von Öl-Proben detailliert. 1. 1. 3. Das Labor Der Entschluss ist schnell gefasst: Eine Ölanalyse wird beauftragt. Der Untersuchungsum‐ fang ist klar, die Probe ist entnommen und steht bereit zum Versand. Meist ist in dieser Situation schon bekannt, welches Labor zur Untersuchung eingeschaltet wird. Entweder war es beim Entscheidungsprozess behilflich oder es wird routinemäßig mit Analysen dieser Art beauftragt. Abb. 1.5: Blick in den Laborbetrieb eines modernen Öl-Labors Wann immer die Entscheidung für ein Labor getroffen wird, sollte diese mindestens auf der Basis der folgenden Kriterien getroffen werden: • Kompetenz • • Zeit • • Unabhängigkeit • • Kosten • Wie kann die Kompetenz eines Labors beurteilt werden? Als erstes Kriterium dafür wird in der Regel eine Zertifizierung z. B. nach DIN EN ISO 9001 bzw. 14001 gesehen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Mindestanforderungen an den Betrieb eines Qualitäts-Manage‐ ment-Systems erfüllt sind. Die Methoden-Kompetenz aus dem Blickwinkel der Analytik wird erst durch eine Akkreditierung nach DIN EN ISO/ IEC 17025 nachgewiesen. Für Ge‐ brauchtölanalysen sind Erfahrungen in der Analyse und Bewertung von Gebrauchtölen durch Tribologen unerlässlich, denen die Funktionsweise der Maschinen und ihr Einfluss auf die Ölalterung vertraut sind. 23 1. 1. Die erfolgreiche Ölanalyse <?page no="27"?> Drei dem Alltag entnommene Beispiele: 1. Ein Kunde beauftragt ein akkreditiertes Labor mit der Prüfung des Flammpunktes 1. einer Öl-Probe. Da es sich um ein klassisches Mineralölprodukt und keinen Kraft‐ stoff handelt, prüft dieses den Flammpunkt nach der Methode im „offenen Tiegel“ gemäß DIN EN ISO 2592. Eine einfache Aufgabe! Es handelt sich jedoch um ein gebrauchtes Wärmeträgeröl. Mit dem Test soll die Anwesenheit von Niedrigsiedern geprüft werden, wozu die Methode im geschlos‐ senen Tiegel gemäß DIN EN 22719 notwendig ist. Die Methode im „offenen Tiegel“ liefert keine zuverlässige Information darüber! Ohne die korrekte Information für das Labor und die Kenntnis der einschlägigen Überwachungsrichtlinien wird eine nicht aussagekräftige Analyse durchgeführt, die zu falschen Schlüssen führt. 2. Die Elementanalyse für eine Öl-Probe gemäß DIN 51399-1 durchzuführen, ist kein 2. großes Problem. Dafür gibt es eine Vielzahl zertifizierter Labors, die diese Bestim‐ mung nach akkreditiertem Verfahren durchführen. Problematisch wird es, wenn der Kunde eine Interpretation dieser Werte erwartet. Diese Kompetenz ist in der DIN-Norm nicht enthalten und kann demzufolge auch nicht akkreditiert werden. 3. Ein Ottomotor ist unerwartet ausgefallen. Zur Klärung der Schadensursache wird 3. der Motor geöffnet. Dabei werden starke koksartige Ablagerungen festgestellt. Ein etwa taubeneigroßes Stück davon wird eingesandt mit der Bitte, den Koksrückstand nach der Conradson-Methode zu bestimmen. Anscheinend hat der Auftraggeber ir‐ gendwo von der Methode gehört oder gelesen, ohne deren Zweck und Aussagekraft nur ansatzweise zu kennen. Gezielte Fragen nach Referenzen und der Kompetenz, Gebrauchtöle zu untersuchen und die Werte praxisorientiert zu interpretieren helfen, das zu vermeiden. Schon in einem ein‐ zigen Telefonat; ob nun im Vorfeld der Analyse oder erst bei Rückfragen zum Laborbericht wird schnell klar, ob es sich um kompetente, in Gebrauchtölanalysen erfahrene Ansprech‐ partner handelt. Zeit ist Geld! Was nutzt es, wenn das hauseigene Forschungslabor eines Schmierstoff‐ produzenten oder Maschinenherstellers sehr kompetent ist, die Ermittlung der Ergebnisse jedoch mehr als 2 Wochen in Anspruch nimmt. Wenn es um die zeitkritische Überwachung von Maschinen und Produktionsanlagen geht, deren Stillstand mit sehr hohen Kosten zu Buche schlägt, ist die Zeit neben der Kompetenz eines der wichtigsten Kriterien. Viele Kunden schätzen die Neutralität des Labors. Unabhängig z. B. von der Lieferung der Maschine, Ersatzteilen, Zusatzausrüstungen oder des Öls. Natürlich nutzt die Unab‐ hängigkeit nur, wenn gleichzeitig Kompetenz und der erforderliche Zeitrahmen erfüllt sind. Spätestens wenn die routinemäßige Ölüberwachung mehr kostet als sie nutzt, ist sie unwirtschaftlich. Dass dafür nicht die Ölmenge im System allein ein Kriterium sein kann, liegt auf der Hand. Ganz gleich, wie groß oder klein eine Maschine ist: Sie kostet in der Regel ein Vielfaches im Vergleich zur Ölfüllung. Dieser Umstand sollte bei der Bewertung von Ölanalysen stets im Fokus sein. Ebenso sind ein Stillstand zwecks unnötigem Ölwechsel und der damit verbundene Produktionsausfall oder die Kosten für unvorhergesehene Komponentenschäden in der Regel ein Vielfaches der Ölfüllung wert! 24 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht <?page no="28"?> Wer allein auf den Preis einer Ölanalyse schaut, verschenkt bares Geld. Der Preis ist immer im Zusammenhang mit der gesamten Dienstleistung zu sehen. Im Zweifelsfall sollten die Laborberichte verschiedener Labors direkt miteinander verglichen werden: Ei‐ nerseits anhand der ermittelten Parameter, andererseits anhand der Interpretation der Er‐ gebnisse. 1. 1. 4. Der Laborbericht Eine Öl-Probe wurde entnommen, dokumentiert, ans Labor gesandt und dann kommt der Laborbericht. Abb. 1.6: Beispiel eines Laborberichtes Ausgangspunkt war möglicherweise eine Routinekontrolle oder eine konkrete Fragestel‐ lung. Der Laborbericht sollte eine Antwort darauf geben. • Ist das geschehen? • • Wenn nicht oder falls noch Fragen offen sind: Nachfragen! • Ein kompetentes Labor steht bei der Interpretation der Analysewerte hilfreich zur Seite. Eine andere Möglichkeit: Die Frage wurde vom Labor nicht richtig verstanden. Das kommt beispielsweise vor, wenn feststehende Begriffe der Ölalterung im falschen Kontext benutzt werden: Es wird ein schwarz gefärbtes, verbrannt riechendes Hydrauliköl mit der Frage ans Labor gesandt, ob es oxidiert sei. Der Kunde ist enttäuscht, dass der Oxida‐ tionswert völlig in Ordnung ist. Dabei handelt es sich möglicherweise eher um den „Die‐ seleffekt“. Dieser hat mit der klassischen Öloxidation nichts zu tun, sondern mit einem erhöhten Gehalt ungelöster Luft, z. B. durch Undichtigkeiten (mehr dazu im Kapitel 3). Eine Ölanalyse ist kein Wunschkonzert. Sie wird nicht immer das erwartete Ergebnis liefern. Diese Einstellung kann zu Enttäuschungen führen. Vielleicht sollte die Analyse 25 1. 1. Die erfolgreiche Ölanalyse <?page no="29"?> einen vermuteten Fehler bestätigen. Doch der Laborbericht sagt dazu ganz klar: Nein. Auch ein „Nein“ als Antwort auf eine Frage ist eine Antwort! Jetzt ist klar, dass die anfangs geäußerte Vermutung sich nicht bewahrheitet hat. Eine Ölanalyse ist dann erfolgreich durchgeführt, wenn der Auftraggeber es nicht bereut, die Ölprobe eingesandt zu haben. 1. 2. Ölanalysen erfolgreich organisieren Schmierstoffe und Schmierung leisten einen entscheidenden Beitrag zum sicheren, zuver‐ lässigen und wirtschaftlichen Betrieb von Maschinen und Anlagen. Deshalb werden heute Schmierstoffe nicht mehr als „Hilfsstoff “ bezeichnet, sondern als Maschinenelement oder als Ersatzteil gesehen, wie beispielsweise ein Wälzlager. Der Umgang mit Bauteilen, von deren Beschaffung, deren Lagerung, Einbau und auch deren Überwachung beim Betrieb, bis hin zur Entsorgung ist eingebettet in die Instand‐ haltungsstrategie. Welche Vorgehensweise ist sinnvoll und effektiv, wenn Ölanalysen abteilungs- oder gar betriebsweit eingeführt werden sollen? Eben genau die, die sich bei der Überwachung von Bauteilen, Maschinen und Anlagen seit vielen Jahren bewährt hat. Schnell wird klar, dass es dabei gar nicht nur um Ölanalysen gehen kann. Der zuverlässigste und langfristig auch wirtschaftlichste Weg ist die Einführung eines professionellen Schmierungsprogrammes. Dieses regelt, integriert in das Betriebsmanage‐ ment, alle schmierungsbezogenen Aktivitäten. 1. 2. 1. Schmierungsprogramm nach ICML 55. 1 Eine gute Möglichkeit, die Schmierung professionell in das Anlagenmanagement, („Asset Management“) zu integrieren, ist die speziell dafür geschaffene, praxisorientierte Richtlinie 55. 1 / 1/ des International Council for Machinery Lubrication (ICML). Diese ist abgestimmt auf die Anforderungen der international anerkannten Normen des Asset Management wie beispielsweise der ISO 55000 und 55001. Auch eine Anbindung an Qualitätsmanage‐ ment-Systeme wie ISO 9001 ist möglich. 26 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht <?page no="30"?> Abb. 1.7: Bereiche des Schmierungsmanagements nach ICML 55.1 / 1/ Die Anbindung an die bestehenden Managementsysteme sichert, dass die Schmierung stets den Anforderungen des Betriebs folgt. Weil Schmierstoffe über Ölanalysen oder Ölsensoren (siehe Abschnitt 9) zum Sprechen gebracht werden, ist die Ölüberwachung ein fester Bestandteil des Schmierstoff-Manage‐ ments. ICML stellt mit der Richtlinie 55. 1 einen Rahmen für die Implementierung und den Be‐ trieb eines Schmierungs-Programms zur Verfügung. Punkt 7 dieses Programms behandelt die Schmierstoff-Analysen. Dort ist vieles wiederzufinden, was im vorherigen Abschnitt detailliert erläutert wurde. Zusätzlich wird immer wieder der Blick auf das Ganze, den wirtschaftlichen Betrieb einer Anlage geworfen. Das ICML hat in den verschiedenen Ländern Personen und Organisationen etabliert, die den Anwender bei der Implementierung neuer und der Optimierung bestehender Schmier‐ ungs-Programme zu unterstützen. 1. 2. 2 Integration von Ölanalysen ohne spezielles Programm Ausgehend von einer Liste der mit Schmierstoffen befüllten Anlagen bzw. Baugruppen wird zunächst festgelegt, welche ölgefüllten Systeme wann und wie analysiert werden. Dafür werden in der Regel Kriterien herangezogen wie beispielsweise: • Wie kritisch ist ein Ausfall der geschmierten Komponente für den wirtschaftlichen • Betrieb der Anlage? • Wie hoch ist die Sicherheits-Relevanz für das Personal und die Umwelt? • • Wie hoch sind die Reparatur-, Ausfall- und Ersatzbeschaffungskosten? • • Wie schnell und einfach ist eine Reparatur oder Ersatzbeschaffung? • Auf diese Weise werden selbst Systeme, die nur eine kleine Ölfüllung haben, regelmäßig überwacht, wenn deren Ausfall immense Folgekosten nach sich zieht. 27 1. 2. Ölanalysen erfolgreich organisieren <?page no="31"?> Fehlermöglichkeits- und Einflussanalysen (kurz Auswirkungsanalysen) können dabei helfen, die Kosten besser abzuschätzen. Zusätzlich kann die Historie als weiteres Kriterium herangezogen werden, z. B. wie oft im System X oder Y in den letzten 10 Jahren ein Fehler aufgetreten ist, was für ein Fehler das war, welche Folgekosten entstanden und wie Öla‐ nalysen helfen können, diese frühzeitig zu erkennen. Anschließend wird für jedes der mittels Ölanalysen zu überwachenden Systeme festge‐ legt, wie das geschehen soll, z. B.: • Welche Analyse-Sets sind dafür geeignet • • Wer entnimmt wie die Proben • • In welchem Abstand sollen die Proben entnommen werden • • Welche Daten sind für die aussagekräftige Bewertung der Analysenergebnisse not‐ • wendig • Welche Frischöle sollten als Referenzmuster untersucht werden • • Wer bekommt den Laborbericht bzw. darf auf die Daten per Online-Zugang zu‐ • greifen • Wer ist im Vorfeld zu schulen • Ein professionelles, auf Schmierstoff-Analysen spezialisiertes Labor unterstützt den An‐ wender dabei, ein effektives, auf die individuellen Bedürfnisse abgestimmtes Ölana‐ lyse-Programm zu etablieren. 1. 2. 3. Checkliste zur Beauftragung von Ölanalysen Die nachfolgende Checkliste hilft dem Anwender, klassische Fehler bei der Beauftragung von Ölanalysen in einem externen Labor zu vermeiden. Ähnlich einem Ablaufplan hilft die Checkliste durch diesen Prozess hindurch. In den beiden rechten Spalten sind Hinweise, Erläuterungen und Verweise auf nützliche Hilfsmittel und benötigte Informationen ge‐ geben. 28 1 Was Ölanalysen erfolgreich macht <?page no="32"?> Abb. 1.8: Checkliste zur Beauftragung einer Ölanalyse 29 1. 2. Ölanalysen erfolgreich organisieren <?page no="34"?> 2 Probenentnahme und Versand Es lohnt sich, der Probenentnahme in gebührendem Maße Aufmerksamkeit zu schenken. Im Abschnitt 1. 1. 2 wurde kurz angeführt, wie 5 einfache Fragen die grundlegenden Aspekte einer professionellen Probenentnahme verdeutlichen: • Wann • • Wo • • Wie („Womit“) • • Wo hinein • • Welche Angaben • Jeder dieser 5 Aspekte wird weiter unten in diesem Kapitel in einem separaten Abschnitt besprochen. Bevor es losgeht Ein seltener und kurzer Kontakt mit einem Schmierstoff ist unter normalen Umständen kein Problem. Dennoch sollten allgemeine hygienische und gesundheitliche Aspekte berücksich‐ tigt werden. Je öfter und länger die Haut in Kontakt mit Öl ist, desto wichtiger ist es, eine Schutzbekleidung wie Handschuhe und Schutzbrille zu tragen. Mit Öl verschmutzte Beklei‐ dung sollte sofort gewechselt und verunreinigte Putzlappen nie am Körper, z. B. in den Ho‐ sentaschen aufbewahrt werden. Spezielle Cremes für die Haut dienen zusätzlich als Schutz. Einige Einsatzbedingungen führen zu einem starken Anstieg der Öltemperatur oder des Drucks. Andere Anwendungen verunreinigen den Schmierstoff mit Gasen oder Brenn‐ stoffen. Daher ist ein einfaches Verständnis der Maschinen, des Öl-Services und der Si‐ cherheitsvorschriften notwendig. Unachtsamkeit, Nachlässigkeit oder Unwissenheit können zur Gefährdung der eigenen Gesundheit oder der von anderen beitragen. Deshalb einige praktische Hinweise: Anwendung* zu beachten Empfehlung Motoren Hohe Temperatur im Öl Verwendung von Handschuhen und hitze‐ beständigen Werkzeugen und Gefäßen Hydraulikan‐ lagen Sehr hoher Druck Probenentnahme nur an bestimmten Stellen und druckbeständigen regelbaren Ventilen oder Öl aus einem Bereich mit Unterdruck Umlaufsysteme Hoher Druck oder Temperatur Probenentnahme nur an bestimmten Stellen und druckbeständigen, regelbaren Ventilen oder Öl aus einem Bereich mit Unterdruck Heizsysteme Sehr hohe Temperatur Verwendung von Handschuhen und hitze‐ beständigen Werkzeugen und Gefäßen Kühlkompres‐ soren Hermetisches System kann Küh‐ lungsmittel wie Ammoniak ent‐ halten Verwendung von gasfesten Flaschen! Am‐ moniak: nicht an der Probe oder dem Reser‐ voir riechen! <?page no="35"?> Transformatore‐ nöle (D.G.A.) Konzentration an Gas ist ab‐ hängig vom Druck und der Tem‐ peratur Verwendung von gasfesten Flaschen und Spritzen; eine blasenfreie Probe entnehmen *) Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit Tabelle 2. 1: Sicherheits-Hinweise zur Probenentnahme für typische Anwendungen Das Ziel nicht aus den Augen verlieren Gern werden gerade in Bezug auf die Probenentnahme lange theoretische Diskussionen geführt, die sich letztendlich im Kreise drehen. Schnell werden dabei Nebensächlichkeiten zur Hauptsache hochstilisiert und der Blick auf die Praxis geht verloren. Am Ende steht das Wort „Verunsicherung“, obwohl das Ziel der Diskussion eine eindeutige Regelung war. Die Entnahme einer Schmierstoffprobe an der theoretisch perfekten Stelle ist manchmal nicht möglich oder derart kompliziert, dass niemand im Alltag diesen Aufwand treiben wird. In der Praxis gibt es selten einen Königsweg der optimalen Probenentnahme. Des Wei‐ teren ist es hier unmöglich, die individuellen Umstände vieler Tausend Maschinen und Anlagen umfassend darzustellen. Dagegen ist es sinnvoll, Regeln aufzustellen, die zeigen, was bei der Probenentnahme machbar ist und was eher nicht getan werden sollte. Bran‐ chenbezogene Praxis-Beispiele tragen in starkem Maße dazu bei, das Ganze in den Ar‐ beitsalltag mitzunehmen. Ziel ist es, repräsentative Öl-Proben zu erhalten, die eine verlässliche Basis für Entschei‐ dungen sind und gleichzeitig nicht denjenigen aus dem Blick zu verlieren, der diese Öl-Probe entnehmen muss. Insbesondere für Trendanalysen ist eine grundsätzliche Regel von großer Bedeutung: Immer nach derselben Vorgehensweise. Andernfalls kann der „Trend“ mehr von der Probenentnahme beeinflusst werden als von dem Betrieb der Maschine. Es macht also Sinn, die Vorgehensweise der Probenentnahme ebenso festzuschreiben wie den Prüfumfang! 2. 1. Wann: Zur rechten Zeit „Wann“ eine Öl-Probe entnommen wird, zielt in erster Linie auf den Betriebszustand der Maschine bzw. Anlage bei der Probenentnahme ab. Die Regel ist einfach: Probenentnahme möglichst bei laufender, betriebswarmer Maschine. Das Öl soll betriebswarm sein, sich in permanenter Bewegung und ständigem Austausch mit dem System befinden. Das hat folgende Vorteile: 1. Das sich in Bewegung befindliche Öl trägt zuverlässig im System vorhandene Par‐ 1. tikel, sowohl Verschleißpartikel als auch Verunreinigungen. 2. Ein warmes Öl ist dünnflüssiger und damit leichter aus dem System zu entnehmen. 2. 3. Ist die Entnahme bei laufender Maschine technisch möglich, entfallen Kosten für 3. Produktionsausfall und Anbzw. Abfahren der Anlage. 32 2 Probenentnahme und Versand <?page no="36"?> 4. Ist eine Entnahme bei laufender Maschine nicht möglich, sollte die Probe möglichst 4. unmittelbar nach deren Abschaltung/ Stillstand entnommen werden. Keine Regel ohne Ausnahme! Ist beispielsweise die Maschine bereits ausgefallen und die Ölanalyse soll im Nachhinein helfen, die Schadensursache zu ermitteln, kann diese goldene Regel nicht eingehalten werden. Ein Vermerk auf dem Begleitschein hilft, das bei der Be‐ urteilung der Laborergebnisse zu berücksichtigen. Das „Wann“ hat noch mindestens 2 weitere Aspekte: • Wie oft, d. h., in welchem Intervall sollte eine Öl-Probe untersucht werden. • • Wieviel (Einsatz-)Zeit sollte überhaupt vergehen, bevor eine Ölanalyse aussage‐ • kräftig ist, z. B. in Bezug auf den Verschleiß und die Öl-Lebensdauer? Tabelle 2. 2 zeigt typische Intervalle zur Routineüberwachung von Ölen aus verschiedenen Anwendungen. Anwendung Intervall Industriehydraulik 3 bis 6 Monate, 2000 Stunden Mobilhydraulik 500 Stunden, 500 Stunden Stationärer Gasmotor 2 - 3 Monate, 500 Stunden Industriegetriebe 3 bis 6 Monate, 2000 Stunden Hauptgetriebe Windturbine 6 Monate, 4000 Stunden Dampf- oder Gasturbine 6 Monate, 4000 Stunden Kältemaschine 6 bis 12 Monate, 2000 Stunden Kompressor 6 Monate, 2000 Stunden Transformator 12 Monate, 8000 Stunden Wärmeträgerflüssigkeit 12 Monate, 8000 Stunden Tabelle 2.2: Typische Probenentnahme-Intervalle zur Routineüberwachung Die in der Tabelle gegebenen Zahlen sind Richtwerte. Unterschiedliche Betriebsbedingungen, verschiedene konstruktive Ausführungen und abweichende Anforderungen an die Verfügbar‐ keit können die angegebenen Richtwerte sowohl nach unten oder oben verschieben. Eine unmittelbar nach einem Ölwechsel entnommene Probe ist geeignet, die Qualität eines Ölwechsel-Verfahrens oder eine Umstellung auf einen anderen Öl-Typ zu beurteilen und eine ausgezeichnete Referenz für weitere Trendanalysen. Sie kann jedoch keine Aus‐ sage über den Verschleißzustand des Systems liefern. Um zuverlässige Informationen über den Verschleißzustand zu erhalten, muss das System eine gewisse Zeit betrieben worden sein. Als Faustformel können hier die Zeit-Angaben aus der Tabelle 2 halbiert werden. Stark erhöhte Verschleißkonzentrationen, die durch anomale Beanspruchung entstehen oder wie sie kurz vor dem Ausfall eines geschmierten Bauteiles typisch sind, können dagegen auch nach deutlich kürzerer Laufzeit detektiert werden. 33 2. 1. Wann: Zur rechten Zeit <?page no="37"?> 2. 2. Wo: Der richtige Ort Das „Wo“ entscheidet, ob die entnommene Probe repräsentativ für das System in Bezug auf die Fragestellung ist. Die Wahl der Entnahmestelle hängt hauptsächlich von der Fragestellung an die Analyse und den technischen Details des Systems ab. Für eine Routinekontrolle des Öles aus einer Anlage mit Umlaufschmierung ist der Rücklauf vor dem Filterelement eine geeignete Stelle, um so viele Informationen wie möglich aus der Probe zu ziehen: Dann sind Informationen zum Verschleiß aller geschmierten Komponenten, dem Verschmutzungsgrad und des Öl‐ zustandes in der Probe enthalten. Die Entnahme nach dem Filterelement ist zu vermeiden, da bereits einige Informationen ausfiltriert sein können. Die Entnahme aus dem Filter selbst liefert ebenfalls keine repräsentativen Informationen zum Zustand des Öls und des Systems. Spezielle Fragen führen oft zu bestimmten Entnahmestellen. So erfolgt z. B. eine Probe‐ nahme direkt aus der Rücklaufleitung eines Lagers, um detaillierte Informationen über den Verschleißzustand eben dieses Lagers zu erhalten. Abb. 2. 1: Schematisches Beispiel eines idealisierten Ölumlauf-Systems 34 2 Probenentnahme und Versand <?page no="38"?> Verschiedene Fragestellungen führen tatsächlich zu unterschiedlichen Orten der Pro‐ benentnahme, z. B.: • Y = Rücklaufleitung vor dem Rücklauf-Filter (RF) zur klassischen Routine-Überwa‐ • chung des Gesamtsystems • E = Ansaugleitung der Hochdruckpumpe (HDP) zur Ermittlung der Reinheitsklasse • des dort angesaugten Öls nach dem Niederdruckfilter (NDF) und der Speisepumpe (SP) • F = Verschleißüberwachung der Hochdruckpumpe (HDP), vor dem Hochdruckfilter • (HDF) • G, H oder I = Zulauf zu den Teilsystemen zur Ermittlung der Reinheitsklasse des in • das System eingespeisten Öls • K = Rücklauf aus Komponente „ST1“ zur besonderen Verschleißkontrolle von „ST1“ • • N = Rücklauf aus Komponente „M1“ zur besonderen Verschleißkontrolle von „ST1“ • und „M1“ 2. 3. Wie: Die richtige Methode Das „Wie“ zeigt nicht nur, welche technischen Möglichkeiten verfügbar sind, um eine Öl-Probe zu entnehmen. Vor allem hier geht es auch darum, die Sicherheit im Auge zu haben, z. B. bei mit Druck beaufschlagten Systemen oder bei sehr hohen Öltemperaturen. Zur Probenentnahme aus der laufenden Maschine ist eine fest installierte Probenent‐ nahmestelle zu bevorzugen. Diese ermöglicht einerseits eine wirklich repräsentative Pro‐ benentnahme und gleichzeitig eine hohe Sicherheit. In hydraulischen Systemen sind oft Minimess-Anschlüsse vorhanden. Dazu muss das Design des Probeentnahme-Tools an die Druckverhältnisse des Systems angepasst sein, z. B. je nach Höhe des Drucks durch ein Rückschlagventil oder eine Drossel. Etwaige Anschluss-Stellen sind mit einer Staubschutz‐ kappe versehen. Vor der Probenentnahme ist die Entnahmestelle zu säubern und eine ent‐ sprechende Teilmenge an abgelassenem Öl zunächst zu verwerfen, um die Probenent‐ nahmestelle inclusive der Zuführungsleitung zu spülen. Andernfalls ist die entnommene Ölmenge nicht repräsentativ für das System. Hermetisch geschlossene Systeme sind nur über spezielle Entnahmestellen zu beproben. Weist das Betriebsöl ungewöhnlich hohe Temperaturen auf, wie z. B. Wärmeträgeranlagen, sollte die Öl-Probe über eine spezielle Kühlfalle entnommen werden. Nicht jedes System bietet eine fest installierte Entnahmestelle. Nachstehende Tabelle gibt einen kleinen Überblick, wie alternativ Proben aus den Systemen entnommen werden können: 35 2. 3. Wie: Die richtige Methode <?page no="39"?> Beispiel Anmerkung Während des Ölwechsels direkt in die Probenflasche Aus einem beliebigen Ölbehälter, wenn es keinen anderen Weg gibt, um eine Probe zu erhalten. Reinigen und spülen Sie die Entnahmestelle vor der Probenahme! Anwendbar z. B. für viele Kleinsysteme, Ölwannen etc. ohne eigene Umlaufschmierung. Auch hier muss eine kleine Menge des abgelassenen Öls zunächst verworfen werden, bevor die Probe direkt aus dem (“mittleren”) Ölstrahl entnommen wird. Von Motoren oder anderen Ölwannen Mit einer manuellen Vakuumpumpe direkt in eine spezielle Probenfla‐ sche. Der Schmierölkreislauf von Motoren ist oft leicht zugänglich über die Öffnung für den Ölmess-Stab. Andere Systeme haben ggf. eine In‐ spektionsöffnung, einen Deckel o. ä. Den Schlauch nicht zu lang be‐ messen. Online-Entnahme für Hydrauliken An einem Minimess-Anschluss mit einem druckreduzierenden Ventil di‐ rekt in einen speziellen Probenbehälter. Der beste Weg, um eine Probe online zu bekommen. Die Entnahme vor dem Filter ist wichtig. Bitte beachten Sie, dass hydrau‐ lische Systeme unter hohem Druck arbeiten, mehrere Hundert bar sind üblich! Industriegetriebe mit speziellen Entnahmestellen Spezielle Probenentnahme-Ports ermöglichen die Entnahme während des Betriebs. Eine gute Stelle zur Entnahme ist im Rücklauf vor dem Filter. Bitte beachten Sie, dass das System unter Druck arbeitet, in Umlauf‐ schmiersystemen bis zu 10 bar. Transformatorenöl-Probe zur Gas-in-Öl-Analyse (DGA) Mit einer speziellen gasdichten Spritze mit einem 3-Wege-Ventil, um Luft‐ einschlüsse zu vermeiden. Genauigkeit bei der Probenentnahme ist sehr wichtig, um Blasenbildung zu vermeiden. Die während der Probenent‐ nahme herrschende Öltemperatur sollte notiert werden. Fettgeschmierte Wälzlager Mit einem Entnahmeset für Fette, z. B. eine Spritze und ein spezielles Pro‐ benröhrchen, einem Spatel oder ein Grease-Theaf. Für die Zustandsüber‐ wachung sollte die Entnahmestelle so nah wie möglich an der Laufbahn oder dem Käfig sein. Tabelle 2.3: Beispiele zur Probenentnahme aus verschiedenen Systemen Spezielle Fragestellungen machen ggf. auch besondere Festlegungen für die Probenent‐ nahme notwendig. Aus einem ungewöhnlich stark schäumenden Getriebe wurde z. B. emp‐ fohlen, nicht nur eine Probe des neuen und gebrauchten Öls, sondern auch eine Probe direkt von der Schaumschicht (! ) einzusenden. 36 2 Probenentnahme und Versand <?page no="40"?> 2. 4. Wo hinein: Der geeignete Probenbehälter „Wo hinein“ heißt vor allem, ein geeignetes Probengefäß incl. Transportverpackung zu ver‐ wenden. Die allgemeinen Anforderungen an ein Probengefäß für Ölanalysen sind • Sauber • • Ölbeständig • • Dicht schließend • • Möglichst transparent (und nachfolgend lichtundurchlässig verpackt) • Unsaubere Probenbehälter können die Testergebnisse erheblich verfälschen. Bereits be‐ nutzte Öl- oder Fettcontainer sind absolut ungeeignet. Lebensmittel-Verpackungen sollten ebenfalls tabu sein. Richtig sind unbenutzte, speziell gereinigte Probengefäße. Benutzte Behälter sollten nicht wiederverwendet werden. Ausnahmen hierzu sind spe‐ zielle, z. B. druckdichte Probengefäße z. B. für einige Kältemaschinenanwendungen. Die Kosten für die Reinigungsprozedur stehen in diesem Fall in einem vertretbaren Verhältnis für die meist an ein konkretes System-Design angepassten, mehrere Hundert Euro teuren Spezial-Container. Die Reinigung von Standard-Probenbehältern ist in der Regel unwirt‐ schaftlich und erhöht die Gefahr von verfälschten Messergebnissen. Ölbeständig und flüssigkeitsdicht schließend ist ebenfalls eine Grundvoraussetzung. Probenbehälter aus HD-PE-Material sind für vielen Schmieröle verwendbar, mit syntheti‐ schen Flugturbinenölen auf Phosphorsäureester-Basis sind sie jedoch nicht verträglich. In diesem Fall sollten Glasflaschen mit Metalldeckel zum Einsatz kommen, wie sie auch für Kältemaschinenöle Verwendung finden. Transparente Materialien erlauben es auf einfache Art und Weise, unerwartete Verän‐ derungen im Öl wie Farbe, Schmutz, freies oder emulgiertes Wasser vor der Analyse zu erkennen. Einige Labors bevorzugen braun oder grünfarbige Glas- oder auch Metallgefäße, um Veränderungen durch die Einwirkung von UV-Licht zu vermeiden. Nur wenige Öl-Typen sind davon betroffen. Wird die transparente Probenflasche nach der Entnahme verpackt, kann das ebenfalls vermieden werden. Für Öl-Proben aus Getrieben, Hydraulikanlagen oder Dieselmotoren können öl-dicht schließende Kunststoff-Flaschen mit Temperaturbeständigkeit bis etwa 100 °C verwendet werden. Die erforderliche Probenmenge hängt von den durchzuführenden Tests ab. Für Rou‐ tine-Proben von Getrieben, Motoren, anderen Schmierölen oder Hydraulikanlagen ist in der Regel ein Volumen von 80 ml ausreichend. Prüfverfahren wie beispielsweise die Be‐ stimmung des Schaumverhaltens, des Luft- oder Wasser-Abscheidevermögens erfordern ein Volumen von 300 - 500 ml. Das Labor sollte den Kunden über die Mindestprobenmenge für die benötigten Tests informieren und geeignete Probenbehälter zur Verfügung stellen. Für spezielle Anwendungen wie Kälte-Kompressoren, Transformatoren- oder Wärmeträgeröle sind besondere Probengefäße erforderlich. 37 2. 4. Wo hinein: Der geeignete Probenbehälter <?page no="41"?> Probengefäß Anwendung Allgemeine Anwendungen, Probenvolumen ca. 100 ml Öl-Proben von Getrieben, Motoren, Hydraulikanlagen und anderen Anwen‐ dungen Fest verschließbar (nicht druck- oder gasdicht) Allgemeine Proben, Probenvolumen 0,5 - 1.0 L Wenn eine größere Menge an Öl benötigt wird (z. B. für Luftabscheidevermögen, Schaumverhalten) Fest verschließbar (nicht druck- oder gasdicht) Kältemaschinenöle Glasflasche mit Metalldeckel, Fest verschließbar Gasdicht, druckfest Transformatorenöle spezielle Probenspritze mit 3-Wege-Verntil für Gas-in-Öl-Analyse, gasdicht Alternativ: Metallflasche, gasdicht Achtung: blasenfrei befüllen, Flasche dabei zu 100 % befüllen Schmierfette Spritze und Röhrchen oder Spatel für Probenentnahme aus verschiedenen Be‐ reichen Alternative: Grease-Theaf Tabelle 2.4: zeigt eine Übersicht für typische Anwendungsbereiche 2. 5. Welche Angaben: Informationen für das Labor „Welche Angaben“ zur Öl-Probe verfügbar sind, ist nicht nur für eine korrekte Durchführung der Analysen im Labor wichtig. Insbesondere die Bewertung der Analysenergebnisse durch einen Tribologen lebt von den Informationen, die zu Öl, Anwendung und Einsatzbedin‐ gungen vorliegen. Neben einer korrekten Probenentnahme ist es wichtig, dem Labor aus‐ reichende Informationen zur Öl-Probe zu liefern. 38 2 Probenentnahme und Versand <?page no="42"?> Information Wichtigkeit Anwendung Allgemeine Informationen, angenommener Öltyp, erwartetes Ölalte‐ rungsszenario Typ und Hersteller Verwendete Materialien, z. B. für Verschleißbestimmung/ Elementanalyse Ölbezeichnung Vergleich zum Frischöl (z. B. Additive, Viskosität) Ölmenge Typische Konzentrationen an Verschleißmetallen und der Verschmutzung Laufzeit Verschleißzustand, Ölzustand Untersuchungsgrund (Routine oder Spe‐ zial-Analyse) Allgemeine Bewertung und Eingehen auf besondere Fragen Tabelle 2.5: Wichtige Informationen in Kurzform Details zur Anwendung, der Maschine bzw. Anlage wie Typ, Baureihe und Baujahr erlauben nicht nur Rückschlüsse auf konstruktive Besonderheiten, eingesetzte Materialien etc. Neben den Erfahrungen des Tribologen erlaubt der Einsatz statistischer Methoden die praktikable Ermittlung von individuellen Grenzwerten, z. B. den typischen Eisengehalt nach 10.000 Stunden Laufzeit. Ohne die korrekte Angabe der Ölsorte ist es möglich, den Verschleiß- oder Verunreini‐ gungszustand zu ermitteln, die Viskosität zu messen etc. Ein direkter und detaillierter Ver‐ gleich der ermittelten Werte mit denen des Frischöles, z. B. für die Additivelemente oder die Bestimmung des Oxidationswertes anhand des FT-IR-Spektrums ist jedoch nicht mög‐ lich. Auch die Angabe der Füllmenge einer Maschine verrät schon Einiges: Hat beispielsweise ein Getriebe eine Füllmenge von einigen Hundert Liter, liegt in der Regel eine Umlauf‐ schmierung vor. Das bedeutet, dass das Öl gefiltert wird, wodurch sich niedrigere Ver‐ schleißwerte ergeben. Beträgt die Füllmenge dagegen nur einige wenige Liter, liegt Tauch-Spritz-Schmierung vor. Auch derartig kleine Getriebe werden durch Ölanalysen überwacht. Wenn von dem Ausfall eines solchen Getriebes eine ganze Maschine oder gar Produktionslinie betroffen ist, wie beispielsweise bei einem Fertigungsroboter, sind regel‐ mäßige Ölanalysen an der Tagungsordnung. Es macht einen großen Unterschied, ob die Ölfüllung nur wenige Stunden im Einsatz ist oder mehrere Tausend Stunden, ob die Maschine sich im Einlaufprozess befindet oder nicht… In der Praxis wird das Mitliefern wichtiger Daten zur Ölanalyse aus Unkenntnis oft un‐ terschätzt. Das ist jedoch relativ einfach zu umgehen: Ein auf die Untersuchung von Ge‐ brauchtölen abgestimmter Probenbegleitschein fragt alle relevanten Informationen ab (Bild 2. 2). 39 2. 5. Welche Angaben: Informationen für das Labor <?page no="43"?> Abb. 2.2: Probenbegleitschein zur Untersuchung von Hydraulikölen Liegen z. B. nach einem Gebrauchtmaschinenkauf nicht alle Informationen vor, kann eine Analyse Licht ins Dunkle bringen. Eine Fragestellung an das Labor könnte sein, was für ein Öl-Typ in der Anlage im Einsatz ist. 40 2 Probenentnahme und Versand <?page no="44"?> 3 Das Öl in der Maschine Beim Einfüllen in die Maschine weisen neue Schmieröle je nach Grundölart, -qualität und Additivierung eine fast wasserhelle bis gelblich-braune Färbung auf, von einer in einigen Fällen vorgenommenen speziellen Einfärbung abgesehen. Dann beginnt die Maschine zu arbeiten. In der einen Maschine weist das Öl auch nach einem Jahr nur geringe farbliche Veränderungen auf, die mit unseren Augen allein vielleicht gerade noch wahrnehmbar sind. In anderen Fällen reichen wenige Stunden des Einsatzes aus, um das Öl sichtbar dunkel oder gar tiefschwarz zu verfärben. Ganz offensichtlich sind die Veränderungen eines Schmieröles im Betrieb eine sehr spezifische Angelegenheit. Gleichzeitig wird daraus deutlich, dass die Verfärbung eines Schmieröls allein kein hin‐ reichendes Kriterium für einen Ölwechsel sein kann: • Wer würde nach nur 100 Kilometern Fahrstrecke das schwarz gefärbte Schmieröl • seines Dieselmotors wechseln wollen? • Wer würde in seiner Pressenhydraulik das Öl so lange benutzen wollen, bis es auch • nur annähernd so aussieht, wie das in seinem Dieselmotor nach nur 100 Kilometern? Wann ist es tatsächlich an der Zeit, das Öl zu wechseln? Die Antwort liegt auf der Hand: Ölanalysen bringen Licht ins Dunkel! Stellt ein Kunde anlässlich seines soeben erhaltenen Laborberichts die scheinbar einfache Frage nach der verbliebenen Schmierfähigkeit seines Öls, wird schnell deutlich, dass diese profan klingende Frage gar nicht so einfach zu beantworten ist. (Am Ende dieses Kapitels, im Abschnitt 3. 4. geben wir eine praxisorientierte Antwort darauf.) Um den Ölzustandes zu beurteilen, bedarf es eines Grundverständnisses darüber • welche Veränderungen eines Schmieröles für die Art und Dauer des Einsatzes rele‐ • vant sind • welche Ursachen und welche Folgen sie für Öl und Maschine haben können • • welche Testmethoden es zu deren Überwachung gibt • • welche Warn- oder Grenzwerte anzuwenden sind • Letztendlich rückt in den Mittelpunkt, wie zu reagieren ist und welche Maßnahmen sinnvoll sind. Die Ölalterung, eine normale Folge der Beanspruchung während des Einsatzes, steht im Mittelpunkt der Ölüberwachung. Es geht um die praktische Frage, wie sich Schmieröle verändern und anhand welcher Kennwerte oder Prüfverfahren die Veränderungen ge‐ messen werden. Letztendlich geht es um die Entscheidung, ob das Öl gewechselt werden muss oder noch eine bestimmte Zeit einsatzfähig ist, z. B. bis zur nächsten Inspektion. Zunächst der Begriff selbst: Was ist Ölalterung? Ölalterung ist die Gesamtheit aller Teilprozesse, denen ein neues Öl während seines Einsatzes ausgesetzt ist und die seine Gebrauchseigenschaften verändern. <?page no="45"?> Abb. 3.1: Deutlich sichtbare Ölalterung Die Ölalterung begrenzt nicht nur die Einsatzzeit des Öls. Sie hat darüber hinaus ent‐ scheidenden Einfluss auf die Lebensdauer einzelner Komponenten und auf die Zuverläs‐ sigkeit und die Sicherheit von Mensch und Maschine. Ein Schmieröl besteht aus Grundöl(en) und einer Kombination von Additiven (Ölzu‐ sätzen). Diese Komponenten müssen aufeinander und auf die Anwendung abgestimmt sein, um zuverlässig zu funktionieren. Ölalterung kann deshalb für verschiedene Anwendungen, Schmieröle oder Betriebsbedingungen sehr unterschiedlich sein. Jeder Einsatzfall hat sein eigenes Ölalterungsszenario: • Motorenöle altern anders als Getriebe-, Umlaufschmieröle oder Hydraulikflüssig‐ • keiten • Mineralöle und Bio-Öle oder Syntheseöle altern unterschiedlich • • Im Dauerlauf altert das Öl anders als im Stopp-and-Go-Betrieb • • Selbst in baugleichen Anlagen altert das Öl unter anderen Umgebungsbedingungen • nicht gleich • Je nach Öl- und Anlagenpflege/ -wartung altern Öl und Anlage anders • • … • Der Ölalterungsprozess kann zum besseren Verständnis in 3 Teilprozesse zerlegt werden (Bild 3. 2): Abb. 3.2: Teilprozesse der Ölalterung 42 3 Das Öl in der Maschine <?page no="46"?> Während des Betriebes verändern sich Grundöl und Additive, zusätzlich kommt es zu Ver‐ unreinigungen. Die kreisenden Pfeile in der Mitte verdeutlichen, dass diese Teilprozesse keinesfalls losgelöst voneinander existieren. Im Gegenteil! Sie beeinflussen einander per‐ manent, wie folgende Beispiele demonstrieren sollen: • Durch die hohen Temperaturen werden die Antioxidantien zunehmend abgebaut. • Daraufhin beschleunigt sich der Öloxidationsprozess. Schon allein die deutlich sichtbaren Veränderungen wie Dunkelfärbung und Schlammbildung zeigen, dass dadurch Verunreinigungen entstehen. • Durch Wasserbzw. Dampfzutritt werden die phenolischen Antioxidantien eines • Turbinenöls innerhalb kurzer Zeit abgebaut. Die Folge: Erhöhte Oxidationsneigung des Öls, Schaumbildung, Ablagerungen. • Durch eine Leckage zum Ölkühler wird Wasser in das Hydrauliköl eingetragen. Die • Additive (Antioxidantien, Verschleiß- und Korrosionsschutz) werden abgebaut. Ab‐ lagerungen und erhöhter Abrieb sind die Folge. • Durch saure Bestandteile des Biogases werden die im Motorenöl zur Neutralisation • vorhandenen alkalischen Additive zunehmend verbraucht. Damit steigt die Gefahr der Übersäuerung des Motorenöls mit der Folge von korrosiven Angriffen, z. B. der Lagermetalle. Zum besseren Verständnis werden die 3 Teilprozesse Grundölabbau, Additivabbau und Verunreinigungen zunächst jedoch getrennt betrachtet. 3. 1. Grundölabbau Die wichtigsten Mechanismen des Grundölabbaus sind • Oxidation • • Thermische Zersetzung • • Hydrolyse • Oxidation im engeren Sinne der Ölalterung ist der allmählich aber stetig laufende Prozess der Versäuerung des Öls durch Angriff des Sauerstoffs aus der (Umgebungs-)Luft. Neben der Säurebildung führt er zu einer Dunkelfärbung des Öls und einen allmählichen Anstieg der Viskosität. In der überwiegenden Mehrzahl der Maschinen und Anlagen ist die Oxida‐ tion der dominierende Prozess der Ölalterung. Thermische Zersetzung findet bei deutlich höheren Temperaturen als die klassische Ölo‐ xidation statt und benötigt keinen Sauerstoff. Starke thermische Zersetzung führt im Ge‐ gensatz zur Oxidation zu kürzeren Kohlenwasserstoffketten, d. h. sinkender Viskosität und nicht zu einem Anstieg des Säuregehaltes. Hydrolyse bezeichnet den Prozess der Zersetzung in Anwesenheit von Wasser. Davon sind insbesondere esterbasische Flüssigkeiten betroffen. Durch Hydrolyse steigt in der Regel der Säuregehalt und die Viskosität sinkt leicht. In den folgenden Abschnitten werden diese Prozesse detaillierter beschrieben. 43 3. 1. Grundölabbau <?page no="47"?> 3. 1. 1. Oxidation Oxidation im engeren Sinne der Ölalterung* ist der allmählich aber stetig laufende Prozess der Versäuerung des Öls durch Angriff des Sauerstoffs aus der Luft. Zur Oxidation bedarf es: • eines zu oxidieren Stoffs als Elektronenlieferant: → Öl • • Sauerstoff als Elektronen-Aufnehmer: → Luft • • Energie und andere katalytische Einflüsse: → z. B. Temperatur • (* In der Chemie werden heute alle Reaktionen, die Elektronen verbrauchen, Oxidation genannt. Das soll hier aus praktischen Gründen vernachlässigt werden.) Der Kontakt des Schmieröls mit dem Luftsauerstoff ist in den meisten Anwendungen gegeben. Hohe Temperaturen beschleunigen den Oxidationsprozess. Die folgende Faustregel verdeutlicht das eindrucksvoll: Ein Temperaturanstieg um 10 Grad verdoppelt die Oxidationsgeschwindigkeit und halbiert das Ölwechselintervall. Tabelle 3. 1. zeigt den nicht zu unterschätzenden Einfluss hoher Temperaturen auf die Oxidation in beispielhaften Zahlen, basierend auf den allgemeinen Gesetzen der Reakti‐ onskinetik nach Arrhenius: Temperatur [°C] Ölstandzeit [h] 60 → 40.000 70 → 20.000 80 → 10.000 90 → 5.000 100 → 2.500 110 → 1.200 120 → 600 130 → 300 Tabelle 3.1: Temperatur und Ölwechselintervall Demnach reicht ein Anstieg der Betriebstemperatur im Öltank um 20 °C aus, um das Öl‐ wechselintervall auf ein Viertel zu reduzieren! Diese Faustregel gilt für klassische Mineralöle ab etwa 60 °C. Unterhalb von 60 °C oxi‐ dieren Öle nur sehr langsam, bei Raumtemperatur praktisch kaum. Wasser ist ein zweiter Beschleuniger der Öloxidation. Wasser kann je nach Grundöltyp und Additivierung in vielfältiger Form als Beschleuniger fungieren, indirekt z. B. über die Zersetzung der Antioxidantien. Damit wird schnell klar, warum ein permanentes „Kalt-Warm-Kalt-Warm“ über die damit verbundene Kondensat-Bildung ein Öl oft schneller zerstört als gleichbleibend hohe Temperaturen. 44 3 Das Öl in der Maschine <?page no="48"?> Auch einige katalytisch wirkende Metalle beschleunigen durch ihre Anwesenheit die Oxidation, wie beispielsweise Kupfer oder Blei. Das Öl in einem original verschlossenen Fass oxidiert kaum, wenn es stets bei annähernd gleichbleibender Temperatur und trocken gelagert wird. Als klassischer Merksatz einer professionellen Öllagerung gilt nicht von ungefähr: „Keep it cool, keep it dry, keep it clean! “ Folgen der Öloxidation Nachdem bisher vor allem der Auslöser bzw. der Beginn der Oxidation beschrieben wurde, soll es nun an die Folgen gehen. Dazu dient das Modell der Autooxidation nach Korcek [2]: Abb. 3.3: Prozess der Autooxidation nach Korcek [3.2] Der Auslöser „Energie“ wurde hinreichend diskutiert. Die genauen chemischen Prozesse sollen hier nicht im Mittelpunkt stehen [3], [4] sondern die Folgen. Im unteren Teil des Ablaufdiagrammes, nach der Aufspaltung in zwei Teilprozesse, werden die Folgen deutlich sichtbar, wie Tabelle 3. 2. zusammenfasst: 45 3. 1. Grundölabbau <?page no="49"?> Prozess Folgen (Linker Zweig) Polymerisation: Bildung langket‐ tiger Verbindungen Dunkelfärbung Viskositätsanstieg Ablagerungen (Lack, Schlamm) (Rechter Zweig) Säurebildung: Bildung saurer Ver‐ bindungen Korrosion, Versäuerung, Additivabbau Tabelle 3.2: Klassische Folgen der Öloxidation Ungesättigte Verbindungen sind anfälliger gegen Oxidation als gesättigte. Deshalb kann beispielsweise durch die Wahl eines gesättigten Syntheseöls in Verbindung mit darauf ab‐ gestimmten Antioxidantien die Oxidationsstabilität entscheidend verbessert werden. Die Ausbildung von Ablagerungen ist jedoch auch davon abhängig, welche Löslichkeit das Ba‐ sisöl den entstehenden Oxidationsprodukten bietet. Antioxidantien verlängern die Standzeit von Schmierstoffen erheblich. Moderne Schmierstoffe enthalten deshalb fast ausnahmslos Antioxidantien. Einige Additiv-Typen tragen beim Additivabbau selbst zur Ablagerungsbildung bei. Andererseits können spezi‐ elle Additive zur Dispergierung von Oxidationsprodukten beitragen. Die Färbung durch Öloxidation liegt allermeist im Bereich der Brauntöne. Diese gehen für unser Auge fließend in schwarz über, wenn die Schichtdicke zunimmt. Deshalb ist es für den Laien in der Praxis oft nicht einfach, zwischen der klassischen Öloxidation und der Thermischen Zersetzung zu unterscheiden. 3. 1. 2. Thermische Zersetzung Thermische Zersetzung findet bei deutlich höheren Temperaturen als die klassische Öloxi‐ dation statt und benötigt keinen Sauerstoff. In klassischen Schmieröl- oder Hydraulikanwendungen findet thermische Zersetzung z. B. bei starker lokaler Überhitzung des Öls statt. Klassische Phänomen dazu sind: • Dieseleffekt (Microdieseling) • • Elektrostatische Entladungen (Electrostatic Discharge ESD) • • Andere lokale Überhitzungen (Hotspots) • Brandiger Geruch und Grau- oder Schwarzfärbung („Carbonizing“) sind typische Anzei‐ chen dafür. Starke thermische Zersetzung, z. B. „Cracken“ führt im Gegensatz zur Oxidation zu kürz‐ eren Kohlenwasserstoffketten, d. h. sinkender Viskosität und nicht zu einem Anstieg des Säuregehaltes. Findet die Zersetzung in Systemen mit relativ großen Ölvolumen nur an einer oder wenigen lokal begrenzten Orten statt, ist der Einfluss auf die Viskosität der gesamten Ölfüllung oft kaum messbar. Anders als bei der klassischen Öloxidation sind eher Grau- oder Schwarzfärbung und ein brandiger Geruch auffällig. Neben diesen wahrnehm‐ baren Anzeichen können Flammpunkt und Partikelzählung erste Indizien liefern, dieses Phänomen zu erkennen. 46 3 Das Öl in der Maschine <?page no="50"?> Thermische Zersetzung und Oxidation können gleichzeitig stattfinden. Eine Anwen‐ dung, bei der starke thermische Zersetzung und Oxidation stattfinden, ist z. B. die Wärme‐ übertragung mit Wärmeträgerölen. Um den Einfluss der Oxidation zu verringern, werden derartige Systeme im Ausgleichsbehälter mit Schutzgas überdeckt. Nur die Kombination verschiedener Kennwerte erlaubt es, die teilweise gegenläufigen Auswirkungen sicher zu identifizieren. 3. 1. 3. Hydrolyse Ester werden in einer Gleichgewichtsreaktion aus einem Alkohol und einer Säure ge‐ wonnen (Bild 3. 4) und reagieren deshalb anders auf die Anwesenheit von Wasser als Mi‐ neralöle. Abb. 3.4: Reaktionsschema der Veresterung (Wikipedia, Kado6450) Durch den Zutritt von Wasser wird die Rückreaktion (Hydrolyse) initiiert, die die Spaltung des Esters in seine Ausgangsprodukte hervorruft. Die Rückreaktion der Veresterung wird auch „saure“ Hydrolyse genannt. Enthält das hinzugekommene Wasser bestimmte Salze, kann in einer „alkalischen“ Hydrolyse auch eine irreversible Verseifungsreaktion hervorgerufen werden. Die Hydrolyse kann zu folgenden Veränderungen führen: • Anstieg des Säuregehaltes • • Leicht sinkende Viskosität • • Verstärkte Reaktionen mit Metalloberflächen • (z. B. Anstieg von Cu, Zn, Fe) • Bildung von Ablagerungen • Neben der hydrolytischen Spaltung sind vor allem ungesättigte esterbasische Öle wie z. B. Rapsöle je nach Temperaturniveau ebenfalls von starker Oxidation betroffen. Dadurch können teilweise gegenläufige Effekte auftreten. Beispielsweise kann das Absinken der Viskosität durch Hydrolyse durch einen oxidationsbedingten Viskositätsanstieg überlagert werden. 3. 2. Additiv-Abbau Additive sind Wirkstoffe, die der Basisflüssigkeit eines Öls zugegeben werden, um - bestimmte Eigenschaften des Öles zu verbessern - - dem Öl nicht vorhandene Eigenschaften zu geben. - Die überwiegende Mehrzahl der klassischen Schmierstoffe enthält Additive. Der Additiv‐ gehalt kann dabei je nach Öltyp und Anwendung zwischen 1 und über 20 % liegen. Additive 47 3. 2. Additiv-Abbau <?page no="51"?> sind im Vergleich zum Basisöl sehr teuer. In der Regel werden nur so viele Additive dazu‐ gegeben, wie notwendig sind. Dazu kommt, dass ein Zuviel an Additiven kontra-produktiv sein kann. Auf die Zugabe von Additiven muss in einigen Fällen komplett verzichtet werden, wenn dadurch nicht tolerierbare Nebenwirkungen entstehen. Beispielsweise in Kältemaschinenölen für den Betrieb mit Ammoniak als Kältemittel werden deshalb meist keine Additive verwendet. Klassische Additiv-Typen und deren Zweck sind in der Tabelle 3. 3 aufgeführt. Additiv-Typ Zweck Typische Anwendung* Antioxidant (AO, OI) Schutz des Grundöles vor Zersetzung durch Oxidation hauptsächlich bei hohen Tempe‐ raturen Praktisch immer Korrosionsschutz (AC, CI) Schutz der metallischen Oberflächen vor An‐ griffe durch Feuchtigkeit und Säuren bzw. Laugen Praktisch immer Verschleißschutz (EP/ AW) Vermeiden des direkten Kontaktes der metal‐ lischen Oberflächen im Misch- und Grenz‐ reibungsgebiet Klassische Schmieröle für Getriebe, Motoren und Hyd‐ raulikflüssigkeiten Anti-Schaum-Zu‐ satz (AF) Verringerung der Schäumungsneigung Fast immer VI-Verbesserer (VII) Verringerung der Viskositäts-Tempe‐ ratur-Abhängigkeit Viele Mehrbereichsöle Neutralisatoren (BN) Neutralisation saurer Verunreinigungen, z. B. Verbrennungsrückstände Motorenöle Detergents/ Disper‐ sants (DD) Erreichen eines Schmutzlöse- und Schmutz‐ trage-Vermögens (z. B. Ruß, Schlamm, Wasser) Motorenöle Reibwert-Verän‐ derer (FM) Gezieltes Einstellen einer benötigten Reib‐ wertcharakteristik Schmierflüssigkeiten mit Sonderfunktionen, z. B. ATF, UTTO/ TOU/ STOU, einige Motorenöle * ) Ausnahmen vorhanden. Tabelle 3.3: Ausgewählte Additiv-Typen Die dem Grundöl zugegebenen Additive verbrauchen sich während des Einsatzes allmäh‐ lich. Die Geschwindigkeit dieses völlig normalen Vorgangs ist von der spezifischen Belas‐ tungssituation abhängig. Es kommt darauf an, wie viele Additive zur Verfügung stehen (Ölmenge und Additivkonzentration), um der von der Anwendung hervorgerufenen Be‐ anspruchung zu begegnen. Viele Additive sind in der Elementanalyse oder der Infrarot-Spektroskopie sichtbar. Der Verbrauch von Additiven geht jedoch nicht immer mit einem Absinken der Elementkon‐ zentration im Laborbericht einher, da die Reaktionsprodukte des Additiv-Verbrauchs oft auch im Öl enthalten sind. Die wichtigsten Methoden zur Überwachung des Additivzustandes sind: 48 3 Das Öl in der Maschine <?page no="52"?> • Antioxidantien: Infrarot-Spektroskopie, RULER • • Neutralisatoren: Basenzahl • • Dispersants: Dispergiervermögen • • Verschleißschutz: Infrarot-Spektroskopie, ICP • • Korrosionsschutz: Hochdruck-Säulen-Chromatographie • Grundprinzip der Additiv-Überwachung ist der Abgleich mit der Frischöl-Referenz und die Trendbewertung. Es wird in der Regel nicht gewartet, bis sich Additive komplett abbauen. Oft liegen Grenzwerte im Bereich von 30 - 50 % des Frischölniveaus. In den folgenden Abschnitten werden einige Additive und deren Überwachung etwas detaillierter beschrieben. 3. 2. 1. Antioxidantien Antioxidantien werden fast ausnahmslos in allen Schmierstoffen verwendet. Antioxidan‐ tien schaffen die Öloxidation nicht ab. Sie bremsen den Oxidationsprozess, indem sie in den Reaktionsmechanismus eingreifen. Zur Demonstration wird nochmals das Modell der Autooxidation nach Korcek [2] benutzt. Abb. 3.5: Autooxidation und Antioxidantien 49 3. 2. Additiv-Abbau <?page no="53"?> Einfach ausgedrückt, neutralisieren sie die Produkte, die den weiteren Fortgang der Ölo‐ xidation beschleunigen: • Primäre Antioxidantien, „Radikalfänger“, neutralisieren die sich bildenden Radi‐ • kale. • Sekundäre Antioxidantien, „Peroxid-Zerstörer“, neutralisieren die entstehenden • Hyperoxide. • Metall-Passivatoren minimieren den katalytischen Einfluss von Metallen auf den • Oxidationsprozess (in der Grafik nicht dargestellt) Die Antioxidantien werden während des Einsatzes verbraucht. Von besonderer Bedeutung ist ihre Überwachung in Systemen, die sehr empfindlich auf Ablagerungen und Säurebil‐ dung reagieren, wie Bild 3. 6 demonstriert: Abb. 3.6: Der Oxidationsprozess und seine Auswirkungen (nach FLUITEC & OilDoc, [5]) Die Grafik zeigt, dass die Ölveränderungen zunächst vom Abbau der Antioxidantien do‐ miniert sind. Die in vielen klassischen Ölüberwachungsprogrammen zur Beurteilung des Ölzustandes verwendeten Parameter wie Säurebildung (Neutralisationszahl) oder Ablage‐ rungsneigung (Heptan-Unlösliches) zeigen die Ölveränderungen erst, wenn es für sensible Systeme schon zu spät ist. In ablagerungssensitiven Anlagen ist es zielführender, die An‐ tioxidantien zu überwachen. Damit ist die Möglichkeit einer Reaktion gegeben, bevor eine beschleunigte Bildung von Säuren und Ablagerungen stattfindet. Dazu kommt, dass die stets mit dem Ausgangswert des Frischöls abgeglichene Säurezahl durch den Additivabbau anfangs eher sinkt als steigt und die Viskosität sich in großen Ölfüllungen praktisch kaum verändert. Deshalb hat sich in derartigen Systemen die Überwachung der Antioxidantien zuneh‐ mend durchgesetzt. Folgende Technologien werden in der Regel angewandt: • Infrarotspektroskopie • • RULER • 50 3 Das Öl in der Maschine <?page no="54"?> In beiden Fällen wird der Restanteil an noch unverbrauchten Antioxidantien pro über‐ wachte Additivkomponente im prozentualen Verhältnis zum Frischölwert (100 %) angeben. Sinkt der Additivgehalt unter 30 %, werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet. 3. 2. 2. Neutralisatoren (alkalische Reserve) Anders als Schmieröle für Getriebe oder andere klassische Schmieranwendungen müssen sich Verbrennungsmotorenöle in besonderer Weise mit Säuren auseinandersetzen. Säuren gelangen hauptsächlich aus 2 unterschiedlichen Quellen ins Motorenöl: • Eintrag aus dem Verbrennungsprozess • • Entstehung durch Öloxidation • Deshalb werden Schmieröle für Verbrennungsmotoren mit einer alkalischen Additivre‐ serve ausgestattet. Die Kennzahl für diese alkalische Additivreserve ist die Basenzahl. In Anlehnung an die englische Bezeichnung Base Number wird dieser Kennwert oft kurz BN oder auch TBN (Total Base Number) genannt. Art und Höhe des Säureeintrags aus der Verbrennung wird maßgeblich durch den Kraft‐ stoff bestimmt, z. B. durch seinen Schwefelgehalt. Dazu kommen Prozesse wie die Nitro-Oxidation und die klassische Oxidation des Schmieröls selbst. Die Überwachung der Basenzahl von Motorenölen ist Bestandteil der Ölanalytik. Dazu wird die Basenzahl des im Einsatz befindlichen Öls mit der Basenzahl des unbenutzten Motorenöls vergleichen. Als Faustregel gilt, dass die Ist-Basenzahl des im Einsatz befind‐ lichen Öls den Grenzwert von ca. 50 % des Frischölwertes nicht unterschreiten sollte. Hauptsächlich in Industrie- oder Gasmotoren erreichen Schmieröle sehr hohe Stand‐ zeiten. Dann wird neben der Basenzahl BN zusätzlich der Säuregehalt AN bestimmt. Hier gilt die Faustformel, dass die Ist-AN möglichst unterhalb der Ist-BN liegen sollte, z. B. „Ist-AN max. 80 % der Ist-BN“. Der Grund für diese Regel liegt in den Spezifika der organi‐ schen Chemie begründet. In den Schmierölen entstehen in der Regel langkettige Carbon‐ säuren, die sich anders verhalten als die aus der allgemeinen Schulchemie bekannten starken, wässrigen Säuren. Näheres ist im Kapitel 4 - Prüfverfahren - zu finden. Heute in Europa verwendete konventionelle Otto- und Dieselkraftstoffe sind meist schwefelfrei. Kommen z. B. aus einem Bio-Gas jedoch schwefelhaltige, stark sauer wirkende Verbindungen ins Öl, empfiehlt sich neben der Bestimmung der AN zusätzlich eine Messung des i-pH-Wertes. Details werden im Kapitel 4, „Prüfmethoden“ behandelt. Die Kunst der Interpretation von Gebrauchtölanalysen besteht von je her in der richtigen Verkettung einzelner Messwerte. Bei isolierter Betrachtung der einzelnen Kennwerte be‐ steht die Gefahr, dass der Gesamtprozess aus dem Blick gerät und falsche Schlüsse gezogen werden. Daher ist es vor allem bei der Interpretation der Basen- und Säurezahl wichtig, auch andere Werte wie Elementanalyse, IR-Oxidation, -Nitration und die Viskosität zu be‐ achten. 51 3. 2. Additiv-Abbau <?page no="55"?> 3. 2. 3. Detergent-/ Dispersants Schmieröle oder Hydraulikflüssigkeiten werden mit Detergent-/ Dispersant-Additiven ver‐ sehen, wenn ölunlösliche Verunreinigungen wie z. B. Wasser, Ruß oder auch Ölalterungs‐ produkte aus Oxidation und Additivabbau weitestgehend in Schwebe gehalten werden sollen. Ein klassisches Anwendungsgebiet sind Motorenöle. Die extremen Betriebsbedingungen im Verbrennungsmotor wie z. B. die sehr hohen Öltemperaturen und der Kontakt des Öls mit den extrem heißen, schadstoffbelasteten Verbrennungsgasen sind ohne diese Additive in modernen Motoren nicht beherrschbar. Motorkomponenten werden sauber gehalten, Turbolader-Lager, Kolbenringnuten und Schmierkanäle bleiben frei von Ablagerungen und das Öl trägt die Verunreinigungen entweder in den Filter oder beim Ölwechsel in den Altöl-Container. Auch einige Hydrauliköl-Typen werden bewusst mit Detergent-/ Dispersant-Additiven ausgestattet. Diese allgemein als „detergierend“ bezeichneten und laut DIN 51502 mit den Buchstaben „HLP-D“ gekennzeichneten Öle sollen z. B. Kondensat aber auch Ölalterungs‐ produkte wie z. B. Soft Contaminants bzw. Varnish in Schwebe halten. So lagern sich diese Verunreinigungen nicht an den Metalloberflächen ab. Dadurch ist ein besserer Korrosi‐ onsschutz gewährleistet und ablagerungsempfindliche Komponenten wie Servo- oder Pro‐ portionalventile bleiben funktionsfähig. Die Dispergierfähigkeit des Öles lässt bei wachsender Belastung des Öles mit Verunrei‐ nigungen nach. Die Dispergierfähigkeit von Dieselmotorenölen wird einfachmit einem „Tüpfel-Tests“ beurteilt. Ist der Tüpfel gleichmäßig dunkel gefärbt, ist die Dispergierfähig‐ keit des Öls ausreichend. Ein ausreichendes Dispergiervermögen ist allein kein zuverläs‐ siges Kennzeichen dafür, dass das Öl noch verwendungsfähig ist. In Zusammenhang mit den anderen Kennwerten liefert es wertvolle Zusatzinformationen. Die Überwachung der Dispergierfähigkeit von Hydraulikflüssigkeiten oder anderen Schmierölen ist wesentlich schwieriger. Dazu wird in den Kapiteln zur Bewertung von Ölanalysen in den einzelnen Anwendungsbereichen Stellung bezogen. 3. 2. 4. Verschleißschutz Verschleißschutz-Additive kommen in fast allen Schmierölen zum Einsatz. Unter schweren Einsatzbedingungen kann die Viskosität des Schmieröls die Metallflächen der zu schmier‐ enden Teile nicht zuverlässig trennen. Unter diesen Mischbzw. Grenzreibungs-Bedin‐ gungen, setzt die „chemische Schmierung“ der Verschleißschutz-Additive ein. Der Ver‐ brauch dieser Additive findet im Regelfall relativ langsam statt. Die Überwachung der Verschleißschutz-Additive führte in der Ölüberwachung anfangs ein Schatten-Dasein. In modernen Maschinen von heute werden in der Regel immer klei‐ nere Ölfüllungen deutlich höher beansprucht und gleichzeitig länger eingesetzt. Deshalb ist in einer zunehmenden Anzahl von Anwendungen auch die Überwachung der Ver‐ schleißschutz-Additive erforderlich. Die chemische Zusammensetzung dieser Additive ist unterschiedlich. „Klassiker“ sind beispielsweise Zink-Dithio-Phosphate, die überwiegend in Motoren- und Hydraulikölen eingesetzt werden oder Schwefel- und Phosphor-Verbindungen, die klassisch in Ge‐ 52 3 Das Öl in der Maschine <?page no="56"?> triebeölen zum Einsatz kommen. Darüber hinaus kommt anwendungs- und öltypspezifisch noch eine Reihe anderer Verbindungen bis hin zu Festschmierstoff-Zusätzen zum Einsatz. Der Abbau metallbasischer Additive ist durch die Elementanalyse allein nicht zuverlässig nachweisbar. Werden verbrauchte Additive ausgeschleppt oder findet eine Verdünnung der Additivkonzentration z. B. durch eine Vermischung mit einem anderen Öl statt, zeigt die Elementanalyse das zuverlässig an. In der Regel verbleibt nach dem Verbrauch metallor‐ ganischer Additiv-Verbindungen ein Großteil der Reaktionsprodukte im Öl, wodurch sich zwar der Additivzustand verändert hat, der Elementgehalt jedoch nicht. Die Elementana‐ lyse kann in diesem Fall keine signifikante Veränderung nachweisen. Zur Überwachung des Abbaus der Verschleißschutz-Additive ist die Infrarot-Spektro‐ skopie geeignet. Da die Chemie dieser Additive sehr unterschiedlich sein kann, existiert keine allgemein gültige, für alle Öl-Typen einsetzbare DIN-Methode zu deren Überwa‐ chung. Grundvoraussetzungen für eine zuverlässige Überwachung sind die Referenzprobe des Frischöls und das Knowhow des Ölanalyse-Labors. Die Elementanalyse ist zusätzlich zur IR-Spektroskopie hilfreich. 3. 2. 5. VI-Verbesserer Die Viskosität eines Schmieröls ist dessen wichtigste physikalische Einzelkenngröße. Es ist kein Zufall, dass jede Schmieröl-Spezifikation und fast jede Ölbezeichnung eine Viskosi‐ täts-Angabe enthalten. Da die Viskosität eines Öls sich mit der Temperatur verändert, ist in erster Linie das Viskositäts-Temperatur-Verhalten für den Temperatur-Einsatzbereich eines Öls verantwortlich. Eine weit verbreitete Kennzahl für das V-T-Verhalten ist der Viskositätsindex VI. Mine‐ ralöle erfüllen in der Regel nur die Bedingungen einer Viskositäts-Klasse. D. h. sie haben im Gegensatz zu vielen Syntheseölen keine Mehrbereichseigenschaften, ihr Viskositäts‐ index liegt bei maximal etwa 100. Diese Limitierung kann durch den Einsatz von „Visko‐ sitätsindex-Verbesserern“ teilweise kompensiert werden. Diese Additive werden oft kurz VI-Verbesserer oder VI-Improver genannt. VI-Verbesserer bestehen oft aus polymerhaltigen Verbindungen. Ihre Wirkung beruht beispielsweise auf dem vom Mineralöl stark verschiedenen V-T-Verhalten oder ihre tem‐ peraturabhängig variierende Löslichkeit. Unter hoher Beanspruchung können die Poly‐ mere durch Scherung oder Crackprozesse dauerhaft an Wirkung verlieren. Dadurch sinken die Viskosität und der Viskositätsindex. Zur Überwachung des V-T-Verhaltens wird die kinematische Viskosität bei 2 Tempe‐ raturen gemessen, üblich sind 40 und 100 °C. Ohne den Viskositätsindex ist eine zuverlässige Überwachung des Zustandes der VI-Verbesserer nicht möglich. 3. 2. 6. Anti-Schaum-Zusätze Während des Betriebes werden kleine Luftbläschen in den Ölbehälter bzw. den Ölsumpf eingetragen. Nach ihrem Aufstieg an die Öloberfläche sollen diese von einer Ölhaut um‐ gebenen Luftblasen schnell zerplatzen, um die Ausbildung einer stabilen oder gar stetig anwachsenden Schaumphase zu verhindern. Aus diesem Grund wird eine Vielzahl von 53 3. 2. Additiv-Abbau <?page no="57"?> Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten mit Anti-Schaum-Zusätzen versehen. Diese Ad‐ ditive verändern punktuell die Oberflächenspannung und erleichtern damit das Zerplatzen der aufgestiegenen Ölbläschen. Einige dieser Anti-Schaum-Zusätze enthalten Silikon. Die Elementanalyse kann zu deren Überwachung eingesetzt werden. Ein Absinken des Silikongehaltes allein muss nicht zwingend mit einer erhöhten Schaumneigung einhergehen. In der Praxis sind Auslöser für eine erhöhte Schaumneigung oftmals Vermischungen von Ölen unterschiedlicher Additivierung, eine erhöhte Partikel‐ belastung oder starke Ölalterung bei gleichzeitigem Abbau der Anti-Schaum-Zusätze. Die Schaumneigung selbst kann durch entsprechende Untersuchungsmethoden be‐ stimmt werden. Näheres dazu wird im Abschnitt 3. 3. 2 „Luft im Öl“ bzw. detailliert im Kapitel 4 - Prüfverfahren behandelt. 3. 3. Verunreinigungen Verunreinigungen und die in den Abschnitten 3. 1 und 3. 2 dieses Kapitels beschriebenen Abbau-Mechanismen des Grundöles und der Additive stehen in engem Zusammenhang. Daher ist es sinnvoll und notwendig, auch Verunreinigungen als Bestandteil des Ölalte‐ rungsprozesses anzusehen. Die Tabelle 3. 4 zeigt eine klassische Einteilung von Verunreinigungen: Einteilung nach Gruppe Beispiel Nachweis* Aggregatzustand bzw. äußere Be‐ schaffenheit Gasförmig Luft, Gase… (Biogas, NOx, Kälte‐ mittel, DGA…) (DGA, FT-IR) Flüssig Wasser, Frostschutzmittel, Kraft‐ stoff, Fremdöl FT-IR, ICP, GC, K.F.-Wasser Soft Contaminants Schmierfett, Schlamm, Varnish FT-IR, MPC, Parti‐ kelzählung, Fest Sand, Staub, Verschleißpartikel ICP, PQ-Index Partikelzählung/ O.P.A. Herkunft „Eingebaut“ Urverschmutzung des Systems Herstellung und Montage Partikelzählung, FT-IR, ICP, PQ-Index „Eingefüllt“ Verunreinigungen beim Be- und Nach‐ füllen Im eingefüllten Öl enthaltene Verunreinigungen, z. B. Partikel, Feuchtigkeit, Fremdöl (unsau‐ bere Gefäße bzw. Handling) Partikelzählung, FT-IR, KF-Wasser, MPC „Eingeschleppt“ Verunreinigungen aus der Umgebung während des Be‐ triebes Durch den Kontakt mit der Um‐ gebung eingeschleppt, z. B. Staub, Luftfeuchtigkeit, Kraft‐ stoff, aggressive Dämpfe ICP, KF-Wasser, GC, FT-IR 54 3 Das Öl in der Maschine <?page no="58"?> „Selbst erzeugt“ Innere Verunreini‐ gungen während des Betriebes Durch den Betrieb intern er‐ zeugt, z. B. Abrieb, Abbaupro‐ dukte aus Öloxidation, Additiv‐ reaktionen etc. ICP, PQ-Index, FT-IR, RULER, MPC * ) Details in den nachfolgenden Abschnitten 3. 3. 1 bis 3. 3. 5 Tabelle 3.4: Praxisorientierte Einteilung von Verunreinigungen Die nachfolgenden Abschnitte behandeln die wichtigsten Typen von Verunreinigungen detailliert. 3. 3. 1. Feste Verunreinigungen Feste Verunreinigungen sind in Form von überwiegend relativ kleinen Partikeln im Öl praktisch immer vorhanden. Selbst das unbenutzte, frisch angelieferte Öl enthält aus Her‐ stellung und Transport bereits Partikel. Während des Einsatzes entwickelt sich die Reinheit des Öls entsprechend der Randbedingungen der Anwendung: • Aus dem Öl entfernte Partikel pro Zeiteinheit • • In gleicher Zeiteinheit dazugekommene (bzw. intern entstandene) Partikel • Nach dem „Waage“-Prinzip wird sich die Partikel-Anzahl während des Betriebes verändern. Je nachdem, ob mehr Partikel entfernt werden als im gleichen Zeitabschnitt dazukommen oder umgekehrt, sinkt oder steigt die Partikelzahl. Mit einer gut auf diese Gegebenheiten abgestimmten Filtration lassen sich auf diese Weise sehr niedrige Partikel-Zahlen erreichen. Für die Betriebsfiltration gilt im Allgemeinen der Grundsatz: „So sauber wie nötig.“ Völlig frei von Partikeln muss und wird ein Öl nie sein. Partikel in Schmier- und Hydraulikflüssigkeiten können je nach Härte stark verschleiß‐ fördernd sein, wie z. B. feiner Industriestaub oder auch feiner Abrieb von den Metalloberf‐ lächen. Dadurch sinkt die Lebensdauer der Komponenten und die Wahrscheinlichkeit un‐ geplanter Maschinenstillstände steigt. Unabhängig von ihrer Härte können sie darüber hinaus auch die Lebensdauer des Fluids verkürzen, z. B. durch katalytische Einflüsse auf die Öloxidation. Feste Verunreinigungen in Schmier- und Hydraulikflüssigkeiten werden überwiegend nach zwei Gruppen von Prüfverfahren bestimmt: • Partikelzählung • • Gravimetrisch • Gravimetrische Methoden bestimmen den Gewichtsanteil der festen Verunreinigungen im Promille oder Prozent-Bereich. Partikelzählungen ermitteln die Anzahl von Partikeln in verschiedenen Größenklassen, um aus diesen anschließend nach standardisierten Systemen Reinheitsklassen zu ermitteln. In Verbrennungsmotoren treten feste Verunreinigungen auch in Form von Rußpartikeln auf. Deshalb wird insbesondere in Schmierölen aus Dieselmotoren der Rußgehalt ermittelt. 55 3. 3. Verunreinigungen <?page no="59"?> Verschleißpartikel sind unabhängig von der Tatsache, dass sie im System generiert werden, ebenfalls der Gruppe der festen Verunreinigungen zuzurechnen. Auch die ein‐ zelnen Prüfmethoden zur Ermittlung von Verschleiß werden im Kapitel 4 beschrieben. 3. 3. 2. Luft im Öl Ein Mineralöl enthält bei Raumtemperatur und Normaldruck etwa 9 % Luft in gelöster Form. D. h. es sind keine Luftblasen im Öl enthalten, die Luft ist in die Molekülstruktur aufge‐ nommen. Diese Tatsache ist Ausdruck der Gaslöslichkeit in Flüssigkeiten und dem Aus‐ gleich der Partialdrücke zwischen dem Öl und seiner Umgebungsatmosphäre. Wie in Ta‐ belle 3. 5 dargestellt, ist die Unterscheidung zwischen gelöster und ungelöster Luft wichtig, um deren Einfluss auf das Schmieröl oder die Hydraulikflüssigkeit zu verstehen. Tabelle 3.5: Luft im Öl - Ursachen und Folgen Die für unsere Augen unsichtbare im Öl gelöste Luft ist nicht schädlich. Freie Luft dagegen, die in Form von Luftblasen im Öl schwebt, kann Auslöser für verschiedene Probleme sein. Der Eintrag von Luftblasen durch das aus dem System in den Ölbehälter zurückkehrende Öl ist normal. Der Öltank ist idealerweise so konstruiert, dass die Luftblasen zur Oberfläche aufsteigen, bevor das Öl wieder von der Pumpe angesaugt wird. Entspannt sich das Öl z. B. nach einem Ventil schlagartig, werden spontan Luftblasen frei. Ein Teil der vor dem Ventil in gelöster Form enthaltenen Luft ist plötzlich frei geworden. Ein allgemein bekanntes Beispiel für diesen Mechanismus ist eine Schiffsschraube (Bild 3. 7). An den einzelnen Stellen der sich schnell drehenden Schiffsschraube kommt es zu starken, lokal begrenzten Druckschwankungen. An stellen starken Druckabfalls kommt es 56 3 Das Öl in der Maschine <?page no="60"?> zur Unterschreitung des Dampfdrucks und Wasserdampfblasen werden generiert. Auch die im Wasser gelöste Luft kann bei abfallendem Druck frei werden. Abb. 3.7: Spontane Ausbildung von Blasen an einer Schiffsschraube (Wikimedia) Die nun im Öl enthaltenen Luftbläschen können zu verschiedenen Problemen führen, z. B.: • Öl wird kompressibel • • Sinkende Förderleistung von Pumpen • • Beeinträchtigte Schmierwirkung • • Dichtungsverschleiß • • Sinkende Kühlleistung (Schaum) • • Erhöhte Öloxidation • • (Gas-)Kavitation • • Dieseleffekt • Flüssigkeiten sind im Gegensatz zu Gasen per Definition nicht kompressibel. In der Praxis enthalten Flüssigkeiten jedoch allermeist Gase und werden dadurch auch in gewissem Maße kompressibel. Steigt der Gehalt an freier Luft bzw. einem anderen Gas in einer Flüs‐ sigkeit stark an, so steigt auch die Kompressibilität. In Pumpen führt ein erhöhter Luftbzw. Gasgehalt zu einer sinkenden Förderleistung und möglicherweise starken lokalen Überhitzung. Luftblasen in einem Schmierkontakt können in gleicher Weise zu einem in‐ stabilen Schmierfilm führen. Werden im Öl enthaltene Luftblasen komprimiert, erhöht sich nach der allgemeinen Gasgleichung die Temperatur der Luftblasen. Je nach Blasengröße und Druckanstiegs-Ge‐ schwindigkeit können Effekte wie erhöhter Dichtungsverschleiß, Kavitation oder Diesel‐ effekt auftreten. Nähere Erläuterung zu diesen in der Praxis nicht selten zu beobachtenden, oft missverstandenen Phänomen sind am Ende dieses Abschnitts gegeben. Die Kenntnis des Luftgehaltes bzw. der Kompressibilität wird für Frischöle in speziellen Anwendungen gefordert. Hierzu liegen sowohl Berechnungsverfahren als auch Testme‐ thoden vor. In der Überwachung von Gebrauchtölen spielen diese Verfahren eine unterge‐ ordnete Rolle. Häufig werden für Neu- und Gebrauchtöle das Luftabscheidevermögen oder die Schäumungseigenschaften bestimmt. Das Luftabscheidevermögen charakterisiert, wie schnell eingetragene Luftblasen von dem Öl wieder abgeschieden werden. Das Schaum‐ verhalten soll Aufschluss darüber geben, ob und wie schnell die aufgestiegenen Luftblasen durch Zerplatzen vom Öl abgeschieden werden oder nicht. Nähere Informationen hierzu sind im Kapitel 4 gegeben. 57 3. 3. Verunreinigungen <?page no="61"?> Kavitation Das lateinische Wort „cavitare“ bedeutet „Aushöhlen“. Der Begriff zielt auf das bereits be‐ schriebene Phänomen der spontanen Bildung von Gas- oder Wasserdampfblasen im Öl bei plötzlichem Druckabfall. Die Geschwindigkeit des Entstehens dieser „Hohlräume“ ist sehr hoch. Die Geschwindigkeit, mit der diese Blasen bei steigendem Druck wieder im Öl gelöst werden, ist deutlich niedriger. Dadurch werden die Blasen bei steigendem Druck kompri‐ miert. Dabei kommt es zur Ausbildung eines „Micro-Jet“ (Bild 3. 8), dessen nadelstichartiger Druckstoß in der Lage ist, Metalloberflächen punktuell zu zerstören. Abb. 3.8: Ausbildung eines Micro-Jet (4) durch Implosion einer Kavitationsblase in einer Flüssigkeit Je nach Zusammensetzung der Blasen wird zwischen Gaskavitation und Wasserdampf-Ka‐ vitation unterschieden. Dieseleffekt Wird ein Luftblasen enthaltendes Öl hohem Druck ausgesetzt, werden die Luftblasen kom‐ primiert. Bei ausreichender Größe der Luftblasen und einer hohen Druckanstiegs-Ge‐ schwindigkeit kommt es zur starken Erhitzung der Blasen und zu deren Selbstzündung. In Anlehnung an das Grundprinzip der Selbstzündung im Dieselmotor wird dieser Vorgang „Dieseleffekt“ bzw. „Micro-Dieseling“ genannt. Das Öl färbt sich durch die dabei entste‐ henden Rußpartikel innerhalb kurzer Zeit grau oder gar schwarz und weist einen ver‐ brannten Geruch auf. Abb. 3.9: Einflussfaktoren des Dieseleffekts / 9/ 58 3 Das Öl in der Maschine <?page no="62"?> 3. 3. 3. Wasser Wasser ist die am häufigsten in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten auftretende Form von flüssigen Verunreinigungen. Nach Feststoffpartikeln ist Wasser die zweithäufigste Ur‐ sache für Störungen und Systemausfälle. Völlig frei von Wasser sind Schmieröle praktisch nie, selbst dann, wenn sie mit Wasser nicht mischbar sind. Direkt nach der Produktion speziell getrocknete Öle müssen herme‐ tisch von der Umgebungsluft abgeschottet werden, um diesen Zustand zu halten. Dieses völlig normale Verhalten von Flüssigkeiten gegenüber Gasen (incl. Luft und Luftfeuchtig‐ keit) ist vielen nicht bewusst. Die Folgen eines erhöhten Wassergehaltes können immens sein: • Korrosion • • beschleunigter Additivabbau • • erhöhte Öloxidation • • starker Verschleiß • Deshalb ist die Bestimmung des Wassergehaltes Bestandteil der Routineüberwachung von Schmier- und Hydraulikflüssigkeiten. Zur Bestimmung des Wassergehaltes sind verschiedenen Verfahren standardisiert: • Karl-Fischer-Methode • • Infrarot-Spektroskopie • • Xylol-Methode • • (Spratztest) • Die Karl-Fischer-Titration ist mit Abstand genaueste Methode zur Bestimmung des Was‐ sergehaltes in Schmierölen. Diese Methode ermittelt ppm-genau sowohl das im Öl gelöste als auch das freie Wasser. Bei der direkten Karl-Fischer-Methode wird die Öl-Probe unmit‐ telbar in das Reaktionsgefäß eingebracht. Um die dabei bestehende Gefahr der Ergebnis‐ verfälschung durch Additivreaktionen auszuschließen, leitet die indirekte Methode einen Stickstoffstrom durch die Öl-Probe, der anschließend nur die Feuchtigkeit ins Reaktions‐ gefäß überleitet. Die Infrarot-Spektroskopie ermittelt den Wassergehalt durch Veränderungen im Inf‐ rarot-Spektrum im Vergleich zwischen Frisch- und Gebraucht-Öl. Diese in der Routine‐ überwachung ebenfalls oft angewandte Methode detektiert einen Wassergehalt ab etwa 0. 1 Gew.-%. Die Genauigkeit ist sowohl vom Öl-Typ als auch von den Randbedingungen abhängig. Beispielsweise vermindern Ölvermischungen oder unvollständige bzw. fehlende Ölbezeichnungen die Genauigkeit. Die Xylol-Methode findet in der Gebrauchtölanalytik angesichts der Leistungsfähigkeit der Karl-Fischer-Methode nur selten Anwendung. Der auf einer heißen Kochplatte durchgeführte „Spratz-Test“ ist lediglich als Scree‐ ning-Test bzw. grobe Indikation geeignet, ob viel freies Wasser vorliegt oder nicht. Oft wird diese Methode in Service-Labors zur Vorauswahl bestimmter Testverfahren „vorgeschaltet“. Als Online-Methode sind leistungsfähige Sensoren verfügbar, die entweder die relative Feuchtigkeit des Öls bestimmen oder den Wassergehalt, z. B. durch Leitfähigkeit bzw. Per‐ 59 3. 3. Verunreinigungen <?page no="63"?> mittivität oder per Infrarot-Spektroskopie. Auch einfache Vor-Ort-Testgeräte sind ver‐ fügbar. Wasser im Öl - Ursachen und Folgen Wasser und Mineralöl mischen sich nicht. Trotzdem nimmt das Öl eine kleine Menge Wasser in seine Molekülstruktur auf. Der Grund ist ganz einfach: Flüssigkeiten stehen im regen Austausch mit der sie umgebenden Atmosphäre. Ist die relative Feuchte der Atmo‐ sphäre höher als die des Öls oder umgekehrt, findet ein allmählicher Austauschprozess statt. Die Tabelle 3. 6 gibt eine Übersicht dazu. Tabelle 3.6: Wasser im Öl - Ursachen und Folgen Korrosion ist eines der am häufigsten auftretenden Phänomene in Verbindung mit Wasser im Öl. Korrosion an Eisenmetallen beginnt in der Regel entweder durch eine Bildung von Säuren (z. B. aufgrund von Öloxidation) oder den Angriff von Sauerstoff und Wasser an der Metalloberfläche. Dem Öl werden in der Regel Korrosionsschutzzusätze zugegeben. Frisch- Gebrauchtöle werden ggf. in standardisierten Tests auf Ihre Korrosionsschutz-Eigen‐ schaften geprüft. Der Prozess der Kavitation wurde bereits im vorangegangenen Abschnitt „Luft im Öl“ beschrieben. Die Lebensdauer von Wälzlagern wird durch freies Wasser ebenfalls erheblich reduziert. Die beschleunigende Wirkung eines erhöhten Wassergehaltes auf die Öloxida‐ tion und den Additiv-Abbau wurde bereits im Abschnitt 3. 2. 2. beschrieben. Neben der Prüfung des Wassergehalts wird beispielsweise für Hydraulikflüssigkeiten oder Turbinenöle das Wasserabscheidevermögen geprüft. 60 3 Das Öl in der Maschine <?page no="64"?> 3. 3. 4. Kraftstoff im Öl Während des Betriebs gelangen neben Verbrennungsrückständen auch Kraftstoff-Anteile ins Motorenöl. Flüssige Kraftstoffe wie Dieselkraftstoff oder Benzin reduzieren die Visko‐ sität des Schmieröls erheblich. Ein stark erhöhter Kraftstoffeintrag beeinträchtigt mit der gesunkenen Viskosität die Schmierfähigkeit des Öls in erheblichem Maße. Daher ist der Kraftstoffeintrag ins Motorenöl ein klassischer Parameter der Gebrauchtöl-Überwachung. In der Regel wird die Gaschromatographie zur Ermittlung des Kraftstoffgehalts eingesetzt, bei biogenen Kraftstoffen auch die IR-Spektroskopie. 3. 3. 5. Soft Contaminants Der Begriff „Soft Contaminants“, wörtlich als „Weiche Verunreinigungen“ übersetzt, steht für eine Gruppe von Verunreinigungen unterschiedlichster Herkunft und Zusammenset‐ zung. Klassisch kann es sich sowohl um Abbau- und Reaktionsprodukte aus der Öloxidation und Additivabbau handeln als auch um fettartige bis pastöse Verunreinigungen [6]. Soft Contaminants sind so alt wie der Einsatz von Schmierölen selbst. Die Intensität und die Auswirkungen von derartigen Verunreinigungen wie Schlamm oder Lackbildung haben sich in einer Reihe von Anwendungen in den letzten Jahren erheblich verstärkt. Insbeson‐ dere, wenn mehrere Faktoren zusammentreffen, ist das der Fall: • Starke Oxidationsbeanspruchung durch hohe Temperaturen • • Zunehmendes An- und Abschalten der Anlagen durch intermittierenden Betrieb • • Lokal unterschiedliche Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten in großen, • stark verzweigten Systemen • Einsatz synthetischer, unpolarer Grundöle mit hohem Additivgehalt • Die Löslichkeit dieser Verunreinigungen hängt stark von der Temperatur und der Fließge‐ schwindigkeit ab. Selbst Anlagen, die einige Jahre problemlos funktioniert haben, können beim Herunterfahren z. B. zwecks Wartung oder Ölwechsel, beim Wiederanfahren erheb‐ liche Probleme bereiten. Insbesondere Gas- und Dampfturbinen sind zunehmend von de‐ rartigen Problemen betroffen. Doch auch Betreiber großer Umlaufschmiersysteme und In‐ dustriehydrauliken mit empfindlichen Ventilen sollten dieser Problematik hohe Aufmerksamkeit schenken. 3. 4. Schmierfähigkeit Die Schmierfähigkeit eines Öls ist keine Stoffkenngröße wie beispielsweise die Dichte. Sie ist stets auf die konkrete Anwendung bezogen und abhängig von vielen Faktoren, wie z. B.: • Welche Maschinenelemente müssen geschmiert werden • • Wie hoch ist die mechanische Beanspruchung • • Welcher Drehzahlbereich ist abzudecken • • Welche Temperaturen treten auf • 61 3. 4. Schmierfähigkeit <?page no="65"?> • Welche Umwelteinflüsse sind zu berücksichtigen • • Welche Materialien werden verwendet • • Welches Schmiersystem kommt zum Einsatz • • … • Die Schmierfähigkeit kann eben nicht durch das Zerreiben eines Öltropfens zwischen zwei Fingern geprüft werden. In der Praxis sind einige Tests vonnöten, diese „Systemkenngröße“ zu beurteilen. Die Kosten für derartige Tests wie z. B. den Test in einer Zahnradverspan‐ nungsprüfmaschine oder einem Prüflauf in der Wälzlagerprüfmaschine FAG FE-8 über‐ steigen die einer klassischen Gebrauchtölanalyse um ein Vielfaches. Werden Prüfstände konzipiert oder gar Feldtests herangezogen, steigen die Kosten dafür, gemessen am Preis einer Ölanalyse, förmlich ins Unermessliche. Dazu ist die für einige mechanisch-dynami‐ sche Prüfverfahren benötigte Ölmenge oft größer als die für Gebrauchtölanalysen typische Probenmenge. Kann eine klassische Ölanalyse dann überhaupt Informationen zur Schmierfähigkeit lie‐ fern? Die Antwort: Ja, indirekt durch den Vergleich zwischen dem freigegebenen, d. h. vom OEM geprüften Öl und dem Gebrauchtöl aus der Maschine. Verändern sich z. B. Viskosität und Additivgehalt in erheblichem Maße und kommen auch noch Verunreinigungen hinzu, können daraus mittelbar Rückschlüsse auf die Veränderungen der Schmierfähigkeit ge‐ zogen werden. Ist beispielsweise die Viskosität eines Motorenöls durch einen Kraftstoffeintrag auf die Hälfte gesunken, gleichzeitig ein stark erhöhter Rußgehalt festgestellt worden, ein Abbau der Additive und ein erheblicher Anstieg der Verschleißpartikel zu beobachten, kann die Schlussfolgerung nur heißen: Die Schmierfähigkeit hat sich erheblich verschlechtert. Geht es um die Schmierfähigkeit in speziellen Systemen, für die ein entsprechender Test entwickelt und spezifiziert wurde, kann dieser natürlich herangezogen werden. Prüfungen mithilfe mechanisch-dynamischer Prüfmaschinen oder Tribometer beur‐ teilen die Schmierfähigkeit unter sehr speziellen, vereinfachten Bedingungen. Die Über‐ tragbarkeit der Prüfergebnisse auf die Anwendung ist zu prüfen. Erfahrungen in der Wahl der Prüfparameter und zur Interpretation der Ergebnisse sind dabei unerlässlich. 62 3 Das Öl in der Maschine <?page no="66"?> 4 Prüfverfahren Eine für den Laien nicht überschaubare Anzahl an DIN-, ISO- oder ASTM-Normen definiert Prüfverfahren für Schmierstoffe und Funktionsflüssigkeiten. Anforderungs-Normen be‐ schreiben anhand dieser standardisierten Prüfverfahren die Mindestanforderungen für be‐ stimmte Schmierstoff- oder Hydrauliköl-Typen. Durch die Erfüllung der entsprechenden Tests kann der Ölhersteller nachweisen, dass sein Öl die Mindestanforderungen dieser standardisierten Schmierstoff-Typen erfüllt. Einige dieser standardisierten Prüfverfahren werden zur Qualitätskontrolle in der Schmierstoffproduktion verwendet. Diese Parameter sollen vor allem sicherstellen, dass die spezifizierte Schmierstoffqualität produziert, abgefüllt und nachprüfbar zum Kunden geliefert wird. Diese in den Anforde‐ rungsnormen und technischen Datenblättern aufgeführten Parameter sind auf die Produk‐ tion des Schmierstoffs und die Produktauswahl abgestimmt. Die Überwachung des in der Maschine arbeitenden Schmieröls hat andere Ziele. Letztendlich geht es darum, ungeplante Maschinenstillstände und unnötige Ölwechsel zu vermeiden. Deshalb setzen Ge‐ brauchtöl-Analysen die Schwerpunkte anders: • Condition Monitoring • - Zeigen anomale Verschleißkonzentrationen einen erhöhten Abnutzungsgrad - der Maschine oder einen bevorstehenden Schaden? • Ölzustand • - Ist ein Ölwechsel notwendig? - - Ist das Öl noch bis zum nächsten planmäßigen Stillstand einsatzfähig? - • Verunreinigungen • - Liegen die Verunreinigungen innerhalb des zulässigen Bereichs? - - Sind zusätzliche oder effektivere Ölpflegemaßnahmen sinnvoll? - Aus diesem Grund sind die Prüfverfahren zur Gebrauchtölüberwachung nur zum Teil mit den zur Charakterisierung von Frischölen üblichen Testmethoden identisch. In diesem Kapitel werden die zur professionellen Überwachung von Gebrauchtölen ge‐ eigneten Prüfverfahren kurz beschrieben, ihre Anwendung erläutert und Hinweise zur Aussagekraft gegeben. Der erste Abschnitt enthält eine tabellarische Übersicht der wichtigsten Verfahren. Die Verfahren sind je nach ihrer Hauptaussage den Zielgruppen Verschleißermittlung, Ölzus‐ tandsbestimmung oder Verunreinigungskontrolle zugeordnet. Zusätzlich wird jeweils auf den Abschnitt verwiesen, der das Verfahren detailliert beschreibt. In den darauffolgenden Abschnitten sind die einzelnen Prüfverfahren beschrieben und hinsichtlich Aussagekraft und Anwendung erläutert. Dabei wird mit den einfachsten, in der Routineüberwachung enthaltenen Methoden begonnen. Die nicht in jeder Anwendung oder nur für spezielle Fragestellungen zum Einsatz kommenden Methoden schließen sich diesen allgemeinen Verfahren an. Auf diese Weise können Sie auch in diesem Kapitel auf einfache Art und Weise entscheiden, wie detailliert Sie sich mit den Testverfahren befassen möchten. <?page no="67"?> Je häufiger die Methode in der Gebrauchtölanalytik Anwendung findet, desto detail‐ lierter wird auf die Methode, die Aussagekraft, die Anwendung und die Interpretation ein‐ gegangen. 4. 1 Prüfverfahren kurz und bündig Tabelle 4. 1 gibt eine Übersicht der gebräuchlichsten Verfahren zur Überwachung von im Einsatz befindlichen Schmierölen und Funktionsflüssigkeiten. Die Gruppen sind wie folgt codiert: • CM = Condition Monitoring = Maschinenzustands-Überwachung • • OCM = Oil Condition Monitoring = Ölzustands-Überwachung • • CC = Contamination Control = Verunreinigungs-Kontrolle • Die angegebenen Standards sind den am häufigsten verwendeten Prüfverfahren zugeordnet und entsprechen der Zeit der Drucklegung. Details können den Internet-Seiten aner‐ kannter, auf die Untersuchung gebrauchter Schmierstoffe spezialisierter Prüflaboratorien [7] und den Internet-Portalen der Standardisierungs-Organisationen (DIN, ISO, ASTM) oder deren Vertriebspartner [8] entnommen werden. Sind für ein Prüfverfahren mehrere Standards angegeben, heißt das nicht notwendiger‐ weise, dass diese genormten Prüfverfahren in allen Details inhaltlich gleich sind. Ist eine Norm in Klammern angegeben, hat der nach diesem Standard ermittelte Kennwert eine ähnliche Aussagekraft, unterscheidet sich jedoch in der Durchführung und dem Ergebnis deutlich von den darüber angegebenen Normen. Die Kurzbeschreibung dient lediglich dazu, eine kurze, prägnante Orientierung zu geben. Sie ist bewusst sehr kurzgehalten und kann nicht alle Aspekte des Prüfverfahrens darstellen. Mehr Details sind den in der Tabelle angegebenen Abschnitten dieses Kapitels oder den angegebenen Prüfstandards zu entnehmen. Gruppe Verfahren CM OCM CC Name Standard*/ ** Beschreibung Ab‐ schnitt X X X Elementana‐ lyse (Emissi‐ onsspektro‐ skopie, ICP/ OES) DIN 51399-1 ASTM D5185 Bestimmung des Elementgehalts in mg/ kg bzw. ppm. Erfasst werden typische Verschleißele‐ mente (z. B. Fe, Cr, Al, Cu, Pb, Sn), Additiv-Elemente (z. B. Ca, Mg, Ba, P, Zn, S) und für Verunreini‐ gungen typische Elemente (z. B. Si, Na, K). Einige Elemente wie z. B. Si, Mo, B können mehreren Gruppen zugeordnet werden. Im Öl gelöste Bestandteile und Par‐ tikel bis zu einer Größe von ca. 5µm werden erfasst. Anwendung für alle Schmieröle und Funkti‐ onsflüssigkeiten. 4.2.1 64 4 Prüfverfahren <?page no="68"?> Gruppe Verfahren X O PQ-Index ASTM D8184 Bestimmung des Gehalts an fer‐ romagnetischen Partikeln in Form des dimensionslosen PQ-Index. Auch Partikel >5µm werden erfasst, im Öl gelöste Be‐ standteile dagegen nicht. An‐ wendung für alle Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten. 4.2.2 X X IR-Spektro‐ skopie (Molekül‐ spektro‐ skopie, FT-IR) DIN 51451 DIN 51542 DIN 51453 ASTM E2412 Ermittlung typischer Verände‐ rungen von Basisöl und Additiven sowie von hauptsächlich flüs‐ sigen Verunreinigungen. Ermit‐ telte Kennwerte für allgemeine Anwendungen: Oxidation, Nitra‐ tion, Sulfation in A/ cm, Wasser‐ gehalt in Gew.-%. Für Schmieröle aus Verbrennungsmotoren zu‐ sätzlich Rußgehalt in Gew.-%, Kraftstoffgehalt in % (P-Öl, FAME). Überwachung phenoli‐ scher Antioxidantien und anderer Additive. Anwendung für alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten. Anwendbarkeit und Präzi‐ sion der ermittelten Parameter vom Öltyp abhängig. 4.2.3 X O Kinematische Viskosität Viskositäts‐ index VI ISO 3104 (DIN 51659-3 ASTM D7279) DIN ISO 2909 ASTM D2270 Ermittlung der Zähflüssigkeit anhand der kinematischen Vis‐ kosität in mm²/ s zur Beurteilung von Ölveränderungen. Übliche Messtemperaturen: 40°C und 100°C. Messung bei beiden Tem‐ peraturen ermöglicht die Berech‐ nung des Viskositätsindex VI zur Kontrolle des Viskositäts-Tem‐ peratur-Verhaltens. Anwendung für alle Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten. 4.2.4 X X Visuelle Kon‐ trolle - Visuelle Begutachtung nach Aus‐ sehen, Färbung, Trübung, Pha‐ senbildung, Ablagerungen oder anderen sichtbaren Verunreini‐ gungen. Anwendung für alle Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten. 4.2.5 X Neutralisati‐ onszahl NZ (Farbum‐ schlag) DIN ISO 6618 ASTM D974 Bestimmung des Säuregehalts in mgKOH/ g. Titration mit Farbin‐ dikation. Anwendung für alle Schmieröle und Funktionsflüs‐ sigkeiten, außer bei stark dunkel gefärbten Ölen. 4.3.2 X Säurezahl AN (TAN) ASTM D664 (EN 12634) Bestimmung des Säuregehalts in mgKOH/ g. Potentiometrische Titration. Anwendung für alle 4.3.2 65 4. 1 Prüfverfahren kurz und bündig <?page no="69"?> Gruppe Verfahren (potentio‐ metrisch) Schmieröle und Funktionsflüs‐ sigkeiten bei stark dunkel ge‐ färbten Ölen. X Säurezahl AN (TAN) (thermomet‐ risch) ASTM D 8045 Bestimmung des Säuregehalts in mgKOH/ g. Thermometrische Titration. Anwendung für alle Schmieröle und Funktionsflüs‐ sigkeiten bei stark dunkel ge‐ färbten Ölen. 4.3.2 X O Strong Acid Number (SAN) ASTM D664 Bestimmung des Gehalts starker Säuren in mgKOH/ g. Potentio‐ metrische Titration. Anwendung für alle Schmieröle und Funkti‐ onsflüssigkeiten bei besonderen Fragestellungen. 4.3.3 X O Basenzahl BN (TBN) (Potentio‐ metrisch) DIN 51639-1 (ISO 3771) (ASTM D4739) (ASTM D2896) Bestimmung des Gehalts an al‐ kalischen Additiven in mgKOH/ g. Potentiometrische Titration. Für Schmieröle aus Verbrennungsmotoren. 4.3.4 X O Basenzahl BN (TBN) (thermomet‐ risch) (Püfnorm in Entwick‐ lung) Bestimmung des Gehalts an al‐ kalischen Additiven in mgKOH/ g. Thermometrische Titration. Für Schmieröle aus Verbrennungsmotoren, ferner auch Kältemaschinenöle bei Am‐ moniak-Betrieb. 4.3.4 X O i-pH-Wert ASTM D7946 Säurebzw. Alkalitäts-Grad von Ölen. Erfassung stark saurer bzw. stark alkalischer Bestandteile. Vor allem für Gasmotorenöle beim Be‐ trieb mit Sondergasen wie Biogas, Klär- oder Deponiegas. 4.3.3 X O pH-Wert DIN 51369 Säurebzw. Alkalitäts-Grad wässriger Medien. Vor allem zur Überprüfung von wässrigen Hydraulikflüssigkeiten (HFC), wässrigen Metallbearbeitungsf‐ lüssigkeiten und Kühlerfrost‐ schutzmitteln. 4.3.1 X Wassergehalt KF, coulomet‐ risch, direkt oder indirekt DIN 51777 ASTM D6304 Absoluter Wassergehalt in ppm (gelöstes und freies Wasser). Di‐ rekte Methode: Probe wird direkt in das Reaktionsgefäß einge‐ bracht. Indirekte Methode: Nur das Wasser wird aus der Probe mittels Gas-Strom ins Reaktions‐ gefäß eingebracht. Direkte Me‐ thode kann durch Additivreakti‐ onen beeinflusst werden. 4.5.1.1 66 4 Prüfverfahren <?page no="70"?> Gruppe Verfahren Anwendung für alle Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten. X Wassergehalt KF, volumet‐ risch, direkt DIN 51777 DIN EN ISO 12937-B Absoluter Wassergehalt in ppm (gelöstes und freies Wasser) Di‐ rekte Methode: Probe wird direkt in das Reaktionsgefäß einge‐ bracht. Anwendung für Schmier‐ stoffe mit hohem Wassergehalt, HFC-Flüssigkeiten und Kühl‐ mittel 4.5.1.1 X Wassergehalt (Destillati‐ onsver‐ fahren) DIN ISO 3733 Absoluter Wassergehalt in Pro‐ zent nach dem Destillationsver‐ fahren. Angabe je nach Testsub‐ stanz bzw. Probenentnahme in Vol.-% oder Gew.-%. 4.5.1.2 X Wassergehalt (Infrarot- Spektro‐ skopie) ASTM E2412 Absoluter Wassergehalt in Pro‐ zent nach dem infrarotspektros‐ kopischen Verfahren. 4.5.1.3 X Reservealka‐ lität ASTM D1121 Alkalische Additivreserve in mgKOH/ g. Bestimmung des Ab‐ baus der schwach alkalischen Additivierung z. B. von HFC-Flüssigkeiten. 4.3.5 X Partikelzäh‐ lung incl. Reinheits‐ klasse ISO 11500 ISO 4406 SAE 4059 Einordnung in Reinheitsklassen nach ISO 4406 oder SAE 4059 an‐ hand der in genormten Größen‐ klassen gezählten Partikel. Pro‐ benvorbereitung (Verdünnungsmittel und -grad), Technologie (z. B. Laser-Zähler, Mikroskop) und Zählverfahren (automatisch oder manuell) sollten insbesondere für Trenda‐ nalysen stets gleichbleiben. Trübe Proben sollten per Mikro‐ skop untersucht werden. 4.4. 4.4.2.2 4.4.2.4 X X Optische Par‐ tikel-Analyse (LaserNet Fines) ASTM D7596 ISO 4406 SAE 4059 Einordnung in Reinheitsklassen nach ISO 4406 oder SAE 4059 an‐ hand der in genormten Größen‐ klassen mit im speziellen Laser‐ zähler automatisch gezählten Partikel. Probenvorbereitung (Verdünnungsmittel und -grad) sollten insbesondere für Trenda‐ nalysen stets gleichbleiben. Iden‐ tifikation metallischer und nicht‐ metallischer Partikel anhand von Größe und Gestalt in verschleiß‐ bezogenen Typklassen. 4.4 4.4.2.3 67 4. 1 Prüfverfahren kurz und bündig <?page no="71"?> Gruppe Verfahren X Feste Fremd‐ stoffe (für Kraftstoffe) DIN EN 12662 Bestimmung des Gehalts fester Verunreinigungen in Ge‐ wichts-Prozent anhand einer Millipore-Filtration (0.8µm). Eine ausreichend große Probenmenge erhöht die Genauigkeit. 4.4.2.1 X O Analytische Ferrographie ASTM D7690 Identifikation und Klassifizie‐ rung der ferromagnetisch auf einem Glasträger abgeschie‐ denen Verschleißpartikel anhand von Form, Aussehen und Größe in verschleißbezogene Partikel‐ kategorien sowie nichtmetalli‐ sche Verunreinigungen. Anwen‐ dung für Schmierölsysteme mit besonderen Anforderungen an die Früherkennung ermüdungs‐ bedingter Bauteilschädigungen. 4.4.2.5 X Wasserab‐ scheidever‐ mögen nach Dampfbe‐ handlung DIN 51589 Bestimmung der Zeit in Se‐ kunden, in der sich durch Dampf‐ einleitung eingetragenes Wasser wieder vom Öl trennt. Anwen‐ dung hauptsächlich für Dampf‐ turbinenöle. 4.5.2 X Wasserab‐ scheidever‐ mögen (De‐ mulgiervermögen) DIN ISO 6614 ASTM D1401 Bestimmung der Zeit in Minuten, in der sich durch Rühren einge‐ tragenes Wasser wieder vom Öl trennt. Beurteilt wird neben der Zeit z. B. auch die Ausbildung et‐ waiger Zwischenphasen. An‐ wendung hauptsächlich für Hyd‐ rauliköle und Schmieröle, z. B. zur Prüfung etwaiger detergier‐ ender Eigenschaften. 4.5.3 X O Kraftstoffge‐ halt (GC) ASTM D7593 Gaschromatographische Bestim‐ mung des Kraftstoffgehalts in Volumenprozent. Für Schmieröle aus Ottomotoren wird der Gehalt an Ottokraftstoff angegeben, für Schmieröle aus Dieselmotoren sowohl der Gehalt an konventi‐ onellem Dieselkraftstoff als auch von FAME (Bio-Diesel). Anwen‐ dung für Schmieröle aus Ver‐ brennungsmotoren. 4.5.4 X Luftabschei‐ devermögen DIN ISO 9120 ASTM D3427 Messung der Zeit in Minuten, in der unter Laborbedingungen ein‐ getragene Luftblasen vom Öl wieder abgeschieden werden. Übliche Prüftemperatur für Hyd‐ raulik- und Turbinenöle 50°C, für höherviskose Getriebe- und Um‐ laufschmieröle auch andere Tem‐ peraturen, z. B. 75°C. 4.6.1 68 4 Prüfverfahren <?page no="72"?> Gruppe Verfahren X Schaumver‐ halten ASTM D892 Bestimmung der Schäum‐ ungs-Eigenschaften anhand der Schaumbildung unter Laborbe‐ dingungen. Gemessen wird die Schaum-Menge in Milliliter, di‐ rekt nach Abschaltung der Schaumerzeugung und nach 10 Minuten Wartezeit, jeweils in 3 Prüfsequenzen bei 23.8 °C, 93.5°C und 23.8°C nach Abkühlung von 93.5°C. Zur Routine-Überwa‐ chung wird in der Regel nur in der Sequenz I gemessen (23.8°C). Anwendung hauptsächlich für niedrigviskose Öle wie z. B. Hyd‐ raulikflüssigkeiten, Turbinenöle. 4.6.2 X Schaumver‐ halten (Flender) ISO 12152 Bestimmung der Schäum‐ ungs-Eigenschaften anhand der Schaumbildung in einem ge‐ normten Prüfgetriebe. Gemessen wird der Anstieg des Ölvolu‐ mens, 1 Minute nach dem Stopp des Getriebes und das Volumen der Öl-Luft-Dispersion in Pro‐ zent, 5 Minuten nach dem Stopp. Anwendung hauptsächlich für Industriegetriebeöle. 4.6.2 X RULER ASTM D7590 ASTM D6971 Bestimmung des prozentualen Anteils der noch unverbrauchten Antioxidantien im Vergleich zum Frischöl durch Lineare Voltam‐ metrie. Angegeben wird der pro‐ zentuale Anteil als einzelne RULER-Zahl je detektiertem An‐ tioxidant und eine Ge‐ samt-RULER-Zahl. Anwendung für alle Schmier- und Funktions‐ flüssigkeiten mit ausgeprägter oxidativer Beanspruchung. 4.7.1 X Oxida‐ tionsstabilität (Rotary Pressure Vessel Test) ASTM D2272 Bestimmung der Oxidationssta‐ bilität in Minuten im Rotary Pressure Vessel Test (RPVOT). Vergleich zum RPVOT-Wert des Frischöls erlaubt Rückschlüsse auf die noch restwirksamen An‐ tioxidantien. Anwendung vor allem für Turbinenöle und an‐ dere Schmieröle mit dominier‐ ender oxidativer Beanspru‐ chung. 4.7.2 X O MPC ASTM D7843 Bestimmung der alterungsbe‐ dingten Ablagerungsneigung von Schmierölen durch Membran-Patch-Colorimetry. 4.7.3 69 4. 1 Prüfverfahren kurz und bündig <?page no="73"?> Gruppe Verfahren Angegeben werden ein dimensi‐ onsloser MPC-Wert und die Lu‐ miniszens in Prozent. Anwen‐ dung für Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten aus abla‐ gerungsempfindlichen Systemen wie z. B. Gas-und Dampftur‐ binen, Umlaufschmiersystemen an Papiermaschinen und Indust‐ riehydrauliken. X X Flammpunkt im offenen Tiegel (COC) DIN EN ISO 2592 ASTM D92 Bestimmung der niedrigsten Temperatur, bei der sich unter Erwärmung im offenen Tiegel ein entflammbares Gas-Luft-Ge‐ misch bildet. Anwendung eher zur Klassifizierung von Frisc‐ hölen eingesetzt, selten in der Gebrauchtölüberwachung. 4.7.4 X X Flammpunkt im geschlos‐ senen Tiegel (PM) DIN EN ISO 2719 DIN EN ISO 3679 ASTM D93, D3278, D7236 Bestimmung der niedrigsten Temperatur, bei der sich unter Er‐ wärmung im geschlossenen Tiegel ein entflammbares Gas-Luft-Gemisch bildet. Anwen‐ dung beispielweise zur Überwa‐ chung gebrauchter Wärmeträge‐ röle oder als Screening-Test bei Verdacht auf Kraftstoffeintrag. 4.7.4 X Koksrück‐ stand (Con‐ radson) DIN EN ISO 10370 ASTM D4530 (ASTM D 189) (DIN 51551) Bestimmung der Neigung zur Ab‐ lagerungsbildung durch künst‐ liche Verkokung. Angabe der Rückstandbildung unter Laborbe‐ dingungen in Gew.-Prozent. An‐ wendung hauptsächlich zur Über‐ wachung von Wärmeträgerflüssigkeiten und für die Typisierung von Kompres‐ sorenölen. 4.7.5 X X Farbzahl DIN ISO 2049 ASTM D1500 Einordnung der Probe in eine für Mineralölprodukte entwickelte Farbskala von wasserhell (Farb‐ zahl 0) über verschiedene Braun‐ töne bis hin zur Schwarzfärbung (Farbzahl 8). Trendbewertung gibt grobe Anhaltspunkte zur Be‐ urteilung des Alterungszu‐ standes. Anwendung für alle re‐ lativ hellen Schmieröle und Funktionsflüssigkeiten, d. h. z. B. für Turbinenöle und Hydraulikf‐ lüssigkeiten, nicht aber für Schmieröle aus Verbrennungs‐ motoren. 4.7.6 X O Schmutztra‐ gevermögen/ ASTM D7899 Beurteilung des Dispergierver‐ mögens im Einsatz befindlicher 4.7.7 70 4 Prüfverfahren <?page no="74"?> Gruppe Verfahren Dispergier‐ vermögen Schmieröle aus Verbrennungs‐ motoren anhand eines pa‐ pier-chromatographischen „Tüpfel-Tests“. X O Durchschlag‐ spannung DIN EN 60156 ASTM D1816 Bestimmung der Durchschlags‐ festigkeit von Isolierölen, An‐ gabe in kV. Speziell zur Überprü‐ fung neuer und im Einsatz befindlicher Isolierflüssigkeiten. 4.8.1 X Dielektri‐ scher Verlust‐ faktor DIN EN 60247 Bestimmung des dielektrischen Verlustfaktors von Isolierölen. Maßzahl zur Überwachung der durch Phasenverschiebung ent‐ stehenden Verluste im Einsatz befindlicher Isolierflüssigkeiten. 4.8.2 X Grenzflä‐ chenspan‐ nung (Öl-Wasser) ASTM D971 Bestimmung der Grenzflächen‐ spannung in Mineralölen. An‐ wendung als Maßzahl für die Bil‐ dung polarer Alterungsprodukte vornehmlich in Isolierflüssig‐ keiten. 4.8.3 X Bestimmung der im Öl ge‐ lösten Gase DIN EN 60567 DIN EN 60599 ASTM D3612 Gas-chromatographische Be‐ stimmung der im Öl gelösten Gase. Die Trendbewertung der im Öl gelösten Gase erlaubt Rückschlüsse auf thermische und elektrische Fehler anhand deren Auswirkungen auf die Zerset‐ zung des Öls. Die DGA wird zum Condition Monitoring in elekt‐ risch ruhenden Maschinen wie Transformatoren, Gleichrichtern etc. eingesetzt. 4.8.4 X Furfurol-Ge‐ halt (Furane) DIN EN 61198 ASTM D5837 Flüssigkeits-chromatographi‐ sche Analyse auf Zersetzungs‐ produkte der Zellulose. Anwen‐ dung zur Überwachung von Isolierflüssigkeiten zur Beurtei‐ lung des Zustandes des Isolier‐ materials. 4.8.5 * ) Sind für ein Prüfverfahren mehrere Standards angegeben, heißt das nicht notwendigerweise, dass diese genormten Prüfverfahren in allen Details inhaltlich gleich sind. * * ) Die in diesem Buch zitierten Standards sind im Abschnitt 12 in einer Übersicht zusammengestellt. Tabelle 4.1: Übersicht der Prüfverfahren für Gebrauchtöle In den folgenden Abschnitten werden die in der Tabelle 4. 1 aufgeführten Verfahren erläu‐ tert. Der Fokus liegt auf der Aussagekraft und der Anwendung des Verfahrens zur Ge‐ brauchtöl-Überwachung. 71 4. 1 Prüfverfahren kurz und bündig <?page no="75"?> Zu Beginn eines jeden Abschnitts werden das Verfahren und seine generelle Anwendung in einer Übersicht kurz dargestellt. Die Beschreibung des Prüfverfahrens bzw. der Durch‐ führung wird nur soweit detailliert, wie es zum Verständnis des Prinzips notwendig ist. Anschließend sind Erläuterungen und Hinweise zur Anwendung und zur generellen In‐ terpretation auch in Zusammenhang mit anderen Prüfverfahren gegeben. Limitwerte und detaillierte Hinweise zur Bewertung in konkreten Anwendungsfällen sind den Kapiteln 7 (Bewertung von Analyseergebnissen) und 8 (Praxisbeispiele) zu ent‐ nehmen. 4. 2. Basisanalyse Einige Analyseverfahren haben sich als Bestandteil jeder Überwachung von neuen und gebrauchten Schmierstoffen durchgesetzt. Diese Basisanalyse beinhaltet neben klassischen Kennwerten wie beispielsweise der Viskosität eine ganze Reihe anderer Prüfungen, die wertvolle Informationen zur Interpretation der klassischen Einzelwerte liefern. Gleichzeitig sind es Verfahren, die zu relativ niedrigen Kosten ein Maximum an Aussagekraft liefern. Die folgende Kombination hat sich als Basisanalyse bewährt: • Elementanalyse • • FT-IR-Spektroskopie • • Kinematische Viskosität bei 40 und 100 °C • • Viskositätsindex • • PQ-Index • • Visuelle Kontrolle • Im folgenden Abschnitt werden diese Verfahren und deren Anwendung beschrieben. 4. 2. 1. Elementanalyse Die Elementanalyse ist ein Herzstück der Überwachung von Gebraucht- und Frischölen. Der Nutzer mag sich angesichts von mehr als 20 ermittelter Elementgehalte zunächst über‐ fordert fühlen, diese zu interpretieren. Die Ermittlung der im Öl enthaltenen Elemente liefert jedoch wichtige Informationen zu • Verschleißelementen • • Metallbasischen Additiven • • Verunreinigungen • Deshalb ist die Elementanalyse aus der Überwachung aller Typen von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten nicht wegzudenken. Ihr die gebührende Aufmerksamkeit zu schenken, lohnt sich. Elemente in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten Einen kurzen Einblick, welche Elemente in Schmierölen im Allgemeinen überwacht werden und welcher Kategorie sie zugerechnet werden, zeigt Tabelle 4. 2. Einige Elemente sind 72 4 Prüfverfahren <?page no="76"?> hinsichtlich der Kategorien „Zwitter“, wie z. B. Silizium sowohl Bestandteil von Staub oder Silikon-Verunreinigung sein kann als auch von Entschäumer-Additiv. Element Kurzzeichen Verschleiß Additiv Verunreinigung Aluminium Al X Antimon Sb Barium Ba X Beryllium Be Blei Pb X Bor B Cadmium Cd Chrom Cr Eisen Fe X Kalium K Kalzium Ca X Kobalt Co Kupfer Cu X Lithium Li Mangan Mn X X Magnesium Mg Molybdän Mo X X Natrium Na Nickel Ni X Phosphor P Schwefel S X Silber Ag Silizium Si X X Titan Ti Vanadium V X X Wolfram W Zinn Sn X X Zink Zn Tabelle 4.2: Klassische Elemente in Schmierölen 73 4. 2. Basisanalyse <?page no="77"?> Das Prüfverfahren Es gibt verschiedene Prüfverfahren zur Elementanalyse in Schmierölen: • Atom-Emissionsspektroskopie (OES) nach dem ICP- oder Rotrode-Prinzip • • Röntgenfluoreszens-Analyse (RFA) nach dem wellenlängen- oder energie-disper‐ • siven Prinzip • Atom-Absorptionsspektroskopie (AAS), z. B. nach dem Graphitrohr-Prinzip • In vielen Ölanalyse-Laboratorien wird das Verfahren der Atom-Emissionsspektroskopie (OES) eingesetzt. An dieser Stelle wird das dabei dominierende ICP-Verfahren dargestellt. Im Kapitel 5 (Prüfverfahren zur Überwachung von Schmierfetten) wird das Rotrode-Prinzip erläutert. Abb. 4.1: Prinzip der ICP-OES Abb. 4.2: Optima 5300V ICP-OES, Perki‐ nElmer Ermittelte Werte: Aluminium, Barium, Blei, Bor, Chrom, Eisen, Kalium, Kalzium, Kupfer, Magnesium, Molybdän, Natrium, Ni‐ ckel, Phosphor, Schwefel, Silizium, Zink, Zinn Angabe wenn die Werte >1 mg/ kg: Antimon, Beryllium, Cadmium, Kobalt, Lithium, Mangan, Silber, Titan, Vanadium, Wolfram Wertebereich und Einheit: 0 bis 30.000 mg/ kg bzw. ppm Verfahrensbeschreibung: 1 ml der Probe wird im Verhältnis 1: 10 mit Kerosin ver‐ dünnt und in ein Reagenzröhrchen eingefüllt. In einem Probenwechsler werden die Proben vor der Analyse zunächst intensiv gerührt, bevor Sie in den Zerstäuber gepumpt und mit einem Argonstrom vernebelt werden. In einer Zyklonkammer werden aus dem Aerosol große Tropfen abgeschieden. Das aufbereitete Aerosol ge‐ langt in das Plasma, ein Gemisch aus Atomen, Ionen und Elektronen. Das mit ca. 10.000 °C extrem heiße Plasma liefert die Energie zur Anregung der Proben. Zunächst wird die emittierte Strahlung spektral aufge‐ fächert, die Detektion erfolgt dann mit einem CCD-Chip. Die Elemente werden anhand der Wellen‐ länge ihrer Emissionslinien identifiziert. Die Lichtin‐ tensität liefert das Maß für den Elementgehalt. Tabelle 4.3: Elementanalyse nach dem ICP-OES-Verfahren Möglichkeiten und Grenzen Die Elementanalyse ermöglicht die Bestimmung selbst kleinster Elementgehalte im Bereich von weniger als einem Tausendstel Prozent. So können z. B. anomale Anstiege von Ver‐ schleißelementen detektiert werden, lange bevor das menschliche Auge eine verwertbare Information liefern kann. Für die Instandhaltung von Maschinen und Anlagen ist das sehr wichtig: Je früher anomale Werte erkannt werden, umso mehr Zeit steht zur Verfügung, die Trendentwicklung zu beobachten und angemessen zu reagieren. Dazu kommt, dass Schäden im Frühstadium oft deutlich niedrigere Folgeschäden nach sich ziehen, da das Bauteil ggf. gewechselt werden kann, bevor andere Maschinenelemente oder gar ganze Baugruppen in Mitleidenschaft gezogen werden. 74 4 Prüfverfahren <?page no="78"?> Im Öl gelöste Bestandteile und sehr kleine Partikel werden durch die Verfahren der Atom-Emissionsspektroskopie (OES) sehr gut detektiert. Partikel ab einer Größe von etwa 5 µm können nicht erkannt werden, da sie sich nicht zerstäuben lassen. Von diesem Um‐ stand ist neben der OES eine Vielzahl anderer sehr filigraner Prüfmethoden betroffen. Na‐ nopartikel zu erfassen und gleichzeitig auch für Millimeter- oder Zentimeter-Partikel sen‐ sibel zu sein, ist mehr als eine Herausforderung. So würde beispielsweise kaum jemand eine Messschraube zur Bestimmung der Länge eines PKW einsetzen. Ein in der Elementanalyse festgestellter erhöhter Eisengehalt bedeutet nicht zwangs‐ läufig, dass Eisen in Form von Partikeln vorhanden ist. Es kann sich ebenso um im Öl gelöste Produkte chemischer Reaktionen handeln, die z. B. durch saure Bestandteile oder Feuch‐ tigkeit im Öl hervorgerufen wurden. 4. 2. 2. PQ-Index Der PQ-Index ist ein Screening-Test auf ferromagnetische Partikel. Das Gerät wurde speziell dafür entwickelt, auch größere Verschleißpartikel zu erfassen. Deshalb ist der PQ-Index eine sinnvolle Ergänzung zur Elementanalyse OES. Das Verfahren Abb. 4.3: Analex PQ 90A Ermittelte Werte: PQ Index Wertebereich und Einheit: 25 - 30.000 (dimensionsloser Index) Verfahrensbeschreibung: Die Probe wird zunächst homogenisiert und eine be‐ stimmte Zeit auf dem Kopf stehend, gelagert. An‐ schließend wird die Probe über einen kalibrierten Sensor geleitet. Je mehr ferromagnetische Partikel von dem Sensor erfasst werden, umso größer ist das durch die Beeinflussung des Magnetfelds entstehende Mess-Signal. Ein erhöhter Gehalt an ferromagneti‐ schen Partikeln führt so zu einem höheren PQ-Index. Eine Größenverteilung der Partikel oder Informati‐ onen zu ihrer Gestalt wird nicht geliefert. PQ-Index und Elementanalyse ergänzen einander Mit dem PQ-Index werden alle ferromagnetischen Partikel unabhängig von ihrer Größe erfasst. Die klassische Elementanalyse, z. B. nach dem ICP-Verfahren, ist dagegen „blind“ für Partikel ab einer Größe von etwa 5 µm. Mit anderen Worten: Große Verschleißpartikel aus Eisenwerkstoffen werden durch einen erhöhten PQ-Index sichtbar, nicht aber in der direkten Elementanalyse. Zu beachten ist, dass einige wenige Stahlsorten, beispielweise austenitische Sonders‐ tähle, nicht ferromagnetisch sind und daher auch die Verschleißpartikel dieser Materialien anhand ferromagnetischer Verfahren, wie auch durch den PQ-Index, nicht erfasst werden können. 75 4. 2. Basisanalyse <?page no="79"?> Liegt Eisen im Öl nicht als Partikel, sondern in gebundener Form vor, z. B. durch Korro‐ sion, so kann der PQ-Index diese Eisenverbindungen nicht erfassen. Die Elementanalyse detektiert die dazugehörigen Atome dagegen hervorragend. Jetzt zeigt die Elementanalyse einen erhöhten Eisengehalt an, der PQ-Index jedoch nicht. Je größer die entstehenden Verschleißpartikel sind, umso schneller setzen sich diese in einem Schmieröl ab. Trotz sorgfältiger Probenentnahme ist mit zunehmender Größe davon auszugehen, dass die gemessene Anzahl nicht repräsentativ für das Gesamtsystem ist. Eine wiederkehrend gleichbleibende Probenentnahme ermöglicht deren Trendbewertung. Tabelle 4. 4. fasst zusammen, wie Elementanalyse und PQ-Index zusammenarbeiten: Eisengehalt (OES) PQ-Index Erklärung Niedrig Niedrig Keine Auffälligkeiten Hoch Niedrig Überwiegend „chemischer“ Verschleiß, z. B. durch saures Öl, Feuchtigkeit o.ä. Niedrig Hoch Überwiegend „mechanischer Verschleiß“, z. B. durch Ermüdungsausbrüche Hoch Hoch Beides: Chemischer und mechanischer Verschleiß Tabelle 4.4: Interpretation von Eisengehalt und PQ-Index In vielen Fällen reichen tribologische Grundkenntnisse aus, um zu erkennen, welcher der in der Tabelle 4. 4 genannten Fälle für eine Anwendung typisch ist. Entscheidend ist, welche Maschinenelemente unter welchen Belastungen und Umgebungsbedingungen von dem Öl geschmiert werden. Ebenso hilfreich sind Statistiken aus bereits durchgeführten Analysen. Die Verknüpfung der Verschleiß-Kennwerte mit der gemessenen Viskosität, dem Wasser‐ gehalt, der Säurezahl etc. bestätigt die ermittelten Zusammenhänge. Nicht zuletzt sollte der Trendverlauf sowohl für Eisen als auch für den PQ-Index nicht außer Acht gelassen werden. 4. 2. 3. Infrarot-Spektroskopie Während die Elementanalyse die in einer Probe vorhandenen Atome nachweist, ist die Inf‐ rarot-Spektroskopie ein Verfahren der Molekül-Spektroskopie. Beide Verfahren nehmen einen besonderen Platz in der Ölüberwachung ein. Anders als beispielsweise die Viskositätsmes‐ sung liefern diese beiden Verfahren nicht nur einen Einzelwert. Das erzeugte Spektrum lie‐ fert eine Vielzahl einzelner Messwerte. Deshalb sind derartige Verfahren sehr viel besser ge‐ eignet, komplexe Veränderungen zu erfassen. Beide Verfahren ergänzen sich sehr gut. Das Infrarotspektrum einer Probe liefert, verglichen mit dem Spektrum des Frischöles In‐ formationen über Ölveränderungen wie Oxidation, Additivabbau oder flüssige Verunreini‐ gungen. Beispielsweise wird über bestimmte Sauerstoffbindungen, die nicht im Frischöl, aber in dem im Einsatz befindlichen Öls zu finden sind, auf Öloxidation geschlossen. Spezifische Absorptionen im Bereich der OH-Gruppen werden als Wasser interpretiert. Das Infrarot-Spektrum wird auch als „Fingerabdruck“ des Öls bezeichnet. Anhand eines Referenz-Spektrums oder einer Referenz-Probe kann mit hoher Wahrscheinlichkeit fest‐ 76 4 Prüfverfahren <?page no="80"?> gestellt werden, ob es sich bei einer unbekannten Probe tatsächlich um das fragliche Öl handelt. Auch Vermischung unterschiedlicher Öltypen ist feststellbar. Zudem gibt das IR-Spektrum schnell und zuverlässig Auskunft, ob es sich bei einem un‐ bekannten Öl um ein Mineralöl, ein esterbasisches „Bio-Öl“ oder PAG-Synthese-Öl handelt. Abb. 4.4: IR-Spektren für Mineralöl (schwarz), Polyglykol (rot) und Ester (grün) in vereinfachter Dar‐ stellung Das Verfahren Abb. 4.5: Messprinzip FT-IR Abb. 4.6: Thermo Scientific FT-IR Ermittelte Werte: a) Oxidation, Nitration, Sulfation b) Wasser, Glykol, Kraftstoff, Ruß c) Additivabbau Wertebereich und Einheit: a) A/ cm b) Gew.-% oder Vol.-% c) Prozent (Frischölwert = 100 %) Verfahrensbeschreibung: Das Prinzip der FT-IR (Fourier-Transform Infrarot) Spektroskopie beruht auf der Tatsache, dass die im Schmierstoff vorhandenen Moleküle aufgrund ihrer ty‐ pischen Bindungsform das Infrarotlicht bei bestimmten Wellenlängen unterschiedlich stark absorbieren. Veränderungen im Gebrauchtöl können im Vergleich mit dem Frischöl-Referenzspektrum in Form von typi‐ schen „Peaks“ bei bestimmten „Wellenzahlen“ festge‐ stellt, berechnet und interpretiert werden. 77 4. 2. Basisanalyse <?page no="81"?> IR-Oxidation Die Infrarot-Spektroskopie detektiert die durch Oxidation klassischer Kohlenwasserstoffe entstehenden Carbonylverbindungen anhand der Carbonyl-Schwingung gemäß DIN 51453 (Bild 4. 7). Abb. 4.7: Prinzip der Oxidationsbestimmung mittels Infrarot-Spektroskopie Enthalten Schmierstoffe bereits im Neuzustand esterbasische Komponenten, stößt diese für Mineralöle erfolgreich angewandte Methode an ihre Grenzen, da beispielweise auch klas‐ sische Carbonsäure-Ester diese Carbonyl-Gruppe enthalten. Die gemäß DIN 51541/ 51543 standardisierte Methode ist zur Überwachung von Schmier‐ ölen aus Verbrennungsmotoren entwickelt worden. Zur Überwachung der Oxidation von Schmierölen aus Industrieanwendungen, wie beispielsweise Getriebeöle, Turbinenöle und Hydraulikflüssigkeiten, ist die Methode nur eingeschränkt aussagefähig. Für diese In‐ dustrie-Öle ist eine alternative, ebenfalls FT-IR-basierte Methode verfügbar / 10/ . Wassergehalt Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Infrarot-Spektrums, bezüglich der Überwachung des Eintrags von Wasser in Schmierölen ist stark vom eingesetzten Basisöl-Typ und der Additivierung abhängig. Im Allgemeinen wird die untere IR-Nachweisgrenze für den Was‐ sergehalt in Mineralölen mit 0. 1 Gew.-% angegeben. IR-Spektroskopie und Elementanalyse Die IR-Spektroskopie kann keine einzelnen Elemente bestimmen. Die Bestimmung des Ge‐ halts an Verschleißelementen bleibt der Elementanalyse vorbehalten. Trotzdem kann bei‐ spielsweise der Phosphorgehalt eines Öls unverändert bleiben, obwohl sich die phos‐ phor-basischen Additive verbrauchen. Das ist immer dann der Fall, wenn die Reaktionsprodukte des Additivabbaus im Öl gelöst bleiben. Die Elemente sind dann trotz der chemischen Veränderungen der Additive vorhanden und in der Elementanalyse 78 4 Prüfverfahren <?page no="82"?> sichtbar. Das Infrarot-Spektrum hingegen kann die Veränderungen detektieren, weil sich beim Abbau der Additive deren Zustand verändert hat. Infrarot-Spektroskopie und Ele‐ mentanalyse ergänzen einander sehr gut. Weitere Möglichkeiten Die IR-Spektroskopie kann weitaus mehr als die Bestimmung von Oxidation, Nitration und Wassergehalt. Ein guter Überblick über mögliche Methoden sind in der ASTM E2412-10 enthalten. Tabelle 4. 5 zeigt eine Übersicht typischer IR-Methoden dieser Prüfnorm. Komponente Wellenzahl [cm -1 ] Basislinie Einheit Wasser - A 3428 3700 Gew.-% Wasser - B Maximum um 3400 3120, 3740 A / cm o. Gew.-% o. Vol.-% Ruß - A 1950 - Abs / 0.1 mm Ruß - B Abs bei 2000, 1950 oder 1900 - A / cm oder Gew.-% Oxidation - A Maximum (1800 - 1650) 1950 Abs / 0.1 mm Oxidation - B 1709 1900 A / cm Nitration Maximum (1650 - 1610) 1950 Abs / 0.1 mm Phosphatester AW Minimum (1020 - 930) 1020, 930 Abs / 0.1 mm OK Fläche (734 - 721) 734,721 Gew.-% DK Fläche (817 - 804) 817, 804 Gew.-% Sulfation 1150 1950 Abs / 0.1 mm Ethylenglykol 883 901 Gew.-% Tabelle 4.5: Ausgewählte IR-Methoden nach ASTM E2412-10 Aus der Tabelle wird deutlich, dass es oft mehrere Methoden zur Bestimmung eines Para‐ meters gibt. Der Grund dafür: Schmieröle und Hydraulikflüssigkeiten werden immer indi‐ vidueller auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt. Das gelingt angesichts stetig steig‐ ender Anforderungen moderner Maschinen nur durch den Einsatz spezieller Grundöl- und Additivkomponenten. Ausgehend von einer Frischölanalyse ist im Vorfeld zu prüfen, ob und welche der genannten Methoden für das verwendete Schmieröl geeignet ist. Nicht wenige Service-Laboratorien sind jedoch überfordert, für jeden Einsatzfall die richtige Prüfmethode auszuwählen, wenn notwendig, gar anzupassen und umzusetzen. Neben den klassischen Verfahren wurden in den letzten Jahren verstärkt chemometri‐ sche Methoden etabliert. Diese Methoden der multivariaten Datenauswertung eröffnen neue Möglichkeiten, die Überwachung von Gebrauchtölen noch zuverlässiger zu machen (ASTM E168, / 11/ , / 12/ ). 79 4. 2. Basisanalyse <?page no="83"?> 4. 2. 4. Viskosität und Viskositätsindex Die Viskosität ist der wichtigste physikalische Einzelkennwert eines Schmieröls. Sie ist der Kehrwert der Fließfähigkeit einer Flüssigkeit. Zugleich hat die Viskosität einen direkten Einfluss auf die im Ölfilm generierte Reibung und die Fähigkeit des Öls, einen hydrodyna‐ mischen Schmierfilm zu bilden: • Niedrige Viskosität • • dünnflüssig • • hohe Fließfähigkeit • • niedriger Fließwiderstand • • niedrige hydrodynamische Tragfähigkeit • • niedrige Belastbarkeit • • Hohe Viskosität • • dickflüssig • • niedrige Fließfähigkeit • • hoher Fließwiderstand • • hohe hydrodynamische Tragfähigkeit • • hohe Belastbarkeit • Es verwundert deshalb nicht, dass Schmieröle anhand ihrer Viskosität klassifiziert werden und nahezu jede Ölanalyse die Messung der Viskosität beinhaltet. Das Prüfverfahren (kinematische Viskosität) Abb. 4.8: ISL Houillon Viscometer Ermittelte Werte: a) Kinematische Viskositäten bei 40°C und 100°C b) Viskositätsindex VI Wertebereich und Einheit: Kinematische Viskosität bei 40 °C: 1 - 5000 mm²/ s (cSt) Kinematische Viskosität bei 100 °C: 0,5 - 200 mm²/ s (cSt) Viskositätsindex VI: 0 bis 499 (dimensionslos) Verfahrensbeschreibung: Das ISL Houillon Viskosimeter besteht aus je einem auf 40°C bzw. 100°C temperierten Bad, in dem jeweils 4 Kapillar- Viskosimeter eingesetzt sind. Die Zeit, die das Öl benötigt, um eine bestimmte Messstrecke zu durchlaufen, wird mit Hilfe der Kapillarkons‐ tanten in die kinematische Viskosität bei 40°C und bei 100°C umgerechnet. Die ermittelten Vis‐ kositätswerte bei 40°C und 100°C dienen zur Be‐ rechnung des VI (Viskositätsindex). Die Veränderung der Viskosität kann beispielsweise folgende Ursachen haben: • Viskositätsanstieg • • Oxidation • 80 4 Prüfverfahren <?page no="84"?> • Nitration • • Rußeintrag • • Vermischung mit dickflüssigerem Öl • • Viskositätsabsenkung • • Kraftstoffeintrag • • Thermische Zersetzung • • Abbau von Mehrbereichs-Additiven • • Vermischung mit dünnflüssigerem Öl • Einige dieser Prozesse können gleichzeitig stattfinden. Sie beeinflussen sich gegenseitig oder heben sich gar auf. Deshalb ist eine Messung allein der Viskosität nicht zu empfehlen, wenn nicht nur der Wert, sondern auch die Ursache der Viskositätsveränderungen ermittelt werden soll. Aus Kostengründen führen einige Laboratorien die Viskositätsmessung nur bei einer Temperatur durch (Motorenöle bei 100 °C, Industrieöle bei 40 °C). Dadurch ist es weder möglich, den Viskositätsindex zu berechnen noch das Viskosität-Temperatur-Verhalten zu beurteilen. Damit ist es ebenso unmöglich, Ölverwechslungen, Ölvermischungen oder auch den Abbau von Mehrbereichsadditiven zuverlässig zu beurteilen. Angesichts der sehr ge‐ ringen Kostenersparnis ist die Reduktion der Viskositätsmessung auf nur eine Prüftempe‐ ratur eine kurzsichtige Entscheidung. Nähere Erläuterungen zu den verschiedenen Viskositätsbegriffen und dem Viskosi‐ täts-Temperatur-Verhalten sind in den folgenden Abschnitten dargestellt. Viskosität - dynamisch oder kinematisch Bild 4. 9 stellt die Definition des Viskositätsbegriffs nach Isaac Newton dar: Abb. 4.9: Dynamische Viskosität nach Isaac Newton Das an beiden Flächen anhaftende Öl wird durch die an der oberen Platte wirkende Ver‐ schiebe-Kraft einer Scherbeanspruchung ausgesetzt. Die Viskosität ergibt sich aus dem Quotienten der Schubspannung und des Schergefälles. Sie wird auch als dynamische Vis‐ kosität bezeichnet, in englischer Literatur oft auch als „absolute viscosity“. Zur zuverlässigen Messung der dynamischen Viskosität sind spezielle Rheometer not‐ wendig. Sie müssen die exakte Einstellung sowohl der Schubspannung als auch des Scher‐ gefälles garantieren. Daher ist die Bestimmung der dynamischen Viskosität sehr aufwändig. Einfacher ist die mittelbare Bestimmung der Viskosität anhand des Zusammenhangs zwischen Viskosität und der Fließfähigkeit. In einem in Durchmesser und Länge genau 81 4. 2. Basisanalyse <?page no="85"?> definierten Rohr lässt sich anhand der Durchflusszeit das Viskositäts-Dichte-Verhältnis, die kinematische Viskosität bestimmen. Deshalb wird, wie in der Tabelle 4. 6 gezeigt, in der Praxis überwiegend die kinematische Viskosität bestimmt und die dynamische Viskosität nur, wenn erforderlich. M1 M2 M Quasi-Standard: Messung der kinematischen Viskosität (Viskositäts-Dichte-Verhältnis) Einheit: mm²/ s (Quadratmillimeter pro Sekunde) bzw. cSt (Centi-Stoke) Wenn erforderlich, z. B. bei sehr tiefen Temperaturen: Messung der dynamischen Viskosität Einheit: mPa·s (Milli-Pascal-Sekunden) bzw. cP (Centi-Poise) Tabelle 4.6: Dynamische und kinematische Viskosität Die dynamische Viskosität kann anhand der Dichte aus der kinematischen Viskosität be‐ rechnet werden. Zu beachten ist, dass sowohl die Viskosität als auch die Dichte tempera‐ turabhängig sind. Viskositäts-Temperatur-Verhalten Die Viskosität verändert sich mit der Temperatur. Sinkende Temperaturen lassen das Öl dickflüssiger (höherviskos) werden, steigende Temperaturen dünnflüssiger (niedriger -viskos). Wie stark sich die Viskosität eines Öls mit der Temperatur ändert, ist vom Öl-Typ abhängig. Vor allem viele Syntheseöle verändern ihre Viskosität nicht so stark bei schwank‐ enden Temperaturen wie Mineralöle. 82 4 Prüfverfahren <?page no="86"?> Abb. 4.10: Viskositäts-Temperatur-Verhalten Klassische Mineralöle werden aufgrund ihrer relativ starken Viskosität-Temperatur-Ab‐ hängigkeit auch als Einbereichsöle bezeichnet: Sie überdecken den Viskositätsbereich nur einer genormten Viskositätsklasse. Öle mit einem flachen Kurvenverlauf, d. h. einem bes‐ seren Viskositäts-Temperatur-Verhalten, werden dagegen als Mehrbereichsöle bezeichnet. Sie überdecken mindestens den Viskositätseinsatzbereich von 2 Einbereichsölen. Viskositätsindex VI Zur einfachen Beurteilung des Viskositäts-Temperatur-Verhaltens hat sich weltweit der Viskositätsindex VI etabliert. Der Viskositätsindex wird aus den bei 40 °C und 100 °C ge‐ messenen kinematischen Viskositäten (in der DIN ISO 2909 mit U und Y bezeichnet) und den ebenfalls in der Norm hinterlegten Referenzwerten L („Low VI“) und H („High VI“) berechnet. 83 4. 2. Basisanalyse <?page no="87"?> Abb. 4.11: Prinzip der Berechnung des Viskositätsindex VI Typische VI-Werte sind in der Tabelle 4. 7 aufgeführt. Die angegebenen Werte sind über‐ schlägige Angaben. Konkrete Produkte können davon abweichen. Basisflüssigkeit API Gruppe Viskositätsindex (ca.) Paraffinbasisches Mineralöl I 90 - 100 Naphtenbasisches Kältemaschinenöl I 0 Hydrocrack-Öl III 115 - 125 Poly-Alpha-Olefin IV 140 - 180 Ester V 80 - 200 PAG V 160 - 250 Silikonöl V 400 PFPE V 100 - 120 Tabelle 4.7: Viskositätsindex typischer Basisflüssigkeiten Klassische paraffinbasische Mineralöle, die z. B. für konventionelle Einbereichsöle ver‐ wendet werden, weisen einen Viskositätsindex von etwa 90 -100 auf. Viele synthetische Schmierstoffe sind an ihrem deutlich höheren Viskositätsindex zu erkennen. Das heißt jedoch nicht, dass synthetische Schmieröle auf jeden Fall einen VI höher als 100 haben. Im 84 4 Prüfverfahren <?page no="88"?> Bereich der Schmieröle und Hydraulikflüssigkeiten ist das überwiegend der Fall, ist doch gerade der daraus resultierende weite Temperatur-Einsatzbereich einer der Hauptgründe für den Einsatz synthetischer Schmieröle. Beispielsweise sind im Bereich der Kompresso‐ renöle auch spezielle, synthetische Esterflüssigkeiten im Einsatz, deren Viskositätsindex unterhalb von 100 liegt. Hauptgrund ihres Einsatzes sind ihre hervorragende hydrolytische, oxidative und thermische Stabilität. Andererseits ist ein Viskositätsindex oberhalb von 100 nicht in jedem Fall auf den Einsatz synthetischer Basisöle zurückzuführen. Mineralische Motoren- oder Hydrauliköle werden durch die Zugabe viskositätsverändernder Additive („Viskositätsindex-Verbesserer“ bzw. „VI-Improver“) zu Mehrbereichsölen, die ebenfalls einen deutlich erhöhten Viskositäts‐ index aufweisen. In diesem Fall ist die Überwachung der Scherstabilität wichtig, um einen zu starken Viskositätsabfall rechtzeitig zu erkennen. 4. 2. 5. Visuelle Beurteilung Neben der Vielzahl moderner Messgeräte liefert auch die visuelle Beurteilung wertvolle Hinweise über anomale Veränderungen des Öls. Folgende Eigenschaften sind klassische Parameter einer visuellen Prüfung: • Farbe • • Trübung • • Phasentrennung • • Schlierenbildung • • sichtbare Partikel • • Bodensatz • Abb. 4.12: Arbeitsplatz Visuelle Prüfung Ermittelte Werte: Partikel >25µm, visuelle Beschaffenheit Wertebereich und Einheit: (verbal, ggf. spezielles Rating) Verfahrensbeschreibung: Die befüllten Probenracks werden mit ihren transpa‐ renten Gefäßen für 15 Minuten im „Kopfstand“, d. h. auf dem Deckel stehend, in einem Ofen auf 60 °C erwärmt. Durch die Temperatur werden hochviskose Öle dünn‐ flüssiger. Etwaige Fremdstoffe im Öl sinken auf die weiße Deckelinnenfläche und sind nach dem Um‐ drehen und sofortigen Öffnen leicht erkennbar. Ein hintergrundbeleuchtetes Vergrößerungsglas mit 2bis 5-facher Optik zeigt Partikel, die größer als 25 µm sind. Unterstützt durch eine Lupe, erfolgt durch verglei‐ chendes Abschätzen eine erste Beurteilung des Ausse‐ hens der Öl-Probe und der im Deckel eventuell vor‐ handenen Sedimente. Die Informationen aus der visuellen Prüfung ergänzen die Messergebnisse. Bei ungewöhn‐ lichen Ergebnissen ist die visuelle Prüfung oft Auslöser dafür, den Routine-Prüfumfang zu variieren. Einerseits, um beispielsweise die Ursache einer ungewöhnlichen Verfärbung mit 85 4. 2. Basisanalyse <?page no="89"?> besonderen Prüfungen zu ermitteln oder auch, weil die Sinnhaftigkeit einer vorgesehenen Routine-Prüfung nicht gegeben ist. Beispielsweise macht die Bestimmung des Wasserge‐ haltes in ppm nach dem Karl-Fischer-Verfahren wenig Sinn, wenn die Probe ganz offen‐ sichtlich zu 60 % aus freiem Wasser besteht. 4. 3. Säuren und Basen 4. 3. 1. pH-Wert Der pH-Wert ist eine dimensionslose Maßzahl, die den sauren, neutralen oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung beschreibt: • pH < 7. 0 = saure wässrige Lösung • • pH = 7. 0 = neutrale wässrige Lösung • • pH > 7. 0 = basische wässrige Lösung • Die Messung des pH-Werts erfolgt entweder anhand eines speziellen Testpapiers wie bei‐ spielsweise dem Lackmus-Teststreifen oder einem pH-Meter (Elektrode). Die Messung des pH-Werts wird im Bereich der Schmier- und Betriebsflüssigkeiten vor allem für wässrige Kühlschmierstoffe, HFC-Flüssigkeiten und Kühlwasser-Lösungen ein‐ gesetzt. Das Verfahren Abb. 4.13: Mettler Titrator DL 25 Ermittelter Wert: pH-Wert Wertebereich und Einheit: 0 bis 14 (dimensionslos) Verfahrensbeschreibung: Der pH-wert gibt die Acidität einer wässrigen Substanz an. Der niedrigste pH-Wert 0 steht für den am stärksten sauren Bereich, der pH-Wert von 14 für den am stärk‐ sten basischen (alkalischen) Bereich. Bei der Messung wir eine Elektrode zunächst in 2 Puffer-Lösungen kalibriert. Anschließend wird die Elektrode in die zu messende Probe eingebracht und der pH-Wert direkt abgelesen. Anwendungsbereich: wässrige Metallbearbeitungsflüs‐ sigkeiten, Kühlwasser oder wässrige Hydraulikflüssig‐ keiten 86 4 Prüfverfahren <?page no="90"?> Der pH-Wert ist zur Überwachung der Säurebzw. Basen-Stärke wässriger Flüssigkeiten geeignet. Starke, wasserlösliche Säuren oder Basen werden schon in geringer Konzentra‐ tion zuverlässig nachgewiesen. Tabelle 4. 8 soll anhand der typischen pH-Werte einiger bekannter Substanzen helfen, gemessene pH-Werte besser einordnen zu können: Bereich Substanz pH-Wert (typisch) sauer Schwefelsäure (Autobatterie) 1,0 Magensäure 1,5 Cola 2,0 - 3,0 Zitronensaft, frisch gepresst 2,5 Essig 2,5 Apfelsaft 3,5 Bier 4,5 - 5,0 Tee 5,5 Milch (frisch) 6,5 neutral Destilliertes Wasser 7,0 basisch Blut 7,4 Meerwasser 7,5 - 8,4 Darmsaft 8,3 Seife 9,0 - 10,0 Beton 12,5 Natron-Lauge 13,5 Tabelle 4.8: pH-Wert verschiedener Stoffe (siehe auch: https: / / de.wikipedia.org/ wiki/ PH-Wert, 14.02.2020) Bei den üblichen normalen Alterungsprozessen klassischer Schmieröle wie z. B. Oxidation entstehen langkettige, nicht wasserlösliche Carbonsäuren. Der pH-Wert kann diese schwa‐ chen Säuren nicht erfassen und ist deshalb zur Überwachung der Alterung von nichtwäss‐ rigen Schmierölen und Funktionsflüssigkeiten nicht geeignet. 4. 3. 2. Säurezahl (Neutralisationszahl, Acid Number AN) In Schmierölen entstehen durch Oxidation langkettige, nicht wasserlösliche Säuren. Ob‐ wohl diese Säuren nicht durch eine pH-Wert-Messung nachgewiesen werden können, sind sie nicht zu schwach, um in der Maschine z. B. Korrosion hervorzurufen. Deshalb ist die Überwachung dieser organischen Säuren in Schmierölen sehr wichtig. 87 4. 3. Säuren und Basen <?page no="91"?> Die Bestimmung dieser organischen Säuren erfolgt durch eine Titration, in der schritt‐ weise solange eine kleine Menge einer Base zugegeben wird, bis die im Öl enthaltenen sauren Komponenten neutralisiert sind. Die zur Überwachung des Säuregehalts von Schmierölen etablierten Prüfmethoden sind in der Tabelle 4. 9 dargestellt. Kenngröße Besonderheit Standard Anwendung Neutralisationszahl NZ Farbumschlags-Titra‐ tion DIN ISO 6618 ASTM D974 Helle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Säurezahl AN Potentiometrische Tit‐ ration ASTM D664 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Säurezahl AN Potentiometrische Tit‐ ration EN 12634 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Säurezahl AN Thermometrische Tit‐ ration ASTM D8045 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Tabelle 4.9: Prüfverfahren zur Bestimmung des Säuregehalts in Schmierölen Die in der Tabelle 4. 9 genannten Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich in der Art, den Umschlagspunkt zu detektieren. Von ihnen ist die Farbumschlags-Titration am ein‐ fachsten realisierbar und gut automatisierbar. Für die Messung sehr dunkler Öle wie z. B. gebrauchter Motorenöle, ist eine Farbumschlags-Indikation nicht geeignet. Die potentiometrische Titration kann unabhängig von der Färbung der Öl-Probe ange‐ wandt werden. Die dafür zu verwendende, mit Elektrolyt gefüllte Elektrode, erweist sich gerade bei der Messung gebrauchter Öle als störanfällig und produziert nicht immer ein‐ deutige Umschlagspunkte. Für die in dieser Hinsicht deutlich stabiler arbeitende thermometrische Titration liegt ebenfalls bereits eine Prüfnorm vor. Bei hohem Probenvolumen aus verschiedensten Anwendungsbereichen hat sich die fol‐ gende Vorgehensweise bewährt: • Hellfarbene Öl-Proben wie z. B. Hydraulik-, Turbinen und viele Getriebeöle • - Bestimmung der Neutralisationszahl NZ (Farbindikation) - • Stark dunkel gefärbte Proben wie z. B. Motorenöle • - Bestimmung der Säurezahl AN (potentiometrisch oder thermometrisch) - Zu beachten ist, dass die genannten Verfahren alle den Säuregehalt bestimmen, die Ergeb‐ nisse jedoch aufgrund der unterschiedlichen Detektion des Umschlagspunktes nicht iden‐ tisch sind. Deshalb sollte möglichst für gleichartige Flüssigkeiten bzw. Anwendungen stets nach derselben Methode gemessen und die verwendete Methode angegeben werden. 88 4 Prüfverfahren <?page no="92"?> Das Verfahren Neutralisationszahl NZ Abb. 4.14: Metrohm Photometer für NZ-Be‐ stimmung Ermittelte Werte: NZ (Neutralisationszahl) Wertebereich und Einheit: 0,01 - 99 mg KOH/ g Verfahrensbeschreibung: Die Neutralisationszahl (NZ) gibt die Menge Kali‐ lauge an, die benötigt wird, um die in einem Gramm Öl enthaltenen Säuren zu neutralisieren. Bei der Neutralisationszahl wird einem Öl-Lösungs‐ mittel-Gemisch ein Indikator zugegeben, der durch Farbumschlag den Endpunkt anzeigt. Dem Öl-Lö‐ sungsmittel-Gemisch wird so lange Titrierflüssigkeit zugeführt, bis das Gemisch die Farbe wechselt. Säurezahl AN (und Strong Acid Number SAN) Abb. 4.15: Mettler Titrator für AN-Bestim‐ mung Ermittelte Werte: AN (Acid Number) Wertebereich und Einheit: 0,01 - 99 mg KOH/ g Verfahrensbeschreibung: Die Säurezahl AN gibt die Menge Kalilauge an, die benötigt wird, um die in einem Gramm Öl enthal‐ tenen Säuren zu neutralisieren. Einem Öl-Lösungsmittel-Gemisch wird so lange Tit‐ rierflüssigkeit zugeführt, bis der pH-Wert abrupt fällt. Dies wird durch einen Wendepunkt in einer Tit‐ rationskurve deutlich. Der Verbrauch an Titriermittel bis zu diesem Wendepunkt gibt die AN an. Die SAN (Strong Acid Number), Einheit mgKOH/ g wird bei der AN-Titration nur dann ermittelt, wenn starke, aggressive Säuren wie z. B. bei Betrieb von Gasmotoren mit Deponiegas, im Öl vorhanden sind. In der Praxis hat sich hierzu jedoch der i-pH-Wert etabliert. Tabelle 4.10: Prüfverfahren zur Bestimmung des Säuregehalts Die NZ bzw. AN von Frischölen Hinweis: Der Einfachheit halber wird in diesem Abschnitt nachfolgend der Begriff Säure‐ zahl sowohl für die NZ als auch die AN verwendet. Ein kurzer Blick auf das Technische Datenblatt vieler Schmieröle oder Hydraulikflüs‐ sigkeiten verrät: Auch Frischöle haben in der Regel bereits eine Säurebzw. Neutralisati‐ onszahl größer Null. Der Grund liegt in den verwendeten Grundölen und Additiven. • Grundflüssigkeiten wie beispielweise Mineralöl-Raffinate, Hydrocrack-Öl oder • Poly-Alpha-Olefine sind in der Regel säurefrei, deren Säurezahl ist praktisch Null. 89 4. 3. Säuren und Basen <?page no="93"?> • Esterbasische Flüssigkeiten haben dagegen immer eine, wenn auch relativ niedrige • Säurezahl • Additive können in der Titration ebenfalls reagieren, wenn sie saure Komponenten • enthalten Mit anderen Worten: Nahezu immer ist die Säurezahl eines Frischöls hauptsächlich von der Art und der Menge der verwendeten Additive abhängig. So weist die Säurezahl eines neuen mineralölbasischen Industriegetriebeöls in Abhängigkeit von der Additivierung eine Säu‐ rezahl von 0. 2 bis zu 4. 0 mgKOH/ g auf. Die NZ bzw. AN von Gebrauchtölen Die NZ bzw. AN (in diesem Abschnitt wiederum vereinfacht „Säurezahl“ genannt) von Schmierölen und Funktionsflüssigkeiten kann während des Einsatzes sowohl sinken als auch ansteigen. Die nachfolgende Übersicht zeigt die dafür hauptsächlich verantwortlichen Prozesse. Anstieg des Säuregehalts Absinken des Säuregehalts Öloxidation Additivabbau Hydrolyse Veresterung Nachfüllen bzw. Vermischung Nachfüllen bzw. Vermischung Vermischung mit höher legiertem Öl Vermischung mit niedriger legiertem Öl Eintrag saurer Produkte (prozess- oder umge‐ bungsbedingt, z. B. NO x , SO x , H 2 S, CO 2 , …) Eintrag alkalischer Produkte (prozess- oder um‐ gebungsbedingt) Tabelle 4.11: Einflussfaktoren des Säuregehalts in Gebrauchtölen So kann die Säurezahl eines Schmieröls zunächst sinken, weil Antioxidantien und andere Additive verbraucht werden. Mit zunehmendem Verbrauch der Antioxidantien beschleu‐ nigt sich die Öloxidation und die damit verbundene Säurebildung lässt den Säuregehalt ansteigen. Additivabbau und Oxidation können sich in ihrer Auswirkung auf die Säurezahl auch aufheben. Wird in solch einem Fall die Säurezahl isoliert betrachtet, scheint auf den ersten Blick angesichts einer stabilen Säurezahl alles in Ordnung zu sein. Werden jedoch die ge‐ genläufigen Prozesse anhand anderer Parameter identifiziert und ihr Einfluss berücksich‐ tigt, entsteht ein völlig anderes Bild. Ein einfacher Weg, derartige Irrtümer zu vermeiden, ist beispielsweise die Überwachung von Additiv-Veränderungen im Trendverlauf, der Vis‐ kosität und der Farbänderung des Öls. 4. 3. 3. Strong Acid Number (SAN) und ipH-Wert Strong Acid Number (SAN) Oxidation ist einer der in Schmierölen am häufigsten stattfindenden Alterungsvorgänge. Dadurch entstehen langkettige, schwache Säuren, die durch die AN bzw. NZ zuverlässig erfasst werden. Für klassische Schmierölanwendungen, z. B. die Getriebeschmierung oder 90 4 Prüfverfahren <?page no="94"?> Hydraulik, funktioniert die Überwachung des Säureeintrags mittels AN oder NZ sehr gut. Können jedoch prozessbedingt auch starke Säuren ins Öl gelangen, wie beispielsweise in Schmierölen aus Biogasmotoren zu erwarten, tritt folgendes Problem auf: Der AN-Wert (bzw. NZ-Wert) ist ein Maß für die Säuremenge im Öl. Die Titration erfasst sowohl schwache als auch starke Säuren. Das Ergebnis zeigt jedoch nicht, ob diese Säure‐ menge nur durch (viele) schwache Säuren oder auch durch (wenige) starke Säuren ent‐ standen ist. Schwache Säuren, langkettig und reaktionsträge, sind für die Maschine jedoch weniger gefährlich als starke Säuren, die selbst in geringer Konzentration innerhalb kurzer Zeit großen Schaden anrichten können. Aus diesem Grund wurde die Strong Acid Number (SAN) definiert. Sie ist sozusagen eine Untermenge der AN (früher auch TAN = Total Acid Number genannt). Zur Unterscheidung starke - schwache Säure wurde der pH-Wert von 4 zugrunde gelegt. i-pH-Wert AN und BN liefern jeweils nur Angaben zum Gesamtgehalt saurer bzw. basischer Verbin‐ dungen im Öl. Der i-pH-Wert (i-pH: „inital-pH-“ bzw. „Anfangs-pH-Wert“) weist selbst kleine Mengen starker und damit korrosiver Säuren bzw. Basen im Öl nach. Durch normale Alterungsvorgänge in Schmierölen, wie z. B. die Oxidation, entstehen derartige Säuren nicht. In der Regel werden sie von außen eingeschleppt. Deshalb ist die Bestimmung des ipH-Werts vor allem zur Beurteilung von Ölen aus Bio- oder Klärgasmotoren wichtig. Zur Bestimmung des i-pH-Werts wird das Öl mit einem leicht wasserhaltigen Lösemit‐ telgemisch versetzt. Dadurch werden die Ionen aus dem Öl herausgelöst und nach einer vorgegebenen Reaktionszeit anhand des gestiegenen Potenzials mittels einer Elektrode nachgewiesen. Abb. 4.16: Mettler Titrator Ermittelte Werte: i-pH Wertebereich und Einheit: 0 - 14 (dimensionslos) Verfahrensbeschreibung: Der „klassische“ pH-Wert kann in Ölen nicht bestimmt werden. Deshalb erfolgt die Bestimmung mit einem Titrator über eine elektrochemische Reaktion. Die Öl‐ probe wird in einem Lösungsmittelgemisch, das kleine Mengen Wasser enthält, gelöst. Die Veränderung der Spannung in der Titrationselektrode wird nach 5 Mi‐ nuten als Anfangs-pH-Wert i-pH (initial pH) ermittelt. Das Verfahren wurde speziell zur Überwachung von Gasmotorenölen entwickelt und wird seit mehr als 20 Jahren erfolgreich angewendet. Mangels verfügbarer Prüfnorm wurden von den OEM, Ölherstellern und Prüflabors verschiedene Hausmethoden entwickelt, die teilweise abweichende Prüfergebnisse lieferten. Seit 2015 liegt mit der ASTM D 7946 ein standardisiertes Prüfverfahren vor. Im Interesse einer Vergleichbarkeit und Überprüfbar‐ keit von Messergebnissen sollten die einzelnen Hausnormen auf der Basis dieser Prüfnorm vereinheitlicht werden. 91 4. 3. Säuren und Basen <?page no="95"?> SAN oder i-pH-Wert? In der Praxis hat sich gezeigt, dass die SAN für die meisten Schmierölanwendungen „zu spät“ warnt. Die SAN ist sehr lange gleich Null. Der Wert zeigt nicht im Vorfeld an, ob und wann die SAN größer Null wird. Die SAN kann keine Vorwarnung geben. Wenn die SAN nur den Wert von 0. 1 erreicht, ist ob der stark korrosiven Wirkung der starken Säuren das Öl umgehend zu wechseln. Ein gutes Condition Monitoring-Konzept lebt von der Früherkennung möglicher Unre‐ gelmäßigkeiten. Nur eine ausreichend lange Reaktionszeit ermöglicht, unplanmäßige Still‐ stände zu vermeiden. Aus diesem Grund wurde zur Überwachung von Schmierölen bei Gefahr des Zutritts oder der Entstehung starker Säuren der i-pH-Wert entwickelt, der im Gegensatz zur SAN eine Vorwarn-Zeit liefert. 4. 3. 4. Basenzahl (BN) Die Basenzahl ist messtechnisch gesehen das alkalische (basische) Gegenstück zur Säure‐ zahl AN bzw. NZ. Im Gegensatz zur Säurezahl ist die Bestimmung der Basenzahl jedoch von einigen Ausnahmen abgesehen nur für Schmieröle aus Verbrennungsmotoren relevant. Motorenöle sind nicht nur deutlich höheren Temperaturen ausgesetzt als viele andere, klassische Schmieröle, wie z. B. Getriebeöle. Durch den Kontakt mit eingetragenen Reak‐ tionsprodukten aus dem Verbrennungsprozess und Verbrennungsgasen sind Motorenöle zusätzlich der Gefahr einer starken Versauerung ausgesetzt. Motorenöle werden deshalb vom Ölhersteller in der Regel mit einer alkalischen Additivreserve ausgestattet. Diese hat die Aufgabe, die während des Betriebes entstehenden und ins Öl gelangenden Säuren zu neutralisieren. Durch die Bestimmung der Basenzahl wird der Verbrauch dieser alkalischen Additive überwacht. Die Veränderung der BN erlaubt im Frischölvergleich eine wesentliche Aussage über die weitere Öleinsatzfähigkeit. Die Bestimmung der Basenzahl erfolgt durch eine Titration, in der schrittweise solange eine kleine Menge einer Säure zugegeben wird, bis die im Öl enthaltenen alkalischen Kom‐ ponenten neutralisiert sind. Die zur Bestimmung der Basenzahl von Mineralölprodukten etablierten Prüfmethoden sind in der Tabelle 4. 12 dargestellt. Kenngröße Besonderheit Standard Anwendung Basenzahl Potentiometrische Tit‐ ration (PerChlorsäure) DIN 51639-1 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Basenzahl Potentiometrische Tit‐ ration (PerChlorsäure) ISO 3771 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Basenzahl Potentiometrische Tit‐ ration (PerChlorsäure) ASTM D2896 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Basenzahl Potentiometrische Tit‐ ration (Salzsäure) ASTM D4739 Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten 92 4 Prüfverfahren <?page no="96"?> Basenzahl Farbumschlags-Titra‐ tion DIN ISO 6618 ASTM D974 Helle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten, die keine basi‐ schen Additive ent‐ halten Basenzahl Thermometrische Tit‐ ration (In Entwicklung) Alle Schmieröle und Funktionsflüssig‐ keiten Tabelle 4.12: Prüfverfahren zur Bestimmung der Basenzahl in Mineralölprodukten In überwiegendem Maße wird die Basenzahl zur Überwachung neuer und im Einsatz be‐ findlicher Motorenöle benutzt. Die Farbumschlags-Titration ist für diese im Betrieb stark dunkel verfärbten Schmieröle nicht geeignet und kann deshalb nur in den Fällen zur An‐ wendung kommen, in denen die Schmieröle keine derart starke Dunkelfärbung erfahren. Die potentiometrische Titration kann unabhängig von der Dunkelfärbung der Öl-Probe angewandt werden. Zur Überwachung von Motorenölen wird diese Methode derzeit welt‐ weit am Häufigsten eingesetzt. Die dafür zu verwendende, mit Elektrolyt gefüllte Elektrode, erweist sich gerade bei der Messung gebrauchter Öle als störanfällig und produziert nicht immer eindeutige Umschlagspunkte. Die in dieser Hinsicht deutlich stabiler arbeitende thermometrische Titration ist derzeit in Erprobung. Eine Prüfnorm ist in Entwicklung, liegt jedoch noch nicht vor. Abb. 4.17: Mettler Titrator mit Proben‐ wechsler Ermittelte Werte: Basenzahl BN Wertebereich und Einheit: 0,5 - 99 mg KOH/ g Verfahrensbeschreibung: Die BN wird durch Titration bestimmt. Dabei wird einem Öl-Lösungsmittel-Gemisch so lange Perchlor‐ säure zugeführt, bis in dem Gemisch der pH-Wert ab‐ rupt ansteigt. Dies wird durch einen Wendepunkt in einer Titrationskurve deutlich. Der Verbrauch an Tit‐ riermittel bis zu diesem Wendepunkt gibt die BN an. In Schmierölen aus Verbrennungsmotoren ist prinzipiell von einem Absinken der Basenzahl während des Betriebes auszugehen. Die alkalische Additivreserve wird durch die betriebs‐ bedingt entstehenden und ins Öl eingetragenen Säuren allmählich verbraucht. Moderne Standard-Kraftstoffe wie Benzin oder Dieselkraftstoff sind zunehmend schwefelfrei. Des‐ halb ist das betriebsbedingte Absinken der Basenzahl von Motorenölen beim Betrieb mit diesen Kraftstoffen deutlich weniger stark ausgeprägt und in erheblichem Maße von den Betriebsbedingungen, dem Motorenzustand und der Nachfüllmenge abhängig. 93 4. 3. Säuren und Basen <?page no="97"?> Anstieg des Basengehalts Absinken des Basengehalts Permanent hohe Nachfüllmengen bei gleichzei‐ tigem Verdampfen von Grundölbestandteilen Oxidation und Nitro-Oxidation sowie die da‐ raufhin einsetzende Säurebildung Eintrag alkalischer Produkte (prozess- oder um‐ gebungsbedingt Eintrag saurer Produkte (Kraftstoff-, prozess- oder umgebungsbedingt, z. B. NO x , SO x , H 2 S, CO 2 , …) Vermischung mit höher legiertem Öl Vermischung mit niedriger legiertem Öl Tabelle 4.13: Einflussfaktoren des Basengehalts in Gebrauchtölen Der Zusammenhang zwischen Basenzahl und Säurezahl Im industriellen Einsatz, z. B. zur dezentralen Energieerzeugung in Blockheizkraftwerken übertrifft die Einsatzzeit der Motorenöle die des typischen Alltags-Straßenverkehrs in Privat-PKW um ein Vielfaches. In diesem Fall, aber auch beim Einsatz von besonderen Kraftstoffen, werden die Motorenöle sowohl anhand der Basenzahl BN als auch der Säu‐ rezahl AN überwacht. Laien mögen sich fragen, wie es sein kann, dass trotz des Neutralisationsvorganges zwi‐ schen Basen und Säuren in einem Motorenöl gleichzeitig sowohl eine Basenzahl als auch eine Säurezahl gemessen werden kann. Da es sich in der Regel überwiegend um schwache, nicht wasserlösliche Säuren bzw. Basen handelt, ist deren Koexistenz in der nichtwässrigen Umgebung tatsächlich gegeben. Dazu kommt, dass einige Verbindungen je nach Randbe‐ dingung sowohl basisch als auch sauer reagieren können. Bei der Überwachung im Einsatz befindlicher Gasmotorenöle aus BHKW finden die Richtlinien der jeweiligen Motorenbzw. BHKW-Hersteller Anwendung. Insbesondere bei der Bewertung des Zusammenhanges von Basen- und Säurezahl sind teilweise erheblich abweichende Grenzwerte zu finden. Einerseits werden feste Obergrenzen für die AN vor‐ gegeben. Andererseits sind Regeln festgelegt, diese in ein bestimmtes Verhältnis zur IST-BN zu setzen. Beide Regeln haben ihre Berechtigung, wenn sie auf Öl-Typen mit einer be‐ stimmten Ausgangs-Basenzahl Anwendung finden. So haben beispielsweise typische, für den klassischen Erdgasbetrieb konzipierte Öle im Vergleich zu höher legierten Biogasmotorenölen in der Regel eine relativ niedrige Aus‐ gangs-Basenzahl (z. B. Erdgasbetrieb, BN ca. 5 - 6 mgKOH/ g, Biogasbetrieb, BN ca. 9 - 11 mgKOH/ g). Eine fest vorgegebene Obergrenze für die AN kann diese unterschiedlichen Randbedingungen der eingesetzten Schmieröle nicht widergeben. Das kann dazu führen, dass Schmieröle unter Beachtung der Betriebsvorschriften erheblich früher gewechselt werden müssen als tatsächlich notwendig. Setzt sich der Betreiber über die Vorgaben der Betriebsvorschrift hinweg, kann das jedoch den Verlust der Gewährleistung nach sich ziehen. Im umgekehrten Fall kann eine starre AN-Vorgabe dazu führen, dass Öle zu lange im Einsatz bleiben. Dieser Fall tritt in der Praxis jedoch eher nicht ein, da dann der Abfall der Basenzahl das früher eintretende Wechselkriterium liefert. 94 4 Prüfverfahren <?page no="98"?> 4. 3. 5. Reservealkalität Im Bereich der schwer entflammbaren Hydraulikflüssigkeiten, der Metallbearbeitung, aber auch in Kühlflüssigkeiten kommen oft stark wasserhaltige Betriebsstoffe zum Einsatz. Zur Überwachung des Säurebzw. Basen-Haushalts wird neben dem ph-Wert oft auch die Re‐ servealkalität eingesetzt. Die Reservealkalität kann im übertragenen Sinne als „die Basen‐ zahl für wässrige Medien“ bezeichnet werden. Während der pH-Wert die Säurebzw. Ba‐ senstärke charakterisiert, ist die Reservealkalität zur Überwachung des Gehalts schwacher Basen bzw. Säuren geeignet. Abb. 4.18: Mettler Titrator Ermittelte Werte: Verbrauch an alkalischen Additiven Wertebereich und Einheit: 0 - 20 ml (? ) Verfahrensbeschreibung: 10 g der zu untersuchenden Probe werden in Wasser gelöst und anschließend mit Salzsäure bis zum Errei‐ chen von pH 5.5 titriert. Der Verbrauch an Salz‐ säure-Lösung in mL wird als Ergebnis angegeben. Schwerentflammbare, wasserhaltige Hydraulikfluide enthalten alkalische Additive. Sie dienen sowohl der Neutralisation von Verunreinigungen als auch dem Korrosionsschutz in der Hydraulikanlage. Sinkt die ermittelte Reservealkalität deutlich unter den Frischöl-Wert, können saure Verunreinigungen nicht mehr neutralisiert werden, in der Anlage drohen Schäden durch Korrosion. Das kann beispielweise der Fall sein, obwohl der pH-Wert sich im Verhältnis zum Ausgangswert der unbenutzten Flüssigkeit kaum verändert hat. 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten Verunreinigungen im Öl stellen ein Risiko dar. Harte Partikel wie Staub, Farbteilchen und Verschleißmetalle fördern abrasiven Verschleiß. Weiche Partikel können sich auf der Basis gealterter Öl- und Additiv-Komponenten bilden. Oft sind sie dazu auch noch klebrig und lagern sich an Maschinenelementen oder Filtern an. Nach / 13/ sind 80 % aller Pumpenausfälle in Hydrauliksystemen betriebsbedingt. Das deckt sich mit den Erfahrungen im Monitoring hydraulischer Systeme. Einen sehr hohen Anteil an betriebsbedingten Pumpenausfällen haben Verunreinigungen durch Partikel, Al‐ terungsprodukte, Wasser und andere Fremdflüssigkeiten. Dieser schädigende Einfluss ver‐ stärkt sich in modernen Produktionsanlagen mit steigenden Arbeitsdrücken, engeren Fer‐ tigungstoleranzen und hohen Ausfall-Folgekosten immens. Der Bestimmung von partikulären und flüssigen Verunreinigungen wird deshalb steigend Beachtung geschenkt. Da die Verunreinigungen nicht nur während des Betriebs der Anlage entstehen, werden auch die in die Anlagen einzufüllenden Frischöle zunehmend überwacht. Zusätzlich werden in neuen Produktionsanlagen, die durch Fertigung und Montage entstandenen Verunreini‐ 95 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten <?page no="99"?> gungen betrachtet und die Anlage je nach Bedarf bei der Inbetriebnahme intensiv gespült und erst bei Erreichen einer bestimmten Ölreinheit freigegeben. Gleiches kann Anwendung finden, wenn ein System alterungsbedingt oder nach einem Schaden übermäßig stark konta‐ miniert ist. Messverfahren im Überblick Tabelle 4. 14 zeigt eine Übersicht zu den wichtigsten Prüfverfahren zur Bestimmung von partikulären Verunreinigungen in Hydraulikflüssigkeiten und Schmierölen: Klasse Norm Partikelerfas‐ sung durch Mess-/ Zählprinzip Ergebnis Bemerkung Gravi‐ metrisch ISO 4405 Trennung (Filter‐ membran) Wägung Menge (Gewicht) Keine Partikelver‐ teilung Zählung ISO 4407 Trennung (Filter‐ membran) Mikroskopie Manuell Partikel-Vertei‐ lung (Größe, Anzahl) Aufwand Test‐ membran Lösemittelwahl Auswertung ↔ Personal Zählung ISO 4407 Trennung (Filter‐ membran) Mikroskopie Automatisch Partikel-Vertei‐ lung (Größe, Anzahl) Aufwand Test‐ membran Lösemittelwahl Auswertung ↔ Personal Zählung (Labor) ISO 11500 Lichtblockade (Laserstrahl) Elektronisch Automatisch Partikel-Vertei‐ lung (Größe, Anzahl) Probenentnahme, -gefäß Einfluss Fluidtyp, -zustand Wasser-, Luftblasen Zählung (Online) ISO 11500 Lichtblockade (Laserstrahl) Elektronisch Automatisch Partikel-Vertei‐ lung (Größe, Anzahl) Auswahl Mess‐ punkt Einfluss Fluidtyp, -zustand Wasser-, Luftblasen Mittelbar - Blockade Sieb Vergleichs‐ prinzip „Berechnete“ Reinheitsklasse Keine Partikelzäh‐ lung Wasser- und Luft‐ blasen unproblematisch Standards für Reinheitsklassen ISO 4406 Kumulierte Partikelzahlen >4µm (c) , >6µm (c) , >14µm (c) → ISO-Reinheitsklasse z. B. 18/ 15/ 12 (automatische Zähler) oder -/ 15/ 12 (>5µm/ >15µm) für nicht auto‐ matische Zähler) SAE 4059 Kumulierte Partikelzahlen >4µm, >6µm, >14µm, >21µm, >38µm, >70µm → SAE-Rein‐ heitsklasse z. B. 9A (9A, 8B, 7C, 6D, 7E, 6F) Tabelle 4.14: Wichtigste Verfahren zur Bestimmung der partikulären Verunreinigungen 96 4 Prüfverfahren <?page no="100"?> Die Verfahren zielen auf unterschiedliche Anwendungen, Fluidtypen und Verschmutzungs‐ grade ab. Einige von ihnen finden überwiegend im Labor Anwendung, während andere auch vor Ort eingesetzt werden. Die einzelnen Verfahren können unterschiedliche Ergebnisse liefern. Die Unterschiede sind nicht nur im Verfahren zu suchen. Selbst bei der Anwendung vergleichbarer Prüfver‐ fahren können vor allem bei der Prüfung von Gebrauchtölen deutliche Differenzen auf‐ treten, die durch Unterschiede in der Probenentnahme und Probenaufbereitung hervorge‐ rufen werden können. So kann beispielsweise allein der Umstand, ob die Probe vor der Messung verdünnt wird oder nicht und welches Lösemittel verwendet wird, große Abwei‐ chungen generieren / 14/ . Weitere Hinweise sind in den Beschreibungen der einzelnen Messverfahren in den folgenden Abschnitten und im Abschnitt der Bewertung von Öla‐ nalysen gegeben. 4. 4. 1. Reinheitsklassen Die gezählten Partikel werden nach unterschiedlichen Klassifizierungs-Systemen in Rein‐ heitsklassen angegeben. Die weltweit am meisten angewandten Standards zur Ermittlung der Reinheitsklassen sind: • ISO 4406 • • SAE AS 4059 (Nachfolger der NAS 1638) • Diese Standards sind keine Prüfnormen zur Messung der Partikelzahl. Sie generieren aus den gemessenen Partikelzahlen in spezifizierten Größenbereichen Reinheitsklassen. Min‐ destforderungen für die Ölreinheit werden in Betriebsvorschriften in der Regel anhand dieser Reinheitsklassen beschrieben. Diese Umrechnung der Partikelzahlen in Reinheitsklassen hat sich in der Praxis als sehr hilfreich erwiesen. Die gemessenen Partikelzahlen werden unter Zuhilfenahme statisti‐ scher Methoden zu Reinheitsklassen aufbereitet. Damit sind sie vergleichbarer und einer praktikablen Interpretation leichter zugänglich. Eine praxisorientierte Faustregel besagt, dass 2 Messergebnisse gut übereinstimmen, wenn deren Reinheitsklassen (je Kanal) um nicht mehr als ±1 Klasse abweicht. 4. 4. 1. 1. Reinheitsklassen nach ISO 4406 Die ISO 4406 summiert die in der Partikelzählung ermittelten Partikelzahlen in 3 Größen-Bereichen auf: • >4µm (c) • • >6µm (c) • • >14µm (c) • In detaillierten Publikationen sind die Größenbereiche mit einem tiefgestellten (c) versehen, z. B. „>4µm (c) “. Das ist normgerecht und auf die Tatsache zurückzuführen, dass die in Wirk‐ lichkeit unregelmäßig geformten Partikel auf den der Fläche nach gleich großen „kreis‐ runden“ Partikel umgerechnet werden. Auf vielen Laborberichten wird auf die Angabe des tiefgestellten „c“ verzichtet. 97 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten <?page no="101"?> Anzahl Partikel pro 100 ml Ordnungszahl über bis 130.000.000 250.000.000 28 64.000.000 130.000.000 27 32.000.000 64.000.000 26 16.000.000 32.000.000 25 8.000.000 16.000.000 24 4.000.000 8.000.000 23 2.000.000 4.000.000 22 1.000.000 2.000.000 21 500.000 1.000.000 20 250.000 500.000 19 130.000 250.000 18 64.000 130.000 17 32.000 64.000 16 16.000 32.000 15 8.000 16.000 14 4.000 8.000 13 2.000 4.000 12 1.000 2.000 11 500 1.000 10 250 500 9 130 250 8 64 130 7 32 64 6 16 32 5 8 16 4 4 8 3 2 4 2 1 2 1 0 1 0 Tabelle 4.15: Reinheitsklassen nach ISO 4406 98 4 Prüfverfahren <?page no="102"?> 4. 4. 1. 2. Reinheitsklassen nach SAE AS 4059 Die SAE AS 4059 hat die Reinheitsklassen nach NAS 1638 abgelöst. Auch hier werden, im Unterschied zur früher gültigen, differentiell zählenden NAS 1638, die Partikelzahlen ku‐ muliert. Maximal zulässige Partikelanzahl pro 100 ml > 4 µm > 6 µm > 14 µm > 21 µm > 38 µm > 70 µm Größencode A B C D E F Klasse 000 195 76 14 3 1 0 Klasse 00 390 152 27 5 1 0 Klasse 0 780 304 54 10 2 0 Klasse 1 1.560 609 109 20 4 1 Klasse 2 3.120 1.220 217 39 7 1 Klasse 3 6.520 2.430 432 76 13 2 Klasse 4 12.500 4.860 864 152 26 4 Klasse 5 25.000 9.730 1.730 306 53 8 Klasse 6 50.000 19.500 3.460 612 106 16 Klasse 7 100.000 38.900 6.920 1.220 212 32 Klasse 8 200.000 77.900 13.900 2.450 424 64 Klasse 9 400.000 156.000 27.700 4.900 848 128 Klasse 10 800.000 311.000 55.400 9.800 1.700 256 Klasse 11 1.600.000 623.000 111.000 19.600 3.390 512 Klasse 12 3.200.000 1.250.000 222.000 39.200 6.780 1.024 Tabelle 4.16: Reinheitsklassen nach SAE AS 4059 Zunächst wird für alle Kanäle A bis F die jeweilige Klasse ermittelt. Anschließend wird die maximale Klasse unter Angabe des Kanals zur SAE-Reinheitsklasse. Es werden normge‐ recht alle Kanäle mit angegeben, wie das nachfolgende Beispiel zeigt: Reinheitsklasse nach SAE AS 4059: 11A (11A, 11B, 10C, 9D, 5E, 3F) 4. 4. 1. 3. Reinheitsklassen nach NAS 1638 Die NAS 1638 wurde von der SAE AS 4059 abgelöst. Obwohl der Standard NAS 1638 bereits seit 2001 ungültig ist, finden NAS-Klassen vor allem im internationalen Markt nach wie vor Anwendung. Deshalb soll die Tabelle der Reinheitsklassen nach NAS 1638 hier ebenfalls angeführt werden. 99 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten <?page no="103"?> Partikelanzahl je 100 ml Filterklasse 5 - 15 µm 15 - 25 µm 25 - 50 µm 50 - 100 µm > 100 µm 00 125 22 4 1 0 0 250 44 8 2 1 1 500 89 16 3 1 2 1.000 178 32 6 1 3 2.000 356 63 11 2 4 4.000 712 126 22 4 5 8.000 1.425 253 45 8 6 16.000 2.850 508 90 16 7 32.000 5.700 1.012 180 32 8 64.000 11.400 2.025 360 64 9 128. 00 22.800 4.050 720 128 10 256.000 45.600 8.100 1.140 256 11 512.000 91.200 16.200 2.880 512 12 1.024.000 182.000 32.400 5.760 1.024 Tabelle 4.17: Reinheitsklassen nach NAS 1638 (veraltet) Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass jeder Messkanal differentiell betrachtet wird. Anders als bei der ISO 4406 und der SAE AS 4059 werden die Partikelzahlen nicht in Größenklassen „> X µm“ kumuliert. Die prinzipielle Vorgehensweise ist vergleichbar mit der SAE 4059. Auch hier wird zu‐ nächst für jeden Partikelgrößen-Bereich die NAS-Zahl bestimmt. Die maximale NAS-Zahl ergibt die NAS-Klasse. Auch hier sollte die Angabe zur NAS-Klasse nicht nur aus der größten NAS-Zahl bestehen, sondern der Kanal der größten NAS-Zahl angegeben werden. Im Markt hat es sich jedoch etabliert, nur die NAS-Klasse anzugeben: Reinheitsklasse 6 nach NAS 1638 Unterschiedliche Kalibrationen Bis etwa 1999 wurde gemäß ISO 4402 ein Kalibrier-Standard „Air Cleaner Fine Test Dust“ (ACFTD) zur Kalibration der Partikelzähler verwendet. Heute kommt gemäß ISO 11171 der „ISO Medium Test Dust“ (ISO MTD) zur Anwendung. Für die automatischen Partikelzähler wurde die Definition der Partikelgröße geändert. Während früher die längste Ausdehnung der Partikel zur Definition ihrer Größe verwendet, so wird heute in automatischen Parti‐ kelzähl-Geräten die Partikelgröße anhand des flächengleichen Kreises definiert. In der ma‐ nuellen mikroskopischen Auswertung wird bis heute die längste Ausdehnung des Partikels benutzt. Daraus resultieren die unterschiedlichen Zahlen zu den Partikelgrößen in der NAS 1638, und der manuellen mikroskopischen Auswertung (ISO 4402 bzw. ISO 4407) einerseits 100 4 Prüfverfahren <?page no="104"?> und der automatischen Zählgeräte andererseits (ISO 11171), wie die folgende Tabelle zeigt / 15/ . Partikelgrößen ISO MTD (Öl) [µm (c) ] (ISO 11171 flächenäquiva‐ lent) > 4 > 6 > 14 > 21 > 38 > 70 ACFTD (Öl) [µm] (ISO 4402 längste Abmes‐ sung) > 1 > 5 > 15 > 25 > 50 > 100 ISO MTD (Kraftstoff) [µm (c) ] (ISO 11171 flächenäquiva‐ lent) > 4 > 6 > 14 > 21 > 25 > 30 Tabelle 4.18: Zuordnung Partikelgrößen AFTD - ISO MTD, in Anlehnung an / 15/ 4. 4. 2. Beschreibung wichtiger Prüfverfahren 4. 4. 2. 1. Gravimetrische Bestimmung Zur gravimetrischen Bestimmung der partikulären Gesamtverschmutzung wird die mit einem Lösemittel verdünnte Öl-Probe durch eine 0,8µm-Filtermembran filtriert. Anhand des Gewichtsunterschiedes wird die Menge der auf dem Filter verbliebenen Verunreini‐ gungen relativ zum Probenvolumen angegeben. Eine Erfassung der Partikelgröße erfolgt nicht. Abb. 4.19: Milipore Filteranlage, Waage, Exikator Ermittelte Werte: Feste Fremdstoffe (Gesamtverschmutzung) Wertebereich und Einheit: 0 - 9 Gew.-% Verfahrensbeschreibung: Die Ölprobe wird mit Lösungsmittel verdünnt und durch einen Filter mit 0.8 µm Porenweite gesaugt. Der Gewichtsunterschied des Filters, der durch die zu‐ rückgehaltenen „festen Fremdstoffe“ zustande kommt, wird in Gewichts-% umgerechnet. Die Menge der „festen Fremdstoffe“ liefert eine Aussage über die Gesamtverschmutzung des untersuchten Öles. Mit einem Mikroskop können die auf dem skalierten Filterpapier liegenden Partikel zusätzlich betrachtet werden. Manchmal kann eine Aussage zu der Ent‐ stehung dieser Rückstände erfolgen. Die verwendete Probenmenge sollte mindestens 250 ml, besser 500 ml betragen, um eine hinreichend hohe Reproduzierbarkeit sicherzustellen. 101 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten <?page no="105"?> Das Verfahren wird für Schmieröle und Hydraulikflüssigkeiten immer seltener einge‐ setzt, da zunehmend leistungsstarke und gut automatisierbare Partikelzähler zur Verfügung stehen. Nach wie vor findet das Verfahren im Bereich der Kraftstoffe Anwendung. Es ist Bestandteil der entsprechenden Anforderungsnormen. 4. 4. 2. 2. Laser-Partikelzähler Nach dem Prinzip der Lichtblockade arbeitende Laser-Partikelzähler können sowohl als Online-Sensoren ausgeführt sein als auch als mobiles oder stationäres Prüfgerät. Werden sie im Labor mit einem Auto-Sampler versehen, können hohe Stückzahlen innerhalb kurzer Zeit gemessen werden. Abb. 4.20: Klotz Partikelzähler mit Auto‐ sampler Ermittelte Werte: Partikelanzahl nach Größen‐ klassen > 4µm, >6µm, >14µm, > 21µm, >38µm, >70µm Wertebereich und Einheit: Anzahl: 0 - 8·10 6 , Reinheitsklasse nach ISO 4406 und SAE AS 4059 Verfahrensbeschreibung: Die Ölprobe wird mit Lösungsmittel verdünnt und durch die Messzelle gepumpt. Wird das durch die Messzelle geführte Laserlicht durch Partikel blo‐ ckiert, erfährt der der Messzelle nachgeordnete lichtempfindliche Sensor eine Abdunklung. Diese wird elektronisch ausgewertet und mit der des zur Kalibration verwendeten Teststaubs abgeglichen. Aus drei aufeinanderfolgenden Zählungen wird der Mittelwert errechnet. Lasergestützte Partikelzähler sind sehr gut für niedrig viskose, relativ saubere Flüssigkeiten wie Hydrauliköle, Turbinenöle oder Isolieröle geeignet. Höherviskose Schmieröle aus Ge‐ trieben und Umlaufschmiersystemen können bei entsprechender Verdünnung ebenfalls verarbeitet werden. Durch Wassereintrag oder Vermischung eingetrübte Flüssigkeiten können in Laser-Par‐ tikelzählern nicht zuverlässig verarbeitet werden, da auch feinste Tröpfchen als Partikel gezählt werden. Durch Verwendung entsprechender Lösungsmittel, z. B. gemäß ASTM D7647, lassen sich leicht trübe Flüssigkeiten klären und dennoch verarbeiten. Die Proben sollten unmittelbar vor der Messung schonend entgast werden. Testergebnisse wie eine Reinheitsklasse von beispielsweise 22/ 20/ 12 nach ISO 4406, deren letzte Zahl deutlich gegenüber den ersten beiden, stark erhöhten Zahlen abfällt, weist eher auf eine Kontamination mit Wasser oder auch Schlamm bzw. Varnish hin („Soft Con‐ taminants“) als mit klassischen Partikeln. Zur Interpretation erhöhter Partikelzahlen bzw. Reinheitsklassen sind deshalb unbedingt die Werte für den Wassergehalt und den Alte‐ rungszustand (Additivabbau, Oxidation, MPC-Test o. ä.) zu berücksichtigen. 4. 4. 2. 3. Optische Partikelanalyse (LaserNet Fines) Nach dem Bilderkennungsverfahren arbeitende Laserzähler (z. B. LaserNet Fines) können nicht nur die Anzahl und Größe der Partikel erfassen. Sie ordnen die Partikel zusätzlich 102 4 Prüfverfahren <?page no="106"?> nach der 2D-Gestalt des projizierten Schattenbildes verschiedenen Verschleißkategorien zu. Dieses Verfahren kann anstelle der klassischen Laser-Partikelzähler insbesondere für hochviskose Schmieröle, z. B. Getriebe- oder Umlaufschmieröle eingesetzt werden, um neben der Anzahl der Partikel auch etwas über deren Entstehungsmechanismus (z. B. Ver‐ schleißkategorie) zu erfahren. Abb. 4.21: Spectro LaserNet Fines 200, ggf. Autosampler Ermittelte Werte: Partikelanzahl nach Größenklassen > 4µm, >6µm, >14µm, > 21µm, >38µm, >70µm Wertebereich und Einheit: Anzahl: 0 - 8·10 6 , Reinheitsklasse nach ISO 4406 und SAE AS 4059 Partikelzahlen je Kategorie (Gleitverschleiß, Ermü‐ dungsverschleiß, Abrasivverschleiß (Spanender V.), Nichtmetallische Partikel Verfahrensbeschreibung: Die Ölprobe wird mit Lösungsmittel verdünnt und durch die Messzelle gepumpt. Wird das durch die Messzelle geführte Laserlicht durch Partikel blockiert, erfährt der der Messzelle nachgeordnete lichtempfind‐ liche LCD-Sensor eine Abschattung. Diese wird mit einer Hochgeschwindigkeitskamera erfasst und elekt‐ ronisch hinsichtlich der Größe und der Gestalt ausge‐ wertet. Nichtmetallische Verunreinigungen wie beispielsweise Staubpartikel, Wassertröpfchen oder auch bestimmte Ölalterungsprodukte produzieren in der Regel keinen homogenen Schatten und sind auf diesem Wege von Metallpartikeln zu unterscheiden. Die einen ho‐ mogen schwarz gefärbten Schatten produzierenden Metallpartikel werden anhand ihrer Gestalt den Verschleißmechanismen Gleitverschleiß, Ermüdungsverschleiß oder Ab‐ rasiv-Verschleiß (spanender bzw. spanförmiger Verschleiß) zugeordnet. Insbesondere Proben mit einem erhöhten Wert für den PQ-Index lassen sich auf diesem Wege detaillierter beurteilen. Sehr saubere Ölproben, wie z. B. aus Servo-Hydrauliken, enthalten in der Regel aufgrund ihrer intensiven Filtration kaum größere Verschleißpartikel. Hier liefert die Op‐ tische Partikelanalyse per LaserNetFines kaum zusätzliche Erkenntnisse. 4. 4. 2. 4. Mikroskopische Zählverfahren Für die Partikelzählung in wässrigen Flüssigkeiten oder trüben Schmierbzw. Hydraulik‐ ölen ist die mikroskopische Zählung dem Laserzähler überlegen. Zugleich ist sie jedoch deutlich aufwändiger, da zunächst ein Filterpatch erzeugt und getrocknet werden muss, bevor die eigentliche Zählung beginnen kann. Erfolgte die Auswertung der Filterpatche zunächst überwiegend manuell, stehen heute leistungsfähige automatisierbare Mikroskope und computergestützte Auswerte-Systeme zur Verfügung. 103 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten <?page no="107"?> Abb. 4.22: Olympus BX51 + XC10, Ana‐ lySIS-Software Ermittelte Werte: Partikelanzahl nach Größenklassen > 4µm, >6µm, >14µm, > 21µm, >38µm, >70µm Wertebereich und Einheit: Anzahl: 0 - 8·106, Reinheitsklasse nach ISO 4407 Verfahrensbeschreibung: Die homogenisierte Probe wird über eine Filter‐ membran mit einer Porenweite von 1,2µm filtriert. Die Membran wird getrocknet und danach auf einem mo‐ torbetriebenen Kreuzschiebtisch eines automatisierten Lichtmikroskops justiert und fokussiert. Eine repräsen‐ tative Fläche der Filtermembran wird im Auflicht‐ modus mit einer hochauflösenden CCD-Kamera er‐ fasst, die Partikel mittels Bildanalysesoftware identifiziert, vermessen und nach ihrer längsten Aus‐ dehnung kategorisiert. Unter Verwendung von polari‐ siertem Licht wird ein repräsentatives Foto der Test‐ membran und einzelner Partikel erstellt. Es können zusätzlich zu den Partikelzahlen Aussagen zu charakteristischen Partikeln, wie z. B. Fasern oder reflektierenden Partikeln getroffen werden. Selbst sehr dunkle und/ oder stark verunreinigte Fluide können mit entsprechenden Lösungsmitteln gezielt untersucht werden. 4. 4. 2. 5. Analytische Ferrographie Das Verfahren der Analytischen Ferrographie ist keine Partikelzählung im eigentlichen Sinn. In dem Verfahren werden hauptsächlich die metallischen Partikel auf ferromagneti‐ schem Wege von dem Öl getrennt, auf einem gläsernen Objektträger aufgebracht und ma‐ nuell unter Zuhilfenahme eines bi-chromatischen Mikroskops ausgewertet. Dabei werden die Partikel nach äußerer Gestalt, Farbe und Größe in einem Ratingverfahren qualitativ und semi-quantitativ bewertet. Aufgrund seiner Nähe zur Optischen Partikelanalyse hinsicht‐ lich der Partikelbewertung wurde dieses Verfahren dennoch in diesen Abschnitt integriert. 104 4 Prüfverfahren <?page no="108"?> Abb. 4.23: Spectro Ferrogram Maker, Mikroskop Ermittelte Werte: Partikelanzahl (Rating Stufe 0 bis 10) je Kategorie (Gleitverschleiß, Ermüdungsverschleiß, Abrasiv-Ver‐ schleiß (Spanender V.), Nichtmetallische Partikel Wertebereich und Einheit: Anzahl: Rating Stufe 0 (keine) bis sehr viele (Stufe 10), Verfahrensbeschreibung: Die homogenisierte und verdünnte Probe wird trop‐ fenweise über einen auf einer geneigten Ebene angeb‐ rachten gläsernen Objektträger geleitet. Unter dem Ob‐ jektträger ist waagerecht ein starker Permanent-Magnet angebracht. Durch den zunächst hohen Abstand der Probe vom Magneten beim Auf‐ treffen im oberen Bereich des Objektträgers läuft die Probe den Objektträger der Schwerkraftwirkung zu‐ folge herunter, wobei sich der Abstand zum Magneten stetig verringert. Durch die unterschiedliche Magnet‐ kraftwirkung werden zunächst die großen ferromag‐ netischen Partikel auf dem Objektträger zurückge‐ halten, auf dem weiteren Weg durch die steigende Feldstärke die kleineren. Nach Trocknung wird der Ob‐ jektträger mit den abgelagerten Partikeln auf einem Bi-chromat-Mikroskop ausgewertet. Dabei werden Form (Verschleißmechanismus), Färbung (Material) und Anzahl (letztere in einem Rating von 0 bis 10) be‐ wertet. Die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Grundklassen der Partikel sollen das Prinzip verdeutlichen. Anhand der Form und des Aussehens lässt sich auf den Verschleißmecha‐ nismus und ggf. vorliegende Verunreinigungen schließen. Partikelklasse Beschreibung Ursache bzw. Verschleißme‐ chanismus Spanender Verschleiß Reflektierende Partikel mit sehr hohem Länge-Breiten-Verhältnis Gebogene oder spiralförmige Gestalt Abrasiv-Verschleiß („Mikro-Zerspanung“, Sandpa‐ pier-Effekt) Schwerer Gleitverschleiß Reflektierende Partikel mit sichtbarem Länge-Breiten-Verhältnis Adhäsiv-Verschleiß (Fressverschleiß) Ermüdungs- Verschleiß Reflektierende, flächige Par‐ tikel, scharfkantiger Umriss („Cornflake“) Materialermüdung (Fatigue) (Pittings, Delamination, Micro‐ pittings) Nichtmetallische Verunreini‐ gungen Lichtdurchlässige Partikel ver‐ schiedener Gestalt Verunreinigungen, z. B. Staub, Wasser-Tropfen u.a. Tabelle 4.19: Partikelklassen und Verschleißmechanismus Es können zusätzlich zu den Elementgehalten und dem PQ-Index Aussagen zu den Ver‐ schleißmechanismen gemacht werden, die zur Entstehung der Partikel geführt haben. Das 105 4. 4. Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten <?page no="109"?> wiederum erlaubt eine Zuordnung zu bestimmten Maschinenelementen, für die derartige Partikel typisch sind (z. B. Gleitverschleiß, Wälzlagerermüdung, Getriebe-Fressverschleiß etc.). Wird der Objektträger nach der Erstauswertung kurzzeitig auf ca. 350 °C erhitzt, lassen sich anhand der Anlassfarben Rückschlüsse zum Material der Partikel ziehen (z. B. niedrig- oder hochlegierter Stahl, Gusseisen). Außerdem können Aussagen zu charakteristischen Partikeln wie z. B. Fasern oder reflektierenden Partikeln getroffen werden. Selbst sehr dunkle und/ oder stark verunreinigte Fluide können mit entsprechenden Lösungsmitteln gezielt untersucht werden. 4. 5. Flüssige Verunreinigungen Neben Partikeln führt auch ein erhöhter Gehalt an flüssigen Verunreinigungen zur Schä‐ digung von Maschinenelementen, Baugruppen und nicht zuletzt des Öls selbst. Deshalb gebührt der Erkennung flüssiger Verunreinigungen in der Überwachung neuer und im Einsatz befindlicher Schmierstoffe ebenso hohe Priorität wie der von festen Verunreini‐ gungen. Die am häufigsten anzutreffenden flüssigen Verunreinigungen in Schmierstoffen sind • Wasser • • Fremdöle • • Chemikalien • • Frostschutzmittel • • Kraftstoff • In den folgenden Abschnitten werden die am häufigsten angewandten Methoden behandelt. 4. 5. 1. Wasser Wasser ist die mit Abstand häufigste Form von flüssigen Verunreinigungen in Schmier‐ stoffen. Zuviel Wasser führt z. B. zu Korrosion, zu erhöhtem Verschleiß und beschleunigter Ölalterung. Der regelmäßige Kontakt mit feuchter Umgebungsluft, stark schwankende Tempe‐ raturen oder Stop-and-Go-Betrieb führen zur Kondensat-Bildung und einen allmählichen, aber stetigen Wassereintrag in das System. Leckagen, unsachgemäße Reinigungsarbeiten oder Dampfeintritt führen dagegen meist in sehr kurzer Zeit zu sehr hohen Wasserkon‐ zentrationen. Geringe Mengen Wasser werden selbst in nicht wassermischbaren Ölen quasi unsichtbar aufgenommen, solange das Wasser in gelöster Form in die Molekülstruktur integriert werden kann. Nach dem Erreichen des Sättigungszustandes führt ein weiterer Wasserzutritt zu der Bildung von freiem, d. h. in Tropfenform vorliegendem Wasser. Ein deutlich erhöhter Anteil freien Wassers führt zu einer Trübung des Öls. Einige Öle scheiden freies Wasser relativ schnell wieder ab, andere bilden eine Emulsion. In wasserlöslichen Ölen ist keine Trübung sichtbar, da das Wasser nicht in Tropfenform vorliegt. (Bild 4. 24) 106 4 Prüfverfahren <?page no="110"?> Abb. 4.24: Wasser in unterschiedlichen Schmierölen (1 Turbinenöl, 2 Motorenöl, 3 Polyglykol) Die wichtigsten zur Bestimmung des Wassergehaltes entwickelten Screening-Tests und Labormethoden zeigt Tabelle 4. 20: Methode Standard Bemerkung „Spratz-Probe“ - Screening-Test auf viel freies Wasser On-Site Testkit - On-Site-Überwachung FT-IR-Spektroskopie ASTM E2472-12 Hohe untere Nachweisgrenze (0.1 Gew.-%) Destillationsverfahren („Xylol-Methode“) DIN ISO 3733 Große Probenmenge, hoher Prüfaufwand Titration nach Karl Fischer, coulometrisch DIN EN ISO 12937 DIN 51777 Geringe Probenmenge, gut automati‐ sierbar, besonders für niedrige Wasserge‐ halte (< 1 Gew.-%) Titration nach Karl Fischer, volumetrisch DIN 51777 Geringe Probenmenge, mäßig automati‐ sierbar, besonders für höhere Wasserge‐ halte (>> 1Gew.-%) Tabelle 4.20: Screening-Tests und Mess-Methoden zur Detektion von Wasser 4. 5. 1. 1. Karl-Fischer-Methode Zur Überwachung des Wassergehaltes auch bei niedrigen Konzentrationen unterhalb der Sättigungsgrenze von Schmierölen und Funktionsflüssigkeiten wird in kommerziellen La‐ bors überwiegend die coulometrische Titration nach dem Karl-Fischer-Verfahren durch‐ geführt. Um mögliche Reaktionen mit Schmieröl-Additiven auszuschließen, wird das indi‐ rekte Verfahren bevorzugt. Dabei wird nur das in der Ölprobe enthaltene Wasser verdampft und mittels Trägergas in das Titrationsgefäß transportiert, während das direkte Verfahren die gesamte Probeneinwaage in das Titriergefäß einbringt. 107 4. 5. Flüssige Verunreinigungen <?page no="111"?> Zur Überwachung von hoch wasserhaltigen Flüssigkeiten wie z. B. schwer entflamm‐ baren Hydraulikflüssigkeiten vom Typ HFC, hat sich die volumetrische Titration nach der Karl-Fischer-Methode sehr gut bewährt. Das Verfahren (Karl-Fischer-Titration): Karl-Fischer-Titration, coulometrisch, indirektes Verfahren Abb. 4.25: Metrohm 774 Oven Sampler mit Coulometer 756 KF Ermittelte Werte: Absoluter Wassergehalt (gelöstes + freies Wasser) Wertebereich und Einheit: 10 - 50.000 mg/ kg (bzw. ppm) Verfahrensbeschreibung: Das Wasser wird aus der verschlossenen Probe durch Er‐ hitzen auf über 100 °C ausgedampft. Über eine Hohlnadel wird es mit einem Trägergas in ein Titriergefäß geleitet, wo es mit elektrochemisch erzeugtem Jod reagiert. Wird kein weiteres Wasser überführt, erkennt die Indikatorelektrode anhand von Spuren unverbrauchtem Jods das Ende der Tit‐ ration. Karl Fischer-Titration, volumetrisch, direktes Verfahren Abb. 4.26: Mettler Toledo V20 - Vo‐ lumetric KF Titrator Ermittelte Werte: Wassergehalt, absolut Wertebereich und Einheit: 1.000 - 1.000.000 mg/ kg bzw. ppm Verfahrensbeschreibung: Bei der volumetrischen Karl-Fischer-Methode wird die Probe direkt in die Messzelle injiziert. Statt das für die Mes‐ sung benötigte Jod dort auf elektrischem Wege zu erzeugen, wird es in einer Lösung über eine Bürette in kleinen Schritten kontinuierlich zudosiert. Sobald alles Wasser rea‐ giert hat, bleibt Jod unverbraucht zurück und wird von der Indikatorelektrode erkannt. Statt aus dem Stromverbrauch wird der Wassergehalt aus dem verbrauchten Volumen an Titrationslösung berechnet. Tabelle 4.21: Karl-Fischer-Titration zur Bestimmung des Wassergehalts 4. 5. 1. 2. Destillationsverfahren Das Destillationsverfahren hat, hauptsächlich historisch und durch den geringen Aufwand für die Prüfapparatur bedingt, weite Verbreitung erfahren. Sollen jedoch Wassergehalte in 108 4 Prüfverfahren <?page no="112"?> überwiegend nicht wassermischbaren Schmierölen weit unterhalb der Sättigungsgrenze gemessen werden, sind hohe Probenvolumina erforderlich, um eine ausreichende Präzision zu erzielen. Das hat dazu geführt, dass die Destillationsmethode in Laboratorien zur Pro‐ duktionskontrolle nach wie vor oft angewandt wird, in der Überwachung von gebrauchten Schmierölen jedoch nur selten. Abb. 4.27: Granat WN-PXP Ermittelte Werte: Wassergehalt Wertebereich und Einheit: 0 - 25 Prozent Verfahrensbeschreibung: Die Probe wird unter Rückfluss mit einem speziellen, mit Wasser nicht mischbaren Lösemittel, das mit dem in der Probe enthaltenen Wasser gleichzeitig destilliert, erhitzt. Kondensiertes Lösemittel und Wasser werden laufend in einer Vorlage getrennt. Das Wasser sammelt sich in der Messröhre der Vorlage. Das Lösemittel fließt in die Vorlage zurück. 4. 5. 1. 3. Infrarotspektroskopie Zur Überwachung von neuen und im Einsatz befindlichen Schmierstoffen ist die Inf‐ rarot-Spektroskopie nicht wegzudenken. In der Routineüberwachung werden üblicher‐ weise ohnehin alle Proben mittels Infrarot-Spektroskopie auf Öloxidation und zunehmend auf Additivabbau untersucht. Daher liegt es nahe, auch den Wassergehalt mittels Infrarot‐ spektroskopie zu überwachen. Abb. 4.28: PerkinElmer Spectrum One + Autosampler Ermittelte Werte: Wassergehalt Wertebereich und Einheit: <0,1 - 5 % Verfahrensbeschreibung: Die Probe wird in die Messzelle eingebracht und im Durchlichtverfahren gemessen. Die für freies Wasser typischen Absorptionsschwingungen werden erfasst und in einer speziellen Methode im Abgleich zur Frisch‐ ölreferenz ausgewertet. 109 4. 5. Flüssige Verunreinigungen <?page no="113"?> Die Präzision des Messergebnisses hängt stark von der verwendeten Methode, dem Öltyp (Basisöl, Additive) und in der Referenz-Methode von der Qualität der Frischölreferenz ab. Zunehmend werden chemometrische Modelle verwendet, um die Genauigkeit zu erhöhen. 4. 5. 1. 4. On-Site-Test-Kit Zur schnellen Ermittlung des Wassergehaltes vor Ort haben sich spezielle Prüfgeräte etab‐ liert. Diese können auch anstelle der klassischen Labormethoden wie z. B. der Inf‐ rarot-Spektroskopie verwendet werden, wenn die Ölbezeichnung nicht bekannt ist, keine Frischöl-Referenz vorliegt, oder der Öl-Typ per FT-IR und direkter Karl-Fischer-Titration keine zuverlässige Wasserbestimmung zulässt. Abb. 4.29: CMT Digitales Wasser-in-Öl-Testgerät Ermittelte Werte: Wassergehalt Wertebereich und Einheit: 100 (200) - 1500 (6000) ppm (je nach Ausführung) Verfahrensbeschreibung: Die Probe wird bei Raumtemperatur in das Messgerät eingefüllt. Durch die Reaktion mit einem speziellen Re‐ agenz wird durch das in der Probe enthaltene Wasser ein Gasdruck erzeugt. Dieser wird vom kalibrierten Messgerät angezeigt. 4. 5. 1. 5. Spratz-Test In kommerziellen Laboratorien wird für jede Probe als Bestandteil der visuellen Kontrolle ein Spratz-Test durchgeführt. Dieser Screening-Test lässt auf einfache, schnelle und kos‐ tengünstige Weise auf das Vorhandensein von freiem Wasser schließen. Er dient nicht dazu, die Messung des Wassergehaltes zu ersetzen. Beispielsweise kann anhand des Ergebnisses eine Vorauswahl der Messmethode und der Einwaage erfolgen. 110 4 Prüfverfahren <?page no="114"?> Abb. 4.30: Heizplatte für Spratztest Ermittelte Werte: Wasser (Indikation) Wertebereich und Einheit: (kein, wenig, mittel, viel) Verfahrensbeschreibung: Beim Spratztest wird ein Öltropfen auf eine heiße Platte getropft. Wenn sich im Öl freies Wasser befindet, ver‐ dampft es mit einem spratzenden Geräusch und sicht‐ baren Dampfbläschen. Der Wasseranteil wird optisch durch den geschulten Betrachter abgeschätzt. 4. 5. 1. 6. Wassergehalt oder relative Feuchte Der Wassergehalt von Schmierölen in hochproduktiven und teuren Anlagen wird zuneh‐ mend online überwacht. Dazu werden beispielsweise Sensoren benutzt, die die relative Feuchte des Öls messen. Im Labor wird dagegen der absolute Wassergehalt gemessen. An‐ wender fragen nicht selten, wie diese beiden Werte miteinander zu vergleichen sind. Eine relative Feuchte von 100 % bedeutet, dass das Öl seine Fähigkeit ausgeschöpft hat, eingetragenes Wasser unter den herrschenden Bedingungen wie Temperatur und Druck zu lösen. Unterhalb dieses Sättigungszustandes ist das Wasser im Öl gelöst, d. h. es liegen keine schädlichen Wassertropfen vor. Das über den Sättigungsgrad hinaus eingetragene Wasser liegt dagegen in Form von Tropfen vor und wird oft auch freies Wasser genannt. Oberhalb des Sättigungszustandes kann der Feuchte-Sensor den Wassergehalt nicht bestimmen. Die Titration nach Karl Fischer bestimmt den absoluten Wassergehalt. Sie erfasst beides: Gelöstes und freies Wasser. Das muss auch so sein, andernfalls wären die Messungen an verschiedenen Orten der Welt nicht direkt miteinander vergleichbar. Je nach eingesetztem Basisöl und Additivierung kann das Lösevermögen von Wasser für verschiedene Öl-Typen sehr unterschiedlich sein. Der anhand der Karl-Fischer-Titration bestimmte absolute Wassergehalt muss deshalb stets in Abhängigkeit von Öl-Typ (und An‐ wendung) interpretiert werden. Damit sind viele Anwender überfordert. Wird jedoch die relative Feuchte direkt im Öl bestimmt und ist im Trendverlauf stabil niedrig, z. B. bei 30 %, so kann der Anwender auf einfache Weise 2 wichtige Aussagen treffen: 1. Es liegt mit großer Wahrscheinlichkeit kein freies Wasser vor. (Temperatur und 1. Druck können an anderen Stellen des Systems abweichen.) 2. Die Anlage tendiert nicht dazu, stetig „feuchter“ zu werden. Wassereintrag aus der 2. Umgebung und Wasserentfernung durch Ölpflege stehen im Gleichgewicht. Wird anhand einer entnommenen Öl-Probe im Labor ebenfalls die relative Feuchte be‐ stimmt und mit der online in der Maschine gemessenen verglichen, so werden die Werte mit großer Wahrscheinlichkeit nicht übereinstimmen. Weil das in der Maschine arbeitende 111 4. 5. Flüssige Verunreinigungen <?page no="115"?> Öl in der Regel eine höhere Temperatur aufweist als die im Labor angekommene Öl-Probe, wird der im Labor gemessene Wert für die relative Feuchte deutlich höher ausfallen. Das Fazit: • Die Vor-Ort-Überwachung der relativen Feuchte ist sehr wertvoll, weil einfach zu • interpretieren. • In einem Labor muss die Bestimmung des absoluten Wassergehaltes vorgenommen • werden, weil reproduzierbar. 4. 5. 2. Wasserabscheidevermögen (Dampfbehandlung) Insbesondere Schmieröle für Dampfturbinen, aber auch andere Umlaufschmieröle und die meisten Hydraulikflüssigkeiten sollen so wenig Wasser wie möglich aufnehmen. Wenn sie mit Wasser verunreinigt werden, soll dieses schnell wieder abgeschieden werden. Deshalb sind Mindestanforderungen an das Wasserabscheidevermögen (WAV) nach Dampfbehand‐ lung Bestandteil der Anforderungsnormen beispielsweise für Turbinenöle. Doch auch der gegenteilige Effekt kann von Nutzen sein. Manche Schmieröle, wie z. B. Motorenöle oder Hydrauliköle der Kategorie HLP-D, sollen dispergierend und detergierend wirken. Sie sollen eingedrungenes Wasser und andere polare Verunreinigungen feinstver‐ teilt in Schwebe halten. Derartige Schmieröle haben naturgemäß ein schlechteres Wasser‐ abscheidevermögen. Für Turbinenöle wird in den DIN-Normen das Wasserabscheidevermögen nach Dampf‐ behandlung gemessen. Für Hydraulikflüssigkeiten wird trotz gleichem Namen des Test‐ verfahrens das Wasser nicht durch Wasserdampf, sondern durch das direkte Vermischen mit Wasser eingeleitet. Die Ergebnisse beider Verfahren sind nicht direkt miteinander ver‐ gleichbar. Abb. 4.31: Petrotest WAV Messgerät Ermittelte Werte: Wasserabscheidevermögen Wertebereich und Einheit: 0 - 1800 Sekunden Verfahrensbeschreibung: Das Öl wird 20 Minuten lang von Wasserdampf durch‐ strömt. Nach Beendigung des Dampf-Einleitens wird das Separieren des Wassers aus dem Öl durch das Ab‐ sinken der Grenzfläche zwischen Öl und Wasser beo‐ bachtet. Es wird angegeben, wie lange es dauert, bis eine Trennung erfolgt ist. 112 4 Prüfverfahren <?page no="116"?> Das WAV kann sich durch eine Verunreinigung mit polaren Medien oder durch Ölalterung verschlechtern. Deshalb wird das WAV in Dampfturbinenölen regelmäßig während ihres Einsatzes zunehmend auch nach der Neubefüllung oder einem Ölwechsel geprüft. 4. 5. 3. Wasserabscheidevermögen (Demulgiervermögen) Für Hydraulikflüssigkeiten und Schmieröle wird anhand der demulgierenden Eigen‐ schaften geprüft, wie schnell eingedrungenes Wasser wieder abgeschieden wird. Nach früher gültiger Norm DIN 51599 wurde das Verfahren als „Demulgiervermögen“ bezeichnet. Die aktuelle DIN ISO 6614 bezeichnet das Verfahren als „Wasserabscheidever‐ mögen“, was in der Praxis zu Verwechslungen mit dem gleichnamigen Verfahren „Wasser‐ abscheidevermögen nach Dampfbehandlung“ führt, welches hauptsächlich für Turbinenöle Anwendung findet. Die Ergebnisse beider Verfahren sind nicht direkt miteinander ver‐ gleichbar. Anhand des Tests wird für Frischöle geprüft, ob es sich um ein Öl mit detergierenden bzw. dispergierenden Eigenschaften handelt oder nicht (Details siehe DIN 51524). Abb. 4.33: Messzylinder im Wärmebad Ermittelte Werte: Bestimmung des Wasserabscheidevermögens von Mi‐ neralölen und synthetischen Flüssigkeiten Wertebereich und Einheit: Die Angabe des Ergebnisses erfolgt in der Regel num‐ merisch. Darüber hinaus wird das Aussehen der drei Schichten und ihrer Grenzflächen als Buchstabencode ange‐ geben. Verfahrensbeschreibung: Für den Test werden jeweils 40 ml destilliertes Wasser und 40 ml des Öls je nach Viskosität auf 54°C bzw. 82 °C erhitzt. Der gefüllte Messzylinder wird in ein Wär‐ mebad mit konstanter Temperatur eingetaucht. Mit einem großflächigen Rührblatt, das von einem Motor mit 1.500 Umdrehungen in der 1: 1 Öl-Wasser-Mischung bewegt wird, werden die beiden Flüssigkeiten für fünf Minuten intensiv vermischt. Es entsteht eine gleichmäßig trüb und undurchsichtig aus‐ sehende, instabile Emulsion. Nach dem Mischen wird der Rührflügel aus der milchigen Emulsion entfernt. In der ruhig stehenden Probe setzt die Entmischung ein. Wasser setzt sich am Boden ab. Öl schwimmt auf der oberen Phase. In Abständen von jeweils fünf Minuten werden die Volumina von Wasser, Öl und der dazwi‐ schenliegenden Emulsionsphase gemessen. Das Aussehen der drei einzelnen Phasen wird be‐ schrieben. Diese Messung der Volumina wird fortge‐ setzt, bis das Volumen der zwischen Öl und Wasser liegenden Emulsionsschicht gleich oder kleiner als 3 ml ist. Der Test wird nach einer Stunde abgebrochen, wenn bis dahin der Emulsionsanteil noch größer als 3 ml ist. 113 4. 5. Flüssige Verunreinigungen <?page no="117"?> 4. 5. 4. Kraftstoffgehalt In Verbrennungsmotoren eingesetzte Schmierstoffe werden während ihres Einsatzes mit Kraftstoff verunreinigt. Ein erhöhter Kraftstoffanteil verringert die Viskosität und beein‐ trächtigt damit die Schmierfähigkeit des Öls. Daher ist die Überwachung des Kraftstoffan‐ teils in Verbrennungsmotorenölen von hoher Bedeutung. Zur Bestimmung des Gehalts an Otto-, Dieselbzw. Bio-Dieselanteilen hat sich die Gas‐ chromatographie durchgesetzt. • Bei der simulierten Destillation wird dabei die komplette Mischung aus Kraftstoff • und Öl in einem GC-Lauf getrennt. Der Kraftstoff-Anteil ergibt sich aus den zuge‐ hörigen Flächenanteil im Chromatogramm. • Bei der Backflush-Methode wird nur der leichter flüchtige Kraftstoff-Anteil im • GC-Lauf abgetrennt. Das verbleibende Öl wird in einen Aktivkohlefilter zurückge‐ spült. Der Kraftstoff-Anteil wird durch den Vergleich der Peakflächen mit kalib‐ rierten Standards errechnet. In Routinelabors hat sich die Backflush-Methode wegen des deutlich niedrigeren Zeitauf‐ wandes durchgesetzt. Abb. 4.34: Gaschromatograph Perki‐ nElmer Ermittelte Werte: Kraftstoffgehalt Wertebereich und Einheit: <0,3 bis 10 (20) Vol.-% Verfahrensbeschreibung: Bei der Gaschromatographie wird dabei das zu unter‐ suchende Gemisch über einen Injektor auf eine dünne Kapillarsäule injiziert. Diese Säule ist aus einem glas‐ ähnlichen Material und im Inneren mit einem chemisch modifizierten Polysiloxan beschichtet. Die Kapillar‐ säule hat eine Länge von 15 m und einen Innendurch‐ messer von 0.25 mm. Die Polysiloxanschicht ist nur 0.25 μm dick. Die Säule ist in einem thermisch regelbaren Ofen mon‐ tiert. Sie wird permanent von Wasserstoff als Trägergas durchströmt. Gelangt das gebrauchte Motorenöl in die Säule, wird es verdampft und die einzelnen Kompo‐ nenten gasförmig vom Trägergas durch die Säule ge‐ spült. In Abhängigkeit von ihrer Struktur und der im Ofenraum herrschenden Temperatur verweilen die ein‐ zelnen Komponenten unterschiedlich lang an der Ober‐ fläche der Säule. Dadurch werden sie ihrer Siedetem‐ peratur entsprechend aufgetrennt. Beim Verlassen der Säule registriert ein Detektor die einzelnen Komponenten. Er zeichnet sie in einem Chro‐ matogramm auf. Je später eine Komponente am Säu‐ lenausgang entdeckt wird, desto höher ist ihr Siede‐ punkt. Die Fläche unter einem Peak des Chromatogramms ist proportional zum Anteil der Komponente in der Mischung. 114 4 Prüfverfahren <?page no="118"?> Kraftstoffe können in verschiedenen Ländern und insbesondere unter besonderen klima‐ tischen Bedingungen in ihren Eigenschaften deutlich verschieden sein. Insbesondere bei der Untersuchung von Motorenölproben aus anderen Ländern können daraus signifikante Abweichungen im Testergebnis resultieren. Gleiches gilt für spezielle Kraftstoffe, die in einigen Prüfstands-Untersuchungen eingesetzt werden. 4. 5. 5. Frostschutzmitteleintrag Zur Überwachung von neuen und im Einsatz befindlichen Schmierstoffen ist die Inf‐ rarot-Spektroskopie nicht mehr wegzudenken. In der Routineüberwachung werden übli‐ cherweise ohnehin alle Proben mittels Infrarot-Spektroskopie auf Öloxidation und zuneh‐ mend auch Additivabbau untersucht. Daher liegt es nahe, auch den Eintrag von Frostschutzmittel, einem Gemisch aus Monoethylenglykol (o. ä.), Additiven und Wasser, mittels Infrarotspektroskopie zu überwachen. Die Präzision des Messergebnisses hängt stark von der verwendeten Methode, dem Öl- und Frostschutzmittel-Typ (Basisöl, Additive), aber auch von der Qualität der Frischölre‐ ferenz ab. Zunehmend werden chemometrische Modelle verwendet, um die Genauigkeit zu erhöhen. Der Nachweis kleinster Mengen an Frostschutzmittel im Öl mittels Infrarot-Spektro‐ skopie ist schwierig. Oft wird die Elementanalyse als Indikation verwendet, indem auf den Anstieg von Elementen geachtet wird, die üblicherweise in Frostschutzmittel-Additiven verwendet werden, in Motorenölen jedoch nicht (z. B. Na, K). Zum Einsatz kommen zu‐ nehmend auch Verbindungen, die Elemente enthalten, die auch in Motorenöl-Additiven Anwendung finden, z. B. B, Si, Mo. Zum Nachweis selbst geringer Mengen an Monoethy‐ lenglykol ist die Headspace-Gaschromatographie geeignet. Infrarot-Spektrometrische Bestimmung Abb. 4.35: PerkinElmer Spectrum One + Autosampler Ermittelte Werte: Indikation Frostschutzmittel Wertebereich und Einheit: Negativ oder positiv Verfahrensbeschreibung: Die Probe wird in die Messzelle eingebracht und im Durchlichtverfahren gemessen. Die für OH-Gruppen und C-O-C-Bindungen typischen Absorptionsschwin‐ gungen werden erfasst und in einer speziellen Methode im Abgleich zur Frischölreferenz ausgewertet. 115 4. 5. Flüssige Verunreinigungen <?page no="119"?> Gaschromatographische Bestimmung Abb. 4.36: PerkinElmer Clarus 580 mit HS-40 Modul Ermittelte Werte: Glykolgehalt Wertebereich und Einheit 0 - 1000 ppm Verfahrensbeschreibung: Um Ethylenglykol in Motorenölen mittels Gaschroma‐ tographie (GC) bestimmen zu können, muss zuvor ein Derivatisierungsreagenz zugegeben werden, welches mit dem Ethylenglykol reagiert. Danach wird die Probe erhitzt und mittels Headspace-Injektion alle flüchtigen Bestandteile in den GC überführt. Dort gelangen sie auf eine Trennsäule, welche die Analyten unterschiedlich lange zurückhält. Nacheinander werden die Analyten von der Trennsäule gespült und detektiert. Die Identifizierung des Ethylenglykols erfolgt anhand der Retentionszeit. Die Konzentration wird durch Ver‐ gleich der Peakfläche mit zuvor aufgenommenen Ka‐ librationsstandards bekannter Konzentration er‐ rechnet. Tabelle 4.22: Verschiedene GC-Verfahren 4. 6. Luft im Öl Schmierstoffe sind permanent dem Einfluss der sie umgebenden Atmosphäre ausgesetzt. Nur in wenigen Fällen ist der Ölkreislauf hermetisch von der Umgebung abgedichtet. Des‐ halb enthalten praktisch alle Schmierstoffe einen bestimmten Anteil gelöster Luft. Diese ist nicht sichtbar und liegt nicht in Blasenform vor. In einem Ölkreislauf enthält das zurück ins Ölreservoir gelangende Öl Luftblasen. Diese ungelöste Luft, die anders als die gelöste Luft in Form von Gasblasen im Öl vorliegt, kann zu instabilen Schmierfilmzuständen, Kavitation und Dieseleffekt führen (siehe Abschnitt 3. 3. 2). Da die Löslichkeit von Luft in Schmierölen abhängig von Temperatur und Druck ist, kann auch innerhalb eines hermetisch geschlossenen Systems aus gelöster (und damit im engeren Sinn weniger kritischer) Luft wieder ungelöste Luft entstehen. In der Praxis wird, außer in einigen Sonderfällen, der Einfachheit halber nicht der Luft‐ gehalt gemessen, sondern, wie das Öl auf die in Blasenform eingetragene Luft reagiert. Dabei sind 2 Kenngrößen von besonderer Bedeutung: • Luftabscheidevermögen • • Schaumverhalten • Das Luftabscheidevermögen gibt die Zeitspanne an, bis eine unter definierten Bedingungen eingetragene Luftmenge durch an die Oberfläche aufsteigende Luftblasen abgeschieden wird. Das Schaumverhalten beschreibt das Volumen des unter definierten Bedingungen durch Lufteinleitung künstlich erzeugten Schaumes. Das unmittelbar nach dem Stopp der Luft‐ 116 4 Prüfverfahren <?page no="120"?> einleitung gemessene Schaumvolumen wird mit dem nach einer Wartezeit von beispiels‐ weise 10 Minuten nach dem Stopp verbleibenden Restvolumens in Millilitern angegeben, z. B. 300ml/ 10 ml. Das Schaumverhalten wird je nach Prüfnorm und Anwendung an ver‐ schiedenen Temperaturen gemessen. Beide Kenngrößen, Luftabscheidevermögen und Schaumverhalten, werden beispiels‐ weise zur Dimensionierung und Gestaltung des Ölkreislaufs benötigt. Werden zu viele Luftblasen von einer Pumpe angesaugt, kann das zu Kavitationsschäden führen. 4. 6. 1. Luftabscheidevermögen Das Luftabscheidevermögen einer Flüssigkeit (LAV) ist hauptsächlich von der Viskosität, der Temperatur und der Blasengröße abhängig. In Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten kommen die Polarität des Grundöles und der Additive hinzu. Das LAV verändert sich wäh‐ rend der Gebrauchsdauer, beispielsweise durch Verunreinigungen, Additivabbau, Öloxida‐ tion und Vermischung mit anderen Öltypen. Freie Luft im Öl beeinträchtigt die Tragfähig‐ keit des Schmierfilms. In Gleitlagern z. B. von Turbinen kann verstärkt Gas-Kavitation auftreten. Im Öl dispergierte Luftblasen können die Funktion von Hydrauliksystemen be‐ einträchtigen und auch dort Gas-Kavitation verursachen. Bei stark erhöhtem Anteil von Luftblasen im Öl und gleichzeitig hochfrequenten Druckschwankungen kann durch eine starke adiabatische Kompression von Luftblasen der „Dieseleffekt“ auftreten, bei dem die komprimierten Luftblasen stark erhitzt werden und zur Verbrennung der benachbarten Ölmoleküle führen. Das Öl bekommt dadurch je nach Intensität eine graue bis schwarze Färbung und weist einen „verbrannten“ Geruch auf. Vor allem für Hydraulikflüssigkeiten, Turbinenöle und einige spezielle Getriebe- und Umlaufschmieröle werden in Anforderungsnormen oder OEM-Spezifikationen Mindest‐ anforderungen an das LAV definiert. Das LAV eines im Einsatz befindlichen Öls im Vergleich zu dem des Frischöls unterstützt Aussagen über eine Weiterverwendbarkeit des Schmier- oder Hydrauliköles in kritischen Anlagen. Abb. 4.37: Prüfgerät zur Bestimmung des LAV Ermittelte Werte: Luftabscheidevermögen LAV Wertebereich und Einheit: 0 - 59 min Verfahrensbeschreibung: Als Luftabscheidevermögen bezeichnet man die Zeitspanne in Minuten, nach der die in Öl disper‐ gierte Luft bis zu einem Restgehalt von 0.2 Vol.% wieder abgeschieden ist. Durch eine definierte Düse wird Luft bei festgelegtem Druck über eine bestimmte Zeitspanne in das zu untersuchende Öl eingeblasen. Danach wird mit Hilfe der Dichte in Abhängigkeit von der Zeit das Entweichen der dispergierten Luftblasen aus dem Öl verfolgt, bis sich das Volumen nicht mehr verändert. 117 4. 6. Luft im Öl <?page no="121"?> Anders als die Schäumungs-Eigenschaften eines Öls kann das Luftabscheidevermögen durch die Zugabe von Additiven nicht verbessert werden. 4. 6. 2. Schaumverhalten Schaum entsteht, wenn die zur Oberfläche aufsteigenden Gasblasen an der Oberfläche nicht oder nicht schnell genug zerfallen. Schaum besteht aus gasgefüllten Zellen, deren Wände von dünnen Flüssigkeits-Lamellen gebildet werden. Ist nur an der Grenzfläche zwischen der Oberfläche des Ölreservoirs und der darüber befindlichen Luft eine Schicht aus Schaum ausgebildet, wird das Oberflächenschaum genannt. Ist jedoch die ganze Füllung des Ölre‐ servoirs mit Luftblasen durchsetzt, ist eher von einer Öl-Luft-Emulsion die Rede. Letzteres ist naturgemäß um ein Vielfaches kritischer zu sehen (siehe Abschnitt 3. 3. 2). Zur Bestimmung des Schaumverhaltens von Hydraulikflüssigkeiten und Schmierölen sind die folgenden Verfahren üblich: • Schaumverhalten nach ASTM D892 (ISO 6427, IP 146) • • Schaumverhalten nach ISO 12152 (FLENDER-Schaumtest) für höherviskose Indust‐ • riegetriebeöle (> ISO VG 100) Beide Verfahren werden zur Bestimmung der Schäumungseigenschaften hauptsächlich von neuen, aber auch von im Einsatz befindlichen Ölen benutzt. Schaumverhalten Abb. 4.38: Prüfgerät zur Bestimmung des Schaumverhaltens Ermittelte Werte: Schaumverhalten Seq. I (24 °C) bei Routinekontrolle Schaumverhalten Seq. II (93.5 °C) Option Schaumverhalten Seq. III (24 °C nach 93.5 °C) Option Wertebereich und Einheit: 0 - 1000 ml/ ml Verfahrensbeschreibung: In das zu prüfende Öl wird bei 24 °C mittels eines po‐ rösen Steins Luft in Form von feinen Bläschen einge‐ leitet. Diese bilden eine Luft-in-Öl-Dispersion und steigen zur Oberfläche, wo sich unter ständigem Hin‐ zutreten und Zerfallen von Luftblasen eine Schaum‐ schicht bildet. Nach fünf Minuten wird der Luftstrom abgeschaltet. Das beim Abstellen vorhandene und das nach 10 Minuten Absetzzeit noch vorhandene Schaumvolumen wird gemessen. Mit einer zweiten Probe des Öles wird zunächst bei 93.5°C und anschlie‐ ßend bei 24°C ebenso verfahren. Angegeben wird für alle 3 Sequenzen das Schaumvolumen, jeweils beim Abstellen der Luftzufuhr und 10 Minuten später. 118 4 Prüfverfahren <?page no="122"?> Flender-Schaumtest Abb. 4.39: Flender-Schaumtestgerät Ermittelte Werte: Schaumbildung Volumenzunahme durch Öl-Luft-Dispersion nach 1 Minute und nach 5 Minuten Wertebereich und Einheit: 0 - 50 Prozent Verfahrensbeschreibung: Das zu prüfende Öl wird eingefüllt. Die mit der Stirn‐ seite mit halber Höhe in das Öl eintauchenden Stirnr‐ äder drehen sich mit einer Drehzahl von 1450 min -1 und erzeugen über eine Laufzeit von 5 Minuten einen Lufteintrag in das Öl. Die sich infolgedessen einstel‐ lende Volumenzunahme wird 1 Minute und 5 Minuten nach dem Abschalten der Stirnräder in Prozent ge‐ messen. Die prozentualen Veränderungen der Öl-Luft-Dispersion und des Schaumvolumens werden für eine Zeitdauer von 90 Minuten in regelmäßigen Abständen dokumentiert. Tabelle 4.23: Verschiedene Prüfmethoden zum Schaumverhalten Auch für das Schaumverhalten sind in einer Reihe von Normen und OEM-Spezifikationen Mindestanforderungen definiert. Wie das LAV kann auch das Schaumverhalten von Schmierstoffen beispielsweise durch Verunreinigungen, Ölalterung oder Vermischung unterschiedlicher Öl-Typen beeinträch‐ tigt werden. Eine erhöhte Schaumbildung lässt sich durch Entschäumer-Additive reduzieren. Aller‐ dings kann deren Überdosierung das Luftabscheidevermögen von Ölen erheblich ver‐ schlechtern. Deshalb sollte eine solche Nach-Additivierung nur durch Fachleute erfolgen. 4. 7. Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands In großen Umlaufanlagen, wie z. B. Turbinen, Papiermaschinen oder Walzwerken, müssen Öle mehrere Jahre im Einsatz bleiben. Aber auch Getriebeöle von Windkraftanlagen und größere Hydraulikölfüllungen sollen erst nach weit über 20.000 Bh gewechselt werden. Daher spielt gerade ihre Oxidationsstabilität eine wichtige Rolle. Der Grad einer bereits eingetretenen Öloxidation bzw. Alterung wird in der Regel mit der FT-Infrarot-Spektro‐ skopie festgestellt. Sie erlaubt aber keinen zuverlässigen Rückschluss auf die noch vorhan‐ dene Oxidationsstabilität und die damit verbleibende Einsatzfähigkeit des Öls. 119 4. 7. Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands <?page no="123"?> Eine entscheidende Rolle bei der Ölalterung spielt in den meisten Anwendungen die Oxidation. Bild 4. 40 fasst in vereinfachter Darstellung die grundlegenden Auswirkungen des Oxidationsprozesses zusammen. Abb. 4.40: Allgemeiner Verlauf des Oxidationsprozesses (FLUITEC, OilDoc) Die dem Öl zugesetzten Antioxidantien verlangsamen den Oxidationsprozess, werden dabei jedoch zunehmend abgebaut. Zunächst sinkt die Säurezahl leicht, weil der Additiv-Ver‐ brauch sie stärker sinken lässt als die stark gebremste Oxidation sie steigen lassen kann. Die in der Regel einsetzende leichte Dunkelfärbung des Öls ist auf Abbauprodukte der Additive und des Grundöles zurückzuführen. Je nach Öltyp sind diese zunächst überwie‐ gend im Öl gelöst. Wird das Lösevermögen des Öls überschritten, kommt es zur Bildung ungelöster Polymere, die mit zunehmender Konzentration konglomerieren und ausfallen. Daraufhin einsetzende Ventilprobleme, einzelne blockierte Schmierverteiler oder Filter werden oft nicht mit der wahren Ursache der Öloxidation in Verbindung gebracht. Mit dem zunehmenden Abbau der Antioxidantien kommt es zu einer beschleunigten Oxidation, in‐ folgedessen sich auch die Bildung von Säuren und alterungsbedingter Ablagerungen ver‐ stärkt. Wird das System über diesen Punkt hinaus ohne Korrekturen weiterbetrieben, häufen sich die Komponentenausfälle. Die daraus resultierenden ungeplanten Produkti‐ onsstillstände bescheren dem Unternehmen nicht nur immense Kosten, sondern reduzieren auch die Reputation als zuverlässiger Lieferant erheblich. Die Überwachung der Öloxidation anhand der üblichen Standard-Methoden wie Visko‐ sität, IR-Oxidation und Säurezahl hat sich vor allem für Anlagen mit hohen Verfügbar‐ keitsanforderungen und empfindlichen Bauelementen, beispielsweise Servo- oder Propor‐ tionalventilen, als nicht ausreichend erwiesen. Gerade die Bildung oxidationsbedingter Ablagerungen wie Lack (Varnish) oder Schlamm (Sludge) wird anhand der Standard-Me‐ thoden wie Viskosität, IR-Oxidation und Säurezahl nicht rechtzeitig erkannt. Eine pro-aktive Möglichkeit, bereits vor dem Beginn einer beschleunigten Oxidation und Ablagerungsbildung zu reagieren, bietet die regelmäßige Überwachung der Antioxidantien und der im Öl gelösten bzw. dispergierten Alterungsprodukte. Auf der Basis dieser zusätz‐ 120 4 Prüfverfahren <?page no="124"?> lich ermittelten Kennwerte kann dann unter Berücksichtigung der jeweiligen spezifischen Situation beispielsweise • ein Ölwechsel rechtzeitig vorgenommen werden, um das System nicht unzulässig • hoch zu verunreinigen • der Gehalt an Alterungsprodukten durch gezielte Ölpflegemaßnahmen auf ein un‐ • bedenkliches Niveau gesenkt werden • durch eine Nachadditivierung oder einen Teilaustausch der Ölfüllung Additivgehalt • und Ölzustand deutlich verbessert werden. Der Abbau der Antioxidantien, aber auch beispielsweise der Verschleißschutz-Additive (EP/ AW) kann prinzipiell mittels Infrarot-Spektroskopie überwacht werden. Insbesondere die Überwachung der phenolischen Antioxidantien wird seit vielen Jahren erfolgreich ange‐ wandt. Des Weiteren wurde eine Oxidationsmethode entwickelt, die speziell auf die An‐ forderungen im industriellen Bereich abgestimmt wurde. Diese erlaubt eine deutlich bes‐ sere Früherkennung des Oxidationszustandes als die nach DIN 51453, für Schmieröle aus Verbrennungsmotoren entwickelt / 10/ . Da in der Regel ohnehin eine Ölüberwachung mittels FT-IR-Analyse erfolgt, würden auf diesem Weg keine zusätzlichen Kosten anfallen. Mangels international einheitlicher Prüf‐ normen wird die Infrarotspektroskopie in der Routineanalytik zur Überwachung des Ad‐ ditiv-Abbaus in kommerziellen Laboratorien vergleichsweise selten eingesetzt. Zur Über‐ wachung der Antioxidantien finden folgende standardisierte Verfahren breite Anwendung: • RULER • • RPVOT • Während der RPVOT-Test, früher RBOT-Test genannt, überwiegend in Prüflaboratorien eingesetzt wird, kommt das tragbare RULER-Gerät sowohl in Laboratorien als auch vor Ort (On-Site) zum Einsatz. Zur Überwachung der im Öl bereits enthaltenen Alterungsprodukte wurde seit vielen Jahren die gravimetrische Überwachung des Pentan-Unlöslichen angewandt. Mit der zu‐ nehmenden Verwendung moderner Basisöle und Additivsysteme hat die Methode an Be‐ deutung verloren und wurde zunehmend beispielsweise durch den MPC-Test ersetzt. 4. 7. 1. RULER-Test Der RULER-Test („Remaining Useful Life Evaluation Routine“) bestimmt den Gehalt der noch unverbrauchten Antioxidantien mittels linearer Voltammetrie. Anhand des Zustandes der Antioxidantien im Vergleich zum Frischöl und unter Berücksichtigung des Trendver‐ haltens können Aussagen zur Restnutzungsdauer getroffen werden. Der RULER-Test hat sich inzwischen als fester Bestandteil der Überwachung von Turbinenölen etabliert. Auch in Umlaufschmierölen und großen Hydraulikanlagen findet er zunehmend Anwendung. 121 4. 7. Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands <?page no="125"?> Abb. 4.41: FLUITEC RULER-Testgerät Ermittelte Werte: Gehalt an Antioxidantien im Vergleich zum Frischöl oder Remaining Useful Lifetime RULER-Zahl für jedes Antioxidans Wertebereich und Einheit: 0 - 100 % (im Vergleich zum Frischöl) Verfahrensbeschreibung: Während der Probenvorbereitung werden die Anti‐ oxidantien durch Zugabe von Lösungsmittel und eines Substrates vom Öl getrennt. Nach dem Prinzip der Voltammetrie wird eine Strom-Zeit-Kurve ge‐ messen. Lage und Fläche der Ausschläge (Peaks) cha‐ rakterisieren Art und Menge des im Öl enthaltenen Alterungsschutzes. Im Vergleich mit dem Frischbzw. Referenzöl wird der verbliebene Anteil an An‐ tioxidantien durch Integration der entsprechenden Peakflächen bestimmt. Der Gehalt der noch nicht verbrauchten Antioxidantien wird als Prozentzahl für jedes be‐ stimmte Antioxidans angegeben und zusätzlich in einem Diagramm visualisiert. (Bild 4. 42) Abb. 4.42: RULER-Diagramm eines Turbinenöles aus einem Turbokompressor Die Visualisierung zeigt anhand der Flächenanteile die Bedeutung der einzelnen Antioxidan‐ tien in der Formulierung des untersuchten Öls. Erst diese Relation zwischen den Additiven und das Verständnis des synergistischen Zusammenwirkens der einzelnen Komponenten erlaubt eine fundierte Bewertung. So sollte bei der Bewertung des RULER-Ergebnisses für ein Turbi‐ nenöl, welches mit der Kombination eines Amins und eines Phenols gegen Oxidation ge‐ schützt wurde, das Flächen-Verhältnis beider Additivkomponenten berücksichtigt werden. So sollte beispielsweise bei einem „dominierenden“ aminischen Antioxidant, welches mit einem im Vergleich dazu relativ niedrig dosierten Phenol kombiniert wurde, auch die Aussage dieses Verhältnis widerspiegeln. Solange die aminischen Antioxidantien noch in einem guten Zu‐ 122 4 Prüfverfahren <?page no="126"?> stand sind, weist selbst ein niedriger Phenol-Wert nicht auf einen kritischen Zustand hin. Die Abbauprodukte der Phenole haben die Aufgabe, die Amine zu schützen. Diese Kombination aus Zahlenwert und visueller Darstellung erlaubt eine bessere Interpretierbarkeit durch Fach‐ kräfte aus Service und Instandhaltung, die nicht mit Details der Formulierung von Antioxi‐ dantien in Schmierölen vertraut sind. Gleichzeitig ist sicherzustellen, dass die verwendeten Frischölreferenzen tatsächlich zu den Gebrauchtölen passen. Insbesondere in Anwendungen wie Dampfturbinen ist das Öl oft mehr als 10 Jahre im Einsatz. Es ist deshalb zu prüfen, ob sich seit der Befüllung der Turbine die Formulierung des Turbinenöls, beispielsweise durch eine Änderung der ent‐ sprechenden DIN-Anforderungsnorm, geändert hat. Dazu ist es notwendig, Gebrauchtöl‐ proben mit Frischölreferenzen aus verschiedenen Jahren zu vergleichen. Für Anlagen mit sehr langen Laufzeiten kann in Ermangelung einer relevanten Frisch‐ ölreferenz auch die reine Trendbetrachtung der RULER-Werte Anwendung finden. 4. 7. 2. RPVOT-Test Der RPVOT-Test (Rotating Pressure Vessel Oxidation Test) setzt die Ölprobe verschärften Oxidationsbedingungen aus. Die Probe wird bei 150 °C unter Wasserzugabe und Anwesen‐ heit eines Buntmetall-Katalysators im Zeitraffer oxidiert, bis die Sauerstoffatmosphäre einen signifikanten Druckabfall zeigt. Durch den Vergleich des Frischölwertes mit dem des im Einsatz befindlichen Öles wird eine Restlebensdauer prognostiziert. RULER und RPVOT zielen auf eine ähnliche Aussage ab. Abb. 4.43: Reaktionsgefäß mit der Kupferwendel und Wärmebad Ermittelte Werte: Oxidationsstabilität von Schmierstoffen Wertebereich und Einheit: 0 - 5000 Minuten Verfahrensbeschreibung: Für den Test werden 50 g des Öles und 5 g destilliertes Wasser in ein Reaktionsgefäß eingewogen. Als Katalysator wird eine zuvor polierte Kupferspule in die Öl-Wasser-Mischung ge‐ geben. Das Reaktionsgefäß wird in einem druckfesten Edel‐ stahlbehälter dicht verschraubt. An einem Manometer kann der Innendruck des Druckgefäßes permanent aufgezeichnet werden. Die Apparatur wird nun mit reinem Sauerstoff bis zu einem Druck von 620 kPa befüllt. Das Gefäß mit der Kupferwendel und dem unter Sauerstoff‐ druck stehenden, wasserversetzten Öl rotiert mit 100 Um‐ drehungen bei 150° C. Durch die Erwärmung kommt es im Druckgefäß zunächst zu einem Anstieg des Innendrucks. Im Folgenden führen die extremen Bedingungen (Sauerstoff, Kupfer, Wasser, Temperatur) in jedem Fall zur Oxidation des Prüföles. Das Öl nimmt dabei Sauerstoff auf, der ursprüng‐ lich eingestellte Sauerstoffdruck nimmt dadurch ab. Die so verursachte Sauerstoffzehrung wird als Druckabfall aufge‐ zeichnet. Die eigentliche Messgröße ist die Zeitspanne in der der Innendruck um 175 kPa unter das Maximum fällt. Je mehr Zeit bis zu diesem Druckabfall vergeht, desto resistenter ist das Öl gegen Oxidation. 123 4. 7. Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands <?page no="127"?> Der RPVOT-Test ist Bestandteil der Mindestanforderungen für Turbinenöle nach DIN 51515, ISO 8068 bzw. ASTM D4304. Allein der Druckabfall als Abbruchkriterium lässt den Zustand des Öls während und am Ende der Prüfung unberücksichtigt. Je nach Additivierung können einige Turbinenöle auf diesem Wege sehr gute Ergebnisse im RPVOT-Test erreichen, in der Praxis jedoch zur er‐ höhten Ablagerungsbildung neigen. Deshalb ist es sehr wichtig, eine ausgewogene For‐ mulierung zu wählen, umso mehr bei der zunehmenden Verwendung moderner, unpolarer Grundöle der API-Gruppen II, III und IV. 4. 7. 3. MPC-Test Im Öl befinden sich oxidationsbedingt zunehmend weiche Partikel, meist mit höherem Molekulargewicht. Konglomerieren sie miteinander, formen sie aufgrund ihrer starken Po‐ larität bevorzugt Ablagerungen an allen ölbenetzten Komponenten im System. Treten be‐ reits sichtbare Zeichen dafür auf, wie z. B. verkürzte Filterstandzeiten oder Ablagerungen an Tankwandungen, ist es für eine pro-aktive Reaktion zu spät. Die gravimetrische Beurteilung der Ablagerungsneigung als „Heptan-Unlösliches“ war lange Zeit Bestandteil der Überwachung von Turbinenölen. Moderne Verfahren wie bei‐ spielsweise FT-IR und RULER und der Umstand, dass nur bei entsprechend großer Proben‐ menge eine ausreichende Präzision erzielt werden kann, haben das Monitoring des Heptan-Unlöslichen mehr und mehr verdrängt. Des Weiteren benötigen Systeme mit sen‐ sibel auf Ablagerungen reagierenden Ventilen und anderen empfindlichen Maschinenele‐ menten eine Prüfmethode, die wesentlich empfindlicher auf oxidationsbezogene Alte‐ rungsprodukte reagiert. Die im MPC-Test (Membran Patch Colorimetry) zu untersuchende Ölprobe muss nach der Probenentnahme eine bestimmte Zeit ruhen, da die Löslichkeit der oxidationsbedingten Reaktionsprodukte temperatur- und strömungsabhängig ist. Abb. 4.44: i-Lab Colorimeter Ermittelte Werte: MPC-Index, Luminanz L, Rotwert a, Gelbwert b Wertebereich und Einheit: MPC-Index: 0 - 999 Verfahrensbeschreibung: Vor der Messung wird die Probe nach einer Ruhephase von von Hand geschüttelt. Danach werden 50 ml Öl und 50 ml filtriertes Lösungsmittel (Petroleum-Ether) durch langsames Rühren miteinander gemischt. Vor dem Ab‐ filtrieren wird eine neue, getrocknete Filtermembran mit einer Porenweite von 0.45µm gewogen. Das Öl-Lösungsmittelgemisch wird unter Vakuum (710 mbar) über die Membran gezogen. Wenn keine Flüs‐ sigkeit mehr zu erkennen ist, kommt die Membran bei 80 °C für 3 h in den Trockenschrank. Die Auswertung der durch den Belag verursachten Ver‐ färbung erfolgt mit dem i-Lab Colorimeter. Die Abla‐ gerungen absorbieren oder reflektieren das Licht ganz oder teilweise. Ein Detektor misst die Intensität des „gespiegelten“ Lichts an verschiedenen Lichtwellenbe‐ 124 4 Prüfverfahren <?page no="128"?> Abb. 4.45: Prinzip der Farbauswertung reichen. Die Unterschiede bei der Reflexion und die Farbintensität bei den jeweiligen Spektralbereichen er‐ lauben die Kalkulation eines MPC-Indexes. Die Höhe des MPC-Faktors steht im direkten Zusammenhang mit dem Potential des Öles, Ablagerungen zu bilden. Je höher der MPC Index, desto stärker ist die Farbveränderung des Filters. Öl mit einem hohen Gehalt an AW-Additiven, beispielsweise auf der Basis von Phos‐ porsäure-Estern, können trotz niedrigem MPC-Wert eine erhöhte Ablagerungsneigung haben, weil die Abbauprodukte dieser Additive von sehr heller Farbe sind und in der Ver‐ färbung des MPC-Filterpatches mit zunehmendem allgemeinen Alterungszustand des Öls ggf. nicht hinreichend deutlich „sichtbar“ sind. 4. 7. 4. Flammpunkt Der Flammpunkt neuer Schmierstoffe wird hauptsächlich zur Einordnung in Gefahren‐ klassen verwendet, die bei der Lagerung und beim Transport Anwendung finden. Über den Oxidationszustand eines Schmieröles sagt der Flammpunkt wenig aus. Der Eintrag einer Fremdflüssigkeit mit sehr niedrigem Flammpunkt oder die Entstehung niedrigsiedender Bestandteile eines Mineralöls durch thermische Zersetzung („Cracken“) dagegen lässt sich anhand des Flammpunktes einfach nachweisen. Für neue, unbenutzte Schmierstoffe kommt üblicherweise das Verfahren im offenen Tiegel (z. B. COC = Cleveland Open Cup) zur Anwendung. Kraftstoffe, die in der Regel einen sehr niedrigen Flammpunkt aufweisen, werden dagegen im geschlossenen Tiegel gemessen (z. B. PM = Pensky-Martens). Soll anhand des Flammpunktes auf niedrigsiedende, leicht‐ flüchtige Bestandteile geschlossen werden, so ist in jedem Fall die Methode im geschlos‐ senen Tiegel anzuwenden. 125 4. 7. Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands <?page no="129"?> Flammpunkt im offenen Tiegel Abb. 4.46: Cleveland Automatic NCL 440 Ermittelte Werte: Flammpunkt (offener Tiegel) Wertebereich und Einheit: 20 - 400°C Verfahrensbeschreibung: Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der sich in einem Tiegel aus der zu prüfenden Flüssigkeit so viele leicht entflammbare Dämpfe entwickeln, dass sie sich durch Fremdzündung kurzzeitig entzünden lassen. Je nach Öltyp und zu erwartendem Flammpunkt gibt es verschiedene Messmethoden und -Geräte. Flammpunkt im geschlossenen Tiegel Abb. 4.47: Setaflash Prüfgerät nach Pensky Martens Ermittelte Werte: Flammpunkt (geschlossener Tiegel) Wertebereich und Einheit: 30 - 300°C Verfahrensbeschreibung: Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der sich in einem Tiegel aus der zu prüfenden Flüssigkeit so viele leicht entflammbare Dämpfe entwickeln, dass sie sich durch Fremdzündung kurzzeitig entzünden lassen. Je nach Öltyp und zu erwartendem Flammpunkt gibt es verschiedene Messmethoden und -Geräte. Tabelle 4.24 Verfahren zur Bestimmung des Flammpunktes Der Kraftstoffeintrag verringert ebenfalls den Flammpunkt eines Motorenöles. Die Kalku‐ lation des Kraftstoffgehaltes anhand des Flammpunktes mag bei selbst hergestellten La‐ borproben hinreichend genau funktionieren. Zur Bestimmung des Kraftstoffgehaltes in Motorenölen aus dem Feld ist das Verfahren jedoch nicht zu empfehlen. Hier sollte die Gaschromatographie (Abschnitt 4. 5. 4) zur Anwendung kommen. 4. 7. 5. Koksrückstand nach Conradson Sehr hohe Einsatztemperaturen führen zu einer exzessiven Öloxidation, gleichzeitig jedoch zur thermischen Zersetzung. Sowohl hochmolekulare Oxidationsprodukte als auch die (neben den niedrigsiedenden Reaktionsprodukten) in der thermischen Zersetzung anfal‐ lenden ruß- und koksartigen Produkte führen zu einer starken Ablagerungsbildung. Der Wert für den Koksrückstand charakterisiert die Neigung des Öls, derartige Ablagerungen zu bilden. Anwendung findet die Bestimmung des Koksrückstandes sowohl bei Grundölen 126 4 Prüfverfahren <?page no="130"?> und neuen Schmierstoffen, die bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden als auch bei Gebrauchtölen, vor allem bei der Überwachung von Wärmeträgerflüssigkeiten. Abb. 4.48: Micro Conradson Ermittelte Werte: Koksrückstand (nach Conradson) Wertebereich und Einheit: 0,01 - 49 Gew.-% Verfahrensbeschreibung: Der Koksrückstand gibt die Menge an Rückstand an, die bei der Pyrolyse von 10 Gramm des zu prüfenden Öles in einer speziellen Conradson-Apparatur unter defi‐ nierten Bedingungen entsteht. 4. 7. 6. Farbzahl Die Farbe eines Schmieröls allein ist kein Qualitätskriterium. Im Trendverlauf kann anhand der Veränderung der Farbzahl jedoch auf den Alterungsvorgang geschlossen werden. Die Farbzahl nach DIN ISO 2049 ist eine auf die typische Färbung von Mineralölprodukten abgestimmte Farbskala. Sie reicht in 0,5-er-Schritten von 0 für wasserhell über die leichte bis starke Braunfärbung hin zur Schwarzfärbung. Früher wurde die Farbzahl anhand des Vergleichs der in Reagenzgläsern gefüllten Öl‐ probe mit speziellen Gläsern bestimmt. Heute ist diese Methode fast vollständig von opti‐ schen Sensoren abgelöst, die die Farbe anhand des in der Ölprobe gemessenen Wellenlän‐ genspektrums ermitteln. Abb. 4.49: WaveCheck 300 Ermittelte Werte: Farbzahl nach DIN ISO 2049 Wertebereich und Einheit: 0 - 8 (dimensionslos) Verfahrensbeschreibung: Das Farbzahlmessgerät wurde speziell zur Bestim‐ mung der Farbzahlen von Ölen entwickelt. Das Probengefäß wird, so wie es angeliefert wird, in das WaveCheck gestellt. Nach ca. 5 s kann die Farbzahl abgelesen bzw. in die Datenbank übertragen werden. Der Blindwert für das leere Plastikgefäß wird bei der Bestimmung berücksichtigt. Die Farbzahl wird nach der DIN ISO 2049 in Schritten mit einer Schrittweite von 0.5 reproduzierbar genau bestimmt. 127 4. 7. Verfahren zur erweiterten Beurteilung des Ölzustands <?page no="131"?> Weist eine Ölprobe eine deutliche Trübung auf, z. B. durch einen stark erhöhten Wasser‐ gehalt, funktioniert die Bestimmung der Farbzahl mittels optischer Sensoren nicht zuver‐ lässig. Die Veränderung der Farbe einer Ölfüllung kann nicht nur Informationen über die Al‐ terung oder über etwaige Verunreinigungen eines Öles liefern. Weicht im Trendverlauf die Farbe einer Probe völlig von der der vorhergehenden ab, liegt vielleicht eine Falschbefüllung oder auch - oft mit einer Grau- oder Schwarzfärbung verbunden - eine Überhitzung vor. 4. 7. 7. Dispergiervermögen Vor allem Motorenöle haben ein starkes Dispergiervermögen, um das Zusammenballen und Absetzen von Alterungsprodukten, Verbrennungsrückständen und Verunreinigungen zu ver‐ hindern. Ohne diese Eigenschaften würden die Ölkreisläufe von Verbrennungsmotoren derart verunreinigen, dass beispielsweise Schmierbohrungen blockiert, Kolbenringe in ihren Nuten festgesetzt oder das speziell erzeugte, als eine Vielzahl kleiner Öltaschen funktionierende Rau‐ higkeitsprofil an den Zylinderwandungen mit zunehmender Nutzungsdauer zusetzen. In allen Fällen wären Motorschäden nur eine Frage der Zeit. Das Dispergiervermögen verschlechtert sich mit zunehmender Einsatzdauer des Öls. Als Öllaboratorien noch nicht verfügbar waren, wurde es anhand des Tüpfeltests als Vor-Ort-Check durchgeführt. Heute wird der Tüpfel unter besser definierten Bedingungen erzeugt und optisch ausgewertet. Das Prüfverfahren zählt zu den chromatografischen Testverfahren. Abb. 4.50: Prüfgerät DT 100 Ermittelte Werte: Dispergierfähigkeit Wertebereich und Einheit: Prozent verbleibende Reserve Verfahrensbeschreibung: Ein Öltropfen wird auf ein Filterpapier getropft. Nach einstündigem Erwärmen des Papiers hat sich das Öl gleichmäßig verteilt. Mit dem DT 100 wird der Tüpfel, der eine besondere Form der Papierchromatographie darstellt, mit einer computergestützten Kamera ausge‐ wertet. Aus der Fläche, dem gleichmäßigen Aussehen und der Schwarzfärbung des Tüpfels wird auf das Schmutztragevermögen (Dispergierfähigkeit) und den Rußgehalt von Motorenölen geschlossen. Der Tüpfel zeigt durch eine gleichmäßige Verteilung der Rußpartikel ob das Öl noch in der Lage ist, diese Verunreinigungen hinreichend gut in Schwebe zu halten. Die Intensität der Dunkelfärbung korreliert mit dem Rußgehalt. Ein transparenter Außenring weit auf einen Kraftstoffeintrag hin. Bei einem Frostschutz-Glykol-Eintrag bilden sich oft pastöse Rück‐ stände, die sich in der Mitte des Tüpfels als glänzende und klebrige Masse ablagern. 128 4 Prüfverfahren <?page no="132"?> Als vor Ort durchgeführter Screening-Test kann das geschulte Auge anomale Zustände wie beispielsweise einen stark erhöhten Kraftstoffeintrag oder einen sehr hohen Rußgehalt erkennen. Vereinzelt wurde allein das Tüpfeltest-Papier als „Motorenöl-Check“ angeboten. Die dem Testpapier beiliegende Information enthielt einige Beispielbilder, die sich jedoch bei näherer Betrachtung als abenteuerliche Interpretation entpuppten. Es gibt keinen Einzeltest, der für sich allein die komplexen Veränderungen eines Motorenöls zuverlässig abbilden kann. 4. 8. Prüfverfahren für Isolierflüssigkeiten Isolierflüssigkeiten sind keine Schmieröle und werden dem Bereich der Funktionsflüssig‐ keiten zugerechnet. Ihre Hauptaufgaben sind Isolieren und Wärme ableiten. In der Regel werden naphtenbasische Mineralöle verwendet, daneben auch Öle auf der Basis der Gas-To-Liquid-Synthese, bei besonderen Anforderungen an den Brandschutz oder die Schwerentflammbarkeit auch Silikon- und Esterflüssigkeiten. In Europa sind „inhibierte“ Mineralöle Standard, d. h. mineralische Grundöle hohen Raf‐ finationsgrades, die mit phenolischen Oxidationsinhibitoren, ggf. auch Korrosionsschutz‐ zusätzen versehen sind. Die klassischen Alterungsszenarien sind Oxidation, bei thermi‐ schen oder elektrischen Fehlern auch thermische Zersetzung sowie Verunreinigungen wie Wasser, Oxidationsprodukte und abgebautes Isoliermaterial. Die klassischen Verfahren wie beispielsweise Neutralisationszahl, Wassergehalt nach Karl Fischer, kinematische Viskosität, Inhibitorgehalt (FT-IR oder RULER) und Farbzahl wurden bereits im vorangegangenen Abschnitt behandelt. Aufgrund der besonderen Anforderungen wurden spezielle Prüfverfahren für neue und im Einsatz befindliche Isolieröle entwickelt. Die wichtigsten, von denen der klassischen Ölanalytik abweichenden Verfahren werden nachfolgend dargestellt. Hinweise zur Interpretation sind in / 16/ , / 17/ und in einschlägigen ISO IEC-Normen ge‐ geben. 4. 8. 1. Durchschlagspannung Die zwischen zwei in einem Ölbad im Abstand von 2,5 mm angeordneten Elektroden unter standardisierten Bedingungen gemessene Durchschlagspannung charakterisiert das Iso‐ liervermögen des Öls. In speziell getrockneten, neuen Isolierflüssigkeiten werden Durch‐ schlagspannungen von > 60 kV erreicht. Verunreinigungen, Wasser, aber auch polare Al‐ terungsprodukte setzen das Isoliervermögen herab. 129 4. 8. Prüfverfahren für Isolierflüssigkeiten <?page no="133"?> Abb. 4.51: Isolierölprüfgerät DPA 75 Ermittelte Werte: Elektrische Durchschlagfestigkeit von Isolierflüssig‐ keiten (Durchschlagsspannung) Wertebereich und Einheit: 0 - 75 kV Verfahrensbeschreibung: Die zu untersuchende Isolierflüssigkeit wird blasenfrei bis zur Oberkante in eine Prüftasse eingefüllt. Zwei Ku‐ gelkalotten aus Messing befinden sich 40 mm unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche, der Abstand zwischen diesen Elektroden wird mittels einer Abstandslehre auf 2.5 mm eingestellt. Nach dem Verschließen der Prüftasse wird die Probe zunächst für 5 min homogenisiert. Danach wird an die Elektroden eine sinusförmige Wechselspan‐ nung angelegt und mit einer Rate von 2 kV/ s erhöht, bis zwischen den Elektroden die erste Funkenentladung ein‐ tritt. Die bis zu dieser Entladung erreichte Spannung ist das Ergebnis der Untersuchung. Der Versuch wird mit derselben Füllung der Tasse sechs Mal durchgeführt, zwischen den Einzelmessungen wird die Probe jeweils für 2 min. homogenisiert. Als Ergebnis wird das arithmetische Mittel der Einzelmessungen angegeben. Isolierflüssigkeiten müssen hohe Potentialdifferenzen isolieren, fasrige Isolierstoffe impräg‐ nieren, zur Lichtbogenlöschung beitragen und außerdem die Wärmeabfuhr sicherstellen. Ein wichtiges Prüfkriterium ist daher die elektrische Durchschlagfestigkeit, d. h. die Spannung, bis zu der unter genau definierten Bedingungen keine Funkenentladung stattfindet. 4. 8. 2. Dielektrischer Verlustfaktor Der dielektrische Verlustfaktor wird anhand der Abweichung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung vom Idealwert (π/ 2 = 90°) ermittelt und charakterisiert die Höhe der im Betrieb auftretenden dielektrischen Verluste. Ein meist alterungs- und verun‐ reinigungsbedingter Anstieg der dielektrischen Verluste kann durch die dadurch initiierte zusätzliche Erwärmung des Öls die Öloxidation beschleunigen. Dadurch wird neben den ansteigenden elektrischen Verlusten auch die Standzeit des Öls beeinträchtigt. Abb. 4.52 Prüfgerät Baur DTL-C Ermittelte Werte: Verlustfaktor tan δ relative Dielektrizitätszahl ε r Wertebereich und Einheit: (dimensionslos) Verfahrensbeschreibung: Für die Bestimmung des tan δ wird die Messzelle des Ge‐ räts mit 40 ml Öl befüllt und auf normgerechte 90°C auf‐ geheizt. An den beiden Elektroden der Messzelle, die mit einem Abstand von 2 mm angeordnet sind, wird bei einer Frequenz von 50 Hz eine Prüfspannung von 2.000 V an‐ gelegt. 130 4 Prüfverfahren <?page no="134"?> 4. 8. 3. Grenzflächenspannung Die Grenzflächenspannung ist eine Folge der gegenseitigen Anziehung der Flüssigkeits‐ moleküle. Mineralische Basisöle sind unpolar. Durch den Eintrag polarer Verbindungen wie Oxidationsprodukte, Wasser o. ä. wird die Grenzflächenspannung reduziert. Damit gibt die Grenzflächenspannung ergänzend zur Neutralisationszahl und dem Inhibitor-Gehalt Hin‐ weise zum Alterungszustand des Isolieröls. Abb. 4.53: Lauda TD 3 Tensiometer Ermittelte Werte: Grenzflächenspannung zwischen Wasser und Öl Wertebereich und Einheit: mN/ m Verfahrensbeschreibung: Zur Bestimmung mit dem Lauda TD 3 Tensiometer wird ein Prüfzylinder mit je 20 ml destilliertem Wasser und dem zu prüfenden Transformatorenöl befüllt. Aufgrund der Dichteunterschiede bilden sich rasch zwei Phasen, wobei das schwerere Wasser die untere Phase bildet und das Isolieröl oben aufschwimmt. Frisches Trans‐ formatorenöl ist unpolar. Im Gebrauchtöl haben sich polare Bestandteile gebildet, welche sich im Bereich der Grenzschicht von Wasser (polar) und Öl (unpolar) an‐ lagern. Durch die Wechselwirkung der Alterungspro‐ dukte mit dem Wasser wird die Grenzflächenspannung der beiden Phasen Wasser/ Öl beeinflusst. In das Wasser-Öl-Gemisch wird der Lecomte Du Noüy-Ring, der an einem Pt-Draht an einer Waage befestigt ist, ab‐ gesenkt. Durch Absenken wird der Ring zunächst durch das Wasser, und weiter durch die Grenzphase zwischen Wasser und Öl, ins Öl gezogen. Die für die Überwin‐ dung der Phasengrenze aufzuwendende Kraft wird ge‐ messen. 4. 8. 4. Gas-in-Öl-Analyse (DGA) Die für klassische Schmierstoffanwendungen bekannten Methoden zur Beurteilung des Anlagenzustandes, z. B. anhand der Überwachung der Verschleißelemente, funktioniert in ruhenden elektrischen Maschinen, wie z. B. Transformatoren, nicht. Die durch Alte‐ rungsprozesse und spezifische Ereignisse wie beispielsweise Glimmentladungen, Funken‐ überschlägen o. ä. entstehenden, im Isolieröle gelösten Gase können mit speziellen Me‐ thoden nachgewiesen werden. Auf diese Weise liefert die Gas-in-Öl-Analyse (Dissolved Gas Analysis, DGA) wertvolle Informationen zum Anlagenzustand. 131 4. 8. Prüfverfahren für Isolierflüssigkeiten <?page no="135"?> Abb. 4.54: PerkinElmer Clarus 680 mit einem TurboMatrix 40 Head‐ space-Sampler Ermittelte Werte: gelöste Gase in Transformatorenölen (H 2 , O 2 , N 2 , CO 2 , CO, CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2 ) Wertebereich und Einheit: µl/ l (ppm) Verfahrensbeschreibung: Messbar sind diese gelösten Gase mit einem Gaschro‐ matographen (GC). Für korrekte Messergebnisse darf die Ölprobe nicht mit Luft in Verbindung kommen. Daher wird das Öl schon bei der Probenentnahme in eine gasdichte Glasspritze abgefüllt. Eine gekrimpte Headspaceflasche wird mit Argon luftfrei gespült. Aus der Spritze werden 5 ml der Probe über den 3-Wege-Hahn mittels Kanüle direkt eingespritzt. Im Sampler werden die Gase bei 80°C aus der Probe aus‐ getrieben und anschließend im GC-Ofen schrittweise bis auf 200°C erhitzt. Die austretenden Gase werden mithilfe von Argon (Trägergas) durch eine Säule ge‐ spült. In Abhängigkeit von der Struktur des jeweiligen Gases verweilen diese unterschiedlich lang an der Oberfläche der Säule. Um eine saubere Auftrennung zu ermöglichen, sind zwei unterschiedliche Säulen im Ein‐ satz. Detektoren erkennen die einzelnen Komponenten und zeichnen entsprechende Chromatogramme auf. Je größer die Fläche unter einem Peak ist, umso größer ist der Anteil der entsprechenden Komponente. Das Grundprinzip der Gas-in-Öl-Analyse beruht auf der Fähigkeit des Isolieröls, Gase zu lösen. Diese entstehen nicht nur bei natürlicher Alterung von Öl und Isoliermaterialien, sondern besonders auch beim Auftreten von thermischen oder elektrischen Fehlern in Transformatoren. Aus der Menge der im jeweiligen Öl gelösten Gase und deren Zunahme im Laufe der Zeit (Trendanalyse) kann auf das Ausmaß des Fehlers geschlossen werden. Je nach Intensität der einzelnen Gase im Trendverlauf und deren Verhältnis zueinander kann anhand verschiedener Auswertealgorithmen zwischen unterschiedlichen Fehlertypen dif‐ ferenziert werden (z. B. Duval’sches Dreieck, Roger’s Ratio etc.). Proben für eine DGA-Analyse sind blasenfrei zu entnehmen. Dazu dienen z. B. spezielle, gasdichte Spritzen (Bild 4. 55), die gleichzeitig als Transportbehälter dienen oder gasdichte Metallbehälter (Bild 4. 56), die randvoll und ebenfalls blasenfrei zu befüllen sind. Abb. 4.55: Gasdichte Spritze mit 3-Wege-Ventil 132 4 Prüfverfahren <?page no="136"?> Abb. 4.56: Gasdichtes Probengefäß aus Metall Weitere Hinweise zur Probenentnahme können von den Prüflaboratorien oder Transfor‐ matorenherstellern geliefert werden. 4. 8. 5. Furfurol-Gehalt / Furane In Hochleistungstransformatoren werden Isoliermaterialien auf Zellulosebasis verwendet. Bei der Alterung dieser Materialien entstehen bestimmte öllösliche Zersetzungsprodukte (Furane), die mittels HPLC (High Pressure Liquid Chromatography = Hochdruck-Flüssig‐ keitschromatographie) analysiert werden. Auf diese Weise liefert die HPLC-Analyse neben der DGA wertvolle Hinweise zum Zustand der Isoliermaterialien, ohne die Anlage zur Ent‐ nahme einer Papierprobe stillsetzen und öffnen zu müssen. 133 4. 8. Prüfverfahren für Isolierflüssigkeiten <?page no="137"?> Abb. 4.57: Perkin Elmer Flexar Pump Ermittelte Werte: Im Öl gelöste Furanderivate Wertebereich und Einheit: 0 - 99 ppm Verfahrensbeschreibung: Für die Messung werden 10 g Öl in 10 ml Pentan gelöst. Das Gemisch wird mittelsUnterdruck durch eine Sili‐ kagel-Säule gesaugt an der sich die polaren Zellulose‐ bestandteile (Furan-Derivate) aus dem Öl anlagern. Da‐ nach werden 20 ml Pentan durch die Säule nachgespült, um sämtliche Ölbestandteile zu entfernen. Nach dem Trocknen der Silikagel-Säule im Vakuum werden die adsorbierten Furanderivate mittels 10 ml Acetonitril in einen Messkolben extrahiert. Nach der Spülprozedur der Trennsäule des Chromato‐ graphen wird das extrahierte Gemisch aus dem Mess‐ kolben in die Probenschleife eingespritzt und die Mes‐ sung gestartet. Die Probe wird durch eine Trennsäule gepumpt. Je nach Art der Furan-Derivate findet eine Wechselwirkung zwischen den Derivaten und der sta‐ tionären Phase der Trennsäule statt. Bei starker Wech‐ selwirkung verbleibt eine Substanz länger auf der Trennsäule (lange Retentionszeit) bei schwacher Wech‐ selwirkung wird die Trennsäule von der jeweiligen Substanz schneller durchlaufen (kurze Retentionszeit). Ein UV/ VIS-Detektor am Ende der Säule detektiert die Komponenten in Elutionsreihenfolge. Folgende Furan‐ derivate werden dabei detektiert. • 5-Hydroxymethyl-2-Furfurol (5HMF) •• 2-Furfurylalkohol (2FOL) •• 2-Furfurol (2FAL) •• 2-Acetylfuran (2ACF) •• 5-Methyl-2-Furfurol (5MEF) • Während des Betriebs eines Transformators ist eine Probenahme an der festen Papieriso‐ lation der Wicklungen nicht möglich. Für die Entnahme einer Papierprobe muss das Gerät abgeschaltet und geöffnet werden. Der dafür nötige Aufwand und die Kosten sind oft für die Betreiber nicht wirtschaftlich. Um dennoch eine Zustandsbeurteilung des Isolierpapiers zu erhalten kann dies mittels einer Öl-Probe erreicht werden. Beim Abbau der Zellulose durch hohe Temperaturen oder anderen Einflussfaktoren entstehen im Isolieröl lösliche Zersetzungsprodukte, welche mit‐ tels Chromatographie bestimmt werden können. Beim Verfahren der Hochleistungs-Flüs‐ sigkeits-Chromatographie (engl. High Performance Liquid Chromatography HPLC) ist es Bedingung, dass sich die Probe in einem Lösungsmittel löst, da im Vergleich zur Gaschro‐ matographie die gemessenen Substanzen nicht zersetzungsfrei in die Gasphase überführt werden können. 134 4 Prüfverfahren <?page no="138"?> 4. 8. 6. PCB-Gehalt Seit 2006 ist der Betrieb von Transformatoren mit PCB-haltigen Betriebsmitteln in Europa verboten. Trotzdem kann in vereinzelten Fällen, z. B. bei Altlasten nicht ausgeschlossen werden, das sich noch PCB-haltige Betriebsmittel im Transformator befinden. Da PCB-hal‐ tige Altöle besonderen Entsorgungsbedingungen unterliegen, ist vor der Entsorgung oder einer Vermischung mit PCB-freien Altölen der PCB-Gehalt zu prüfen (z. B. gemäß DIN EN 12766-2, ASTM D4059). 135 4. 8. Prüfverfahren für Isolierflüssigkeiten <?page no="140"?> 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick Schmierfette zählen zu den konsistenten Schmierstoffen. Vereinfacht gesagt, haben Schmierfette im Vergleich zu einem Schmieröl ihre Fähigkeit eingebüßt, allein durch die Schwerkraft von der Schmierstelle abzufließen. Diese Eindickung wird erreicht, indem bei der Herstellung ein Verdicker in dem Grundöl dispergiert wird. Je höher der Verdi‐ cker-Anteil, um so konsistenter, d. h. steifer wird das Schmierfett. Für die Untersuchung ergeben sich aus der Konsistenz einige Besonderheiten. Deshalb werden die Prüfverfahren für Schmierfette in einem gesonderten Abschnitt behandelt. Ei‐ nige Methoden sind lediglich hinsichtlich der Probenaufbereitung anzupassen. Des Wei‐ teren kommen auch Prüfverfahren zum Einsatz, die für Schmieröle nicht sinnvoll an‐ wendbar sind. Wie im vorangegangenen Kapitel enthält der erste Abschnitt eine tabellarische Übersicht der wichtigsten Verfahren, die je nach ihrer Hauptaussage den Zielgruppen Verschleißer‐ mittlung, Fett-Zustandsbestimmung oder Verunreinigungskontrolle zugeordnet. Zusätzlich ist in der Tabelle auf den nachgeordneten Abschnitt verwiesen, der das Verfahren detailliert beschreibt. Auf diese Weise kann der Leser auf einfache Weise selbst entscheiden, wie de‐ tailliert er sich mit den einzelnen Verfahren befassen möchte. 5. 1. Prüfverfahren für Schmierfette kurz und bündig Gruppe Verfahren CM GCM CC Name Standard*/ ** Beschreibung Ab‐ schnitt X X X Elementana‐ lyse (Emissi‐ onsspektro‐ skopie, Rot‐ rode-OES) ASTM D6595 Bestimmung des Gehalts von >20 Elementen in mg/ kg (ppm). Er‐ fasst werden typische Ver‐ schleißelemente (z. B. Fe, Cr, Al, Cu, Pb, Sn), Additiv-Elemente (z. B. Ca, Mg, Ba, P, Zn, S) und für Verunreinigungen typische Ele‐ mente (z. B. Si, Na, K). Einige Ele‐ mente, wie z. B. Si, Mo, B können mehreren Gruppen zugeordnet werden. Es werden im Fett ge‐ löste Bestandteile und Partikel bis zu einer Größe von max. 5µm erfasst. 5.2.1 X O PQ-Index ASTM D8184 Bestimmung des Gehalts an fer‐ romagnetischen Partikeln in Form des dimensionslosen PQ-Index. Auch Partikel >5µm werden erfasst, im Fett gelöste Bestandteile dagegen nicht. 5.2.2 <?page no="141"?> Gruppe Verfahren X X IR-Spektro‐ skopie (Molekül‐ spektro‐ skopie, FT-IR) DIN 51820 DIN 51542 DIN 51453 ASTM E2412 Ermittlung typischer Verände‐ rungen von Verdickersystem, Ba‐ sisöl und Additiven sowie von hauptsächlich flüssigen Verun‐ reinigungen Ermittelte Kennwerte für allge‐ meine Anwendungen: Oxidation in A/ cm. Überwachung phenolischer An‐ tioxidantien und anderer Addi‐ tive. Anwendung für alle Schmierfette. Anwendbarkeit und Präzision der ermittelte Pa‐ rameter vom Fett-Typ abhängig. 5.2.3 X Wassergehalt KF, coulomet‐ risch, direkt oder indirekt DIN 51777 ASTM D6304 Absoluter Wassergehalt in ppm (gelöstes und freies Wasser). Di‐ rekte Methode: Probe wird direkt in das Reaktionsgefäß einge‐ bracht. Indirekte Methode: Nur das Wasser wird aus der Probe mittels Stickstoff-Strom ins Re‐ aktionsgefäß eingebracht. 5.2.4 X Wassergehalt (Destillati‐ onsver‐ fahren) DIN ISO 3733 Absoluter Wassergehalt in Pro‐ zent nach dem Destillationsver‐ fahren. Angabe je nach Testsub‐ stanz bzw. Probenentnahme in Vol.-% oder Gew.-%. 5.2.4 X Tropfpunkt ASTM D566 ASTM D2265 IP 396 Der Tropfpunkt ist die Tempe‐ ratur, bei der ein flüssig gewor‐ dener Fett-Tropfen durch die Öff‐ nung eines Nippels auf den Boden des Prüfrohrs fällt. 5.2.5 X Penetration (Walk- oder Ruhepenetra‐ tion) DIN ISO 2137, Voll‐ konus: ASTM D217 Viertel‐ konus: ASTM D1403 Messung der Eindringtiefe eines Prüfkonus zur Bestimmung der Konsistenzklasse nach NLGI. Je höher die Eindringtiefe des Prüf‐ konus, umso höher die Penetra‐ tionszahl, um so weicher ist das Schmierfett und umso niedriger die Konsistenzklasse nach NLGI. 5.2.6 X Schervisko‐ sität DIN 51810-1 In einer genormten Prüfprozedur wird die (scheinbare) dynami‐ sche Viskosität bei definierter Scherrate ermittelt und als Scher‐ viskosität zu Beginn und Ende der Prüfprozedur inklusive der prozentualen Abnahme der Scherviskosität angegeben. 5.2.7 X Ausblutver‐ halten (Öl‐ verlust bzw. Ölabgabe) OPM 038 Screening-Test zur Beurteilung des Ölabgabeverhaltens durch Kapillarwirkung im Vergleich zum Frischfett. 5.2.8 138 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="142"?> Gruppe Verfahren X Säurezahl AN (TAN) (potentio‐ metrisch) ASTM D664 (EN 12634) Bestimmung des Säuregehalts in mgKOH/ g. Potentiometrische Titration. Anwendung für Schmierfette nach Aufschluss mittels Lösemittel. Verfahren selbst wie für Schmieröle. 5.2.9 X X X Sulfatasche DIN 51575 ASTM D874 DIN 51803 Bestimt die Menge der aschebild‐ enden Bestandteile eines Schmierfetts oder auch Schmieröls. Bei der Bestimmung bleibt nur Asche zurück, die aus Sulfaten und Verunreinigungen besteht. Durch Abrauchen mit konzent‐ rierter Schwefelsäure werden die Oxide der Asche in entspre‐ chende Sulfate umgewandelt. 5.2.10 X RULER ASTM D7590 ASTM D6971 Bestimmung des prozentualen Anteils der noch unverbrauchten Antioxidantien im Vergleich zum Frischöl durch Lineare Voltam‐ metrie. Angegeben wird der pro‐ zentuale Anteil als einzelne RULER-Zahl je detektiertem An‐ tioxidant und eine Ge‐ samt-RULER-Zahl. Anwendung für alle Schmier- und Funktions‐ flüssigkeiten mit ausgeprägter oxidativer Beanspruchung. 5.2.11 X Verunreini‐ gungen (Mik‐ roskopische Methode) OPM 078 Die Anwendung erfolgt für Schmierfette nach Aufschluss mittels Lösemittel. Anschließend wird die Probe über einen Milli‐ pore-Filter von 1,2µm filtriert. Der getrocknete Filterpatch wird mittels Mikroskop visuell be‐ trachtet und qualitativ bewertet. 5.2.12 X O Analytische Ferrographie ASTM D7690 Identifikation und Klassifizie‐ rung der ferromagnetisch auf einem Glasträger abgeschie‐ denen Verschleißpartikel anhand von Form, Aussehen und Größe in verschleißbezogene Partikel‐ kategorien sowie nichtmetalli‐ sche Verunreinigungen. Die An‐ wendung erfolgt für Schmierfette nach Aufschluss mittels Lösemittel. Das Ver‐ fahren selbst wird wie bei den Schmierölen vorgenommen. 5.2.13 X Ölabschei‐ dung DIN 51817 Bestimmung der Ölabscheidung in einem DIN-konformen koni‐ schem Sieb unter Auflage eines Gewichts. 5.2.14 139 5. 1. Prüfverfahren für Schmierfette kurz und bündig <?page no="143"?> Gruppe Verfahren Nach 18 Stunden (Kurzprüfung) oder 168 Stunden (Normalprü‐ fung) wird die bei einer Testtem‐ peratur von 40°C im Auffangbe‐ hälter abgeschiedene Ölmenge ausgewogen. Das Ergebnis wird relativ zur Fetteinwaage in % (m/ m) angegeben. (CM = Condition Monitoring, GCM = Grease Condition Monitoring, CC = Contamination Control) * ) Sind für ein Prüfverfahren mehrere Standards angegeben, heißt das nicht notwendigerweise, dass diese genormten Prüfverfahren in allen Details inhaltlich gleich sind. * * ) Die in diesem Buch zitierten Standards sind im Abschnitt 12 in einer Übersicht zusammengestellt. Tabelle 5.1: Übersicht der Prüfverfahren für Gebrauchtfette 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette In den folgenden Abschnitten werden die Prüfverfahren und deren Anwendung erläutert. Die Beschreibung dient nur zum Verständnis des Messprinzips, soweit es für das Grund‐ verständnis erforderlich ist. Mehr detaillierte Informationen sind den angeführten Stan‐ dards zu entnehmen. 5. 2. 1. Elementanalyse Es gibt verschiedene Prüfverfahren zur Elementanalyse in Schmierfetten: • Atom-Emissionsspektroskopie (OES) nach dem Rotrode-Prinzip • • Röntgenfluoreszens-Analyse (RFA) nach dem energiedispersiven Prinzip • • Atom-Absorptionsspektroskopie (AAS), z. B. nach dem Flammrohr-Prinzip • • ICP-OES des wässrigen Aufschlusses einer Schmierfett-Probe • In vielen auf die Routineuntersuchung von gebrauchten Schmierfetten spezialisierten kom‐ merziellen Service-Laboratorien wird das Verfahren der Atom-Emissionsspektroskopie nach dem „Rotrode“-Prinzip eingesetzt (Rotrode = Rotating Electrode). Daher wird an dieser Stelle lediglich das Rotrode-Verfahren dargestellt. Das für flüssige Schmierstoffe am häu‐ figsten verwendete ICP-Verfahren ist im Abschnitt 4. 2. 1 beschrieben. 140 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="144"?> Abb. 5.1: Prinzip der OES Abb. 5.2: Spectroil Q 100, Spectro Ermittelte Werte: Aluminium, Barium, Blei, Bor, Chrom, Eisen, Kalium, Kalzium, Kupfer, Magnesium, Molybdän, Natrium, Ni‐ ckel, Phosphor, Silizium, Zink, Zinn Angabe, wenn die Werte über 1 mg/ kg liegen: Silber, Titan, Vanadium, Wolfram Wertebereich und Einheit: 0 bis 30.000 mg/ kg bzw. ppm Verfahrensbeschreibung: Mit dem OES-Verfahren nach dem Rotrode-Prinzip werden die an einem „Funkenrädchen“ anhaftenden Bestandteile einer ca. 2 cm³ großen Schmierstoffprobe in einem Lichtbogen, der bei ca. 40.000 Volt gezündet wird, bis auf über 8.000 °C erhitzt. Die in Form von Temperatur zugefügte Energie regt die Elemente an und veranlasst jedes vorhandene Element, Licht einer charakteristischen Wellenlänge zu emittieren. Der Lichtstrahl wird mit Hilfe eines Kristallgitters (Prinzip Prisma) in seine Spektralfarben (Prinzip Re‐ genbogen) zerlegt. In einer Dunkelkammer sind hinter „Austrittsschlitzen“ in einem Radius Photozellen so an‐ gebracht, dass sie nur das Licht aufnehmen können, das für das jeweilige Element charakteristisch ist. Die durch die Intensität des Lichts angeregte Veränderung der Stromstärke werden in den Photozellen in die Masse des vorhandenen Metalls umgerechnet Tabelle 5.2: Elementanalyse nach dem Rotrode-OES-Verfahren Möglichkeiten und Grenzen Die Elementanalyse ermöglicht die Bestimmung selbst kleiner Elementgehalte im Bereich von einem Tausendstel Prozent. Im Fett gelöste Bestandteile und sehr kleine Partikel werden durch die Verfahren der Atom-Emissionsspektroskopie (OES) sehr gut detektiert. Partikel ab einer Größe von etwa 5 µm werden nicht erkannt, da die kurze Zeit der Ener‐ giezufuhr nicht ausreicht, größere Partikel ausreichend anzuregen, um sie erfassen zu können. Des Weiteren besteht die Tendenz, dass die Partikel mit zunehmender Größe wäh‐ rend des Messvorgangs von der Elektrode abgeschieden werden. Um eine hinreichende Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit zu erreichen, ist die Si‐ cherstellung einer gleichmäßigen, definierten Schichtdicke des Schmierfetts auf der Rot‐ rode von großer Bedeutung. Wie auch bei Schmierölen bedeutet ein in der Elementanalyse festgestellter erhöhter Eisengehalt nicht zwangsläufig, dass Eisen in Form von Partikeln vorhanden ist. Es kann sich ebenso um im Öl gelöste Produkte chemischer Reaktionen handeln, die z. B. durch saure Bestandteile, Feuchtigkeit oder auch tribochemische Prozesse initiiert wurden. Das Rotrode-Verfahren kann auch zur Elementanalyse von pastösen Rückständen ver‐ wendet werden. Zusammen mit der FT-IR-Spektroskopie ist diese Kombination eine ein‐ fache Möglichkeit, grundlegende Informationen zur Zusammensetzung zu erhalten und oft Grundlage der Entscheidung, welche Messverfahren zur mehr detaillierten Analyse einge‐ 141 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="145"?> setzt werden. Insbesondere bei Filterrückständen ist bei der Bewertung zu berücksichtigen, dass es sich - anders als bei der Untersuchung von Flüssigkeiten - lediglich um eine qua‐ litative Aussage handelt, da die Menge der auf einem Filterelement gefundenen Rückstände von einer Vielzahl von Faktoren anhängig ist. Zur Absicherung einer Diagnose, was das Filterelement in ungewöhnlich kurzer Zeit hat blockieren lassen, ist diese preisgünstige Variante jedoch lohnenswert, um Informationen für weitere mögliche Analyseverfahren zu liefern. 5. 2. 2. PQ-Index Der PQ-Index ist ein Screening-Test auf ferromagnetische Partikel. Das Gerät wurde speziell dafür entwickelt, auch größere Verschleißpartikel zu erfassen. Deshalb ist der PQ-Index eine sinnvolle Ergänzung zur Elementanalyse. Das Verfahren Abb. 5.3: Analex PQ 90A Ermittelte Werte: PQ Index Wertebereich und Einheit: 25 - 30.000 (dimensionsloser Index) Verfahrensbeschreibung: Ein Gramm der Schmierfettprobe wird auf einem spe‐ ziellen Probenträger über einen kalibrierten Sensor ge‐ leitet. Je mehr ferromagnetische Partikel von dem Sensor erfasst werden, umso größer ist das durch die Beeinflussung des Magnetfelds entstehende Meß‐ signal. Ein erhöhter Gehalt an ferromagnetischen Par‐ tikeln führt so zu einem höheren PQ-Index. Eine Grö‐ ßenverteilung der Partikel oder Informationen zu ihrer Gestalt wird nicht geliefert. PQ-Index und Elementanalyse ergänzen einander Die Grundregeln der Interpretation sind prinzipiell denen der Ölanalytik vergleichbar. Deshalb sei an dieser Stelle auf den entsprechenden Abschnitt im Kapitel 4. 2. 2 verwiesen. 5. 2. 3. IR-Spektroskopie Aus der Überwachung neuer und im Einsatz befindlicher Schmierfette ist die Inf‐ rarot-Spektroskopie nicht wegzudenken. Anders als die üblicherweise in Durchflusszellen gemessenen flüssigen Schmierstoffe werden Schmierfette entweder mit dem ATR-Ver‐ fahren oder in geteilten Messzellen untersucht. Die Infrarot-Spektroskopie erlaubt die Bestimmung des Verdickersystems, gibt Hinweise zum Grundöltyp und spezifischen Additiven. Die Interpretation erfordert viel Erfahrung, da das IR-Spektrum von allen Bestandteilen des Schmierfetts beeinflusst wird (Grundöl, Verdicker und Additive). 142 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="146"?> Das Verfahren Abb. 5.4: ATR-Zelle des PerkinElmer Spectrum One Ermittelte Werte: a) Identifikation des eingesetzen Verdickersystems und b) Abgleich typischer Grundölbestandteile mit dem Frischfett zur Identifikation von Vermischungen c) Additivabbau Wertebereich und Einheit: a) b) c) Prozent (Frischölwert = 100 %) Verfahrensbeschreibung: Das Prinzip der FT-IR (Fourier-Transform Infrarot) Spektroskopie beruht auf der Tatsache, dass die im Schmierstoff vorhandenen Moleküle aufgrund ihrer typischen Bindungsform das Infrarotlicht bei be‐ stimmten Wellenlängen unterschiedlich stark absor‐ bieren. Veränderungen im Gebrauchtfett können im Vergleich mit dem Frischfett-Referenzspektrum in Form von ty‐ pischen „Peaks“ bei bestimmten „Wellenzahlen“ fest‐ gestellt, ggf. berechnet und interpretiert werden. Abb. 5.5: Agilent A2 Spektrometer mit geteilter Messzelle Das folgende Bild zeigt das FT-IR-Spektrum eines in der teilbaren Messzelle untersuchten Mehrzweckfetts (Mineralöl mit Li-OH-Verdicker): 143 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="147"?> Abb. 5.6: FT-IR-Spektrum eines frischen Mehrzweckfetts mit einem Li-OH-Verdicker 5. 2. 4. Wassergehalt Zur Überwachung des Wassergehalts in Schmierfetten finden überwiegend folgende Ver‐ fahren Anwendung: • Titration nach Karl-Fischer • • Destillationsverfahren • Beide Verfahren wurden bereits in den Abschnitten 4. 5. 1 beschrieben. Die Bestimmung des Wassergehalts mittels FT-IR-Spektroskopie wird durch Interfe‐ renzen mit verschiedenen Bestandteilen einzelner Verdickersysteme erschwert. Da verschiedene Verdickersysteme ein unterschiedliches Wasseraufnahmevermögen be‐ sitzen, ist bei der Bewertung des gemessenen Wassergehaltes unbedingt der Einfluss der einzelnen Verdickersysteme und des Grundöls zu berücksichtigen. 5. 2. 5. Tropfpunkt Aufgrund ihrer Konsistenz haben Schmierfette im Allgemeinen eine längere Verweildauer in unbelasteten Kontakten als Schmierflüssigkeiten. Der Tropfpunkt beschreibt die Tem‐ peratur, bei der sich bei Erwärmung des Schmierfetts Öltropfen aus dem Verbundsystem Öl-Verdicker lösen und in einer Prüfapparatur zu Boden fallen. Diese Temperatur ist haupt‐ sächlich vom eingesetzten Verdicker-System abhängig. 144 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="148"?> Abb. 5.7: Mettler-Toledo FP83HT, FP90 Ermittelte Werte: Tropfpunkt Wertebereich und Einheit: 20 - 250°C Verfahrensbeschreibung: Eine kleine Probenmenge wird in einem ge‐ normten Prüfgefäß unter definierten Bedin‐ gungen erwärmt. Der Tropfpunkt ist die Tem‐ peratur, bei der ein flüssig gewordener Fett-Tropfen durch die Öffnung eines Nippels auf den Boden des Prüfrohrs fällt. Der Tropfpunkt ist in erster Linie fester Bestandteil der Produktionskontrolle. Darüber hinaus ist er zusammen mit der Penetration einer der Parameter, die sich beispielsweise bei der Vermischung von Schmierfetten mit unverträglichen Verdickersystemen sehr wahr‐ scheinlich und signifikant ändern. Der Tropfpunkt ist nicht mit der oberen Einsatztemperaturgrenze des Schmierfetts iden‐ tisch. Auch Gleichungen wie „Tropfpunkt minus 50 °C“ werden den verschiedenartigen Anwendungen und Verdickertypen nicht gerecht. Bei der Überwachung vom Gebrauchtfetten wird der Tropfpunkt zur Beurteilung des allgemeinen Fettbzw. Verdickerzustands herangezogen. 5. 2. 6. Penetration und Konsistenzklasse Schmierfette kombinieren die Eigenschaften ihrer Komponenten, d. h. von Flüssigkeiten und festen Körpern. Anhand der Penetration eines Prüfkegels wird - einfach gesagt - ihre Steifigkeit geprüft. Die Konsistenz eines Schmierfettes ist seine Widerstandsfähigkeit gegen Verformung. Im Bild 5. 8 ist links ein Blockfett sehr hoher Konsistenz (NLGI 6) dargestellt, rechts ein Mehrzweckfett (NLGI 2) 145 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="149"?> Abb. 5.8: Konsistenz im Vergleich. Die Penetration, gemessen als Eindringtiefe eines Prüfkegels in das Schmierfett, ist ein Maß für die Konsistenz. Anhand der Walkpenetration werden Schmierfette nach einer Skala des NLGI (National Lubricating Grease Institute) in Konsistenzklassen eingeteilt. Fette von weicher Konsistenz setzten dem Eindringen des Prüfkegels weniger Widerstand entgegen, was sich in einer niedrigen Konsistenzklasse niederschlägt und umgekehrt. 146 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="150"?> NLGI-Konsistenzklassen Konsistenz [NLGI-Klasse] Walkpenetration [1/ 10 mm] Fließfette 000 445 - 475 00 400 - 430 0 355 - 385 Schmierfette 1 310 - 340 2 265 - 295 3 220 - 250 4 175 - 205 Dicht- und Blockfette 5 130 - 160 6 85 - 115 (Ruhepenetration) Tabelle 5.3: Konsistenzklassen nach NLGI Die Konsistenz eines Schmierfettes ist weniger relevant für die Schmierung, jedoch von großer Bedeutung für ihre grundlegende Fähigkeit, länger an der Schmierstelle zu ver‐ weilen. Auch die Förderbarkeit des Schmierfetts wird in starkem Maße von der Konsistenz geprägt. Walk- und Ruhepenetration Schmierfette ändern ihre Konsistenz bei mechanischer Beanspruchung, so auch z. B. im Wälzlager während ihres Einsatzes. Je nach Intensität und Dauer reagieren die einzelnen Verdicker-Systeme, indem sie unterschiedlich stark und schnell erweichen sowie auch darin, inwieweit sie nach längerer Ruhepause wieder fester werden. Die Messung der Penetration hat sich in zwei unterschiedlichen Probenbehandlungen vor der eigentlichen Messung etabliert: • Walkpenetration: Messung der Schmierfettprobe nach einem definierten Walkpro‐ • zess • Ruhepenetration: Messung der eine bestimmte Mindestzeitspanne ruhenden • Schmierfettprobe, ohne wie zu walken Gemessen wird in der Regel bei Raumtemperatur. 147 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="151"?> Abb. 5.9: Penetrationsmessung im Viertelkonus Der Vergleich von Ruhe- und Walkpenetration gibt einen Hinweis auf die Walkstabilität des Schmierfetts. Dieser Wert ist jedoch nur eine grobe Information, die angesichts der deutlich vielfältigeren Beanspruchung in verschiedenen Anwendungen nur eingeschränkte Aussagekraft besitzt. Abb. 5.10: Petrotest PRN 10 Ermittelte Werte: Walk- oder Ruhepenetration Wertebereich und Einheit: 0 - 500 mm/ 10 (Zehntelmillimeter) Verfahrensbeschreibung: Ein genormter Konus dringt in eine bestimmte Menge Fett ein. Die in 5 Sekunden erzielte Eindringtiefe, ge‐ messen in 0.1 mm, ergibt die Penetrationszahl. Ist das Fett sehr weich, so dringt der Konus tief ein und man liest eine hohe Penetrationszahl ab. Ist das Schmierfett fester, dringt der Konus weniger tief ein und man liest eine geringe Eindringtiefe ab. Anhand der Walkpenet‐ ration werden Schmierfette in Konsistenzklassen nach NLGI eingeteilt. Die Messung erfolgt für Frischfette in der Regel mittels des relativ großen, auch „Vollkonus“ genannten Prüfkegels. Insbesondere im Bereich der Gebrauchtfettüberwachung wird man‐ gels ausreichender Fettmenge oft ein deutlich kleinerer, auch „Viertelkonus“ genannter Prüfkegel verwendet. 148 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="152"?> Abb. 5.11: Viertel- und Vollkonus im Vergleich Anhand von Umrechnungsfaktoren kann auf diese Weise trotz geringer Fettmenge die Pe‐ netration bestimmt werden. Veränderungen der Konsistenz während des Betriebs Während des Einsatzes erfährt das Schmierfett je nach Anwendung und Umgebung eine ganze Reihe typischer Veränderungen, die die Konsistenz des Schmierfetts auch dauerhaft verändern. Während einige Einflüsse eher zu einem Erweichen des Schmierfetts führen, haben andere ein Erhärten zur Folge. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über wichtige Einflussparameter und deren möglichen Auswirkungen, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben. Beanspruchung bzw. Einflussgröße Erweichen Verhärten Wassereintrag X Fremdöleintrag X Mechanische Beanspruchung X Vermischung mit anderem Fett X X Grundöloxidation X Ausbluten X Verdicker-Oxidation X Thermische Zersetzung („Carbonizing“) X Verschleißpartikel X Verunreinigungspartikel X Tabelle 5.4: Veränderung der Konsistenz und ihre möglichen Ursachen 5. 2. 7. Scherviskosität Anhand der Scherviskosität werden die rheologischen Eigenschaften eines Schmierfetts inclusive deren Veränderungen nach definierter Scherbeanspruchung beurteilt. 149 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="153"?> Die Scherviskosität eines Schmierfettes wird bei konstanter Scherrate nach definierter Vorscherung in einem Rheometer mit dem System Platte-Kegel gemessen. Sie beschreibt, die Auswirkungen einer definierten Scherbeanspruchung auf das Fließverhalten des Schmierfetts. Abb. 5.12: Anton Paar Rheometer Phy‐ sica MCR301, Prüfsystem Kegel-Platte Ermittelte Werte: Scherviskosität zu Beginn und Ende einer definierten Prüfprozedur Prozentuale Veränderung der Scherviskosität Wertebereich und Einheit: Scherviskosität: 1 - 9999 mPa·s Veränderung der Scherviskosität: % Verfahrensbeschreibung: Das Kegel-Platte-System wird mit ca. 2 g des homoge‐ nisierten und entlüfteten Fetts befüllt, eingestellt und temperiert. In einer genormten Prüfprozedur wird die (scheinbare) dynamische Viskosität bei definierter Scherrate ermittelt und als Scherviskosität zu Beginn und Ende der Prüfprozedur inklusive der prozentualen Abnahme der Scherviskosität angegeben. Die Scher-Viskosität wird zu Beginn und zum Ende des Testzyklus bestimmt und der daraus berechnete Scherviskositäts-Verlust prozentual angegeben. Anhand dieser Kennzahl kann beispielweise auf die Drehzahleignung des Fetts geschlossen werden. 5. 2. 8. Ausblutverhalten („Restölgehalt“ mittels Siemens-Ring) Das Ölabgabeverhalten eines Schmierfetts ist sehr wichtig, jedoch zugleich sehr stark von dem Schmierfett, der Anwendung und den Einsatzbedingungen abhängig. Der Ausblut-Test mittels Siemens-Ring ist eine einfache Screening-Methode, die die Öl-Abgabe eines im Einsatz befindlichen Schmierfetts mit dem des neuen Schmierfetts ver‐ gleicht. Dazu wird ein mit Fett befüllter Ring auf einem Filterpapier bei definierter Tem‐ peratur eine bestimmte Zeitspanne aufgesetzt. Die ins Filterpapier abgegebene Ölmenge wird per Differenzwägung ermittelt. Zusätzlich wird der Tüpfeldurchmesser ermittelt. Durch den Vergleich der Werte des Frischfetts mit dem des im Einsatz befindlichen Schmier‐ fetts wird die Veränderung des Ölabgabeverhaltens beurteilt. 150 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="154"?> Abb. 5.13: „Siemens-Ring“ auf einem Tüpfelpapier Ermittelte Werte: Restölgehalt (Ölabgabe in FIlterpapier) Tüpfeldurchmesser Wertebereich und Einheit: Restölgehalt: 0 - 99 % Tüpfeldurchmesser: 1 - 50 mm Verfahrensbeschreibung: Der mit ca. 1 g Fett homogen befüllte Siemens-Ring wird auf ein Filterpapier aufgesetzt und für 6 h bei 80 °C im Ofen gelagert. Das Gewicht des Rings nach der Prüfprozedur zeigt im Vergleich zur Einwaage den Öl‐ verlust. Der Durchmesser des auf dem Papier entste‐ henden Tüpfels wird gemessen. Vom Tüpfel wird ein Foto erfasst. Gibt das Gebrauchtfett im Vergleich zum Frischfett deutlich mehr Öl ab, kann das auf eine Zerstörung der Fettstruktur z. B. durch Wasser, Vermischung oder mechanische Überbean‐ spruchung hinweisen. Gibt das Gebrauchtfett dagegen deutlich weniger Öl ab, kann das Fett durch starke Öl-Abgabe ausgeblutet sein oder die Öl-Abgabe hat sich durch Öloxida‐ tion, Verunreinigungen, zu lange Nachschmierfristen o. ä. verschlechtert. Das Verfahren ist zur Untersuchung gebrauchter Fette sehr interessant, weil es mit ge‐ ringer Fettmenge eine praktikable Aussage liefert. Viele nach DIN oder ASTM genormte Prüfverfahren können mangels ausreichender Fettmenge für Gebrauchtfette in der Regel nicht angewandt werden. 5. 2. 9. Säurezahl AN Durch Öloxidation entstehen Carbonsäuren. Deshalb ist die Säurezahl ein wichtiger Para‐ meter zur Beurteilung des Ölbzw. Fettzustandes. Schmierfette werden vor der eigentlichen Titration aufgelöst. Für klassische Seifenfette hat sich dazu eine Mischung aus Heptan, Dichlormethan und Ethanol bewährt. Anschließend wird eine potentiometrische AN-Tit‐ ration durchgeführt, wie bereits im Abschnitt der Ölanalysen beschrieben. Daher wird an dieser Stelle auf eine weitere Beschreibung des Verfahrens verzichtet. Bei der Bewertung der AN ist zu berücksichtigen, dass in der Titration neben sauren Oxidationsprodukten auch Additiv- und Verdicker-Bestandteile erfasst werden. Ist das Fett ausgeblutet oder haben sich Additive abgebaut, sind diese Umstände entsprechend zu be‐ rücksichtigen. 5. 2. 10. Sulfatasche Der Sulfataschegehalt eines neuen Schmierfetts wird hauptsächlich durch den Gehalt me‐ tallbasischer Additiv- und Verdicker-Bestandteile bestimmt. Im Einsatz verändert sich der Sulfat-Aschegehalt z. B. durch metallischen Abrieb oder feste Verunreinigungen (Staub). Auch das Ausbluten eines Schmierfetts oder der Eintrag eines anderen Schmierstoffs hat einen Einfluss darauf. Im Vergleich mit dem Frischfett kann z. B. auf Lagerverschleiß oder starke Verunreinigungen geschlossen werden. 151 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="155"?> Abb. 5.14: Phoenix Microwave Furnace Ermittelte Werte: Sulfataschegehalt Wertebereich und Einheit: 1 - 49 Gew.-% Verfahrensbeschreibung: Die Sulfatasche wird bestimmt durch Ausglühen der Probe bei 775 °C. Bei dieser Temperatur „verbrennen“ alle organischen Bestandteile der Probe. Es bleibt nur Asche zurück, die aus Metalloxiden und Verunreini‐ gungen besteht. Durch Abrauchen mit konzentrierter Schwefelsäure werden die Oxide der Asche in entsprechende Sulfate umgewandelt. Die Gewichtsdifferenz der zurückbleib‐ enden Menge wird angegeben. 5. 2. 11. RULER Eine einfache Möglichkeit zur Überwachung der Antioxidantien von Schmierfetten bietet das RULER-Gerät. Das Verfahren wurde bereits im Abschnitt der Ölprüfverfahren be‐ schrieben. An dieser Stelle werden lediglich einige fettspezifische Hinweise gegeben. Abb. 5.15: RULER-Diagramm eines Schmierfettes (Grün: Frischfett. Rot: Gebrauchtfett) Anhand der RULER-Zahl zu jeder bestimmten Additiv-Komponente wird auf den Zustand der Antioxidantien des Schmierfetts im Vergleich zum Frischfett geschlossen. Daher ist die Verfügbarkeit einer Frischfettanalyse besonders wichtig. Weitere Hinweise zur grundlegenden Interpretation sind im Abschnitt der Ölprüfver‐ fahren gegeben. 152 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="156"?> 5. 2. 12. Verunreinigungen (Visuelle Prüfung) Die Reinheit von Hydraulikbzw. Schmierölproben wird, wie im Abschnitt der Prüfver‐ fahren für Öle beschrieben, anhand einer Partikelzählung durchgeführt. Die in einem Schmierfett enthaltenen partikulären Verunreinigungen können nach dem Auflösen des Schmierfetts anhand einer mikroskopischen Untersuchung visuell beurteilt werden. Dazu wird zunächst das Schmierfett aufgelöst und ein Filterpatch in Anlehnung an die Probenaufbereitung zur mikroskopischen Partikelzählung für Schmieröle, hergestellt. Dieser Filterpatch wird mittel Mikroskop untersucht. Abb. 5.16: Filterpatch einer Schmierfettprobe und Bildausschnitt zur visuellen Beurteilung der ent‐ haltenen Partikel 5. 2. 13. Analytische Ferrographie Wie bereits im Abschnitt der Prüfverfahren für Öle beschrieben, handelt es sich beim Ver‐ fahren der Analytischen Ferrographie nicht um eine Partikelzählung im eigentlichen Sinn. In dem Verfahren werden hauptsächlich die metallischen Partikel auf ferromagnetischem Wege von dem Öl getrennt, auf einem gläsernen Objektträger aufgebracht und manuell unter Zuhilfenahme eines bi-chromatischen Mikroskops ausgewertet. Dabei werden die Partikel nach äußerer Gestalt, Farbe und Größe in einem Ratingverfahren qualitativ und semi-quantitativ bewertet. Nach der Auflösung einer Schmierfettprobe kann diese demselben Verfahren unterzogen werden, um weitergehende Hinweise zu dem Entstehungsmechanismus der Verschleiß‐ partikel zu erhalten. Anhand dieser Information können die Partikel oft bestimmten Ma‐ schinenelementen zugeordnet werden. Des Weiteren sind oft auch Hinweise zu weiteren Ursachen zu erkennen, z. B. anhand einer erhöhten Konzentration an abrasiv wirkenden Staubpartikeln. Weitere Hinweise sind dem entsprechenden Abschnitt des vorherigen Kapitels zu ent‐ nehmen. 153 5. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Schmierfette <?page no="157"?> 5. 2. 14. Ölabscheidung Das Verfahren dient der Bestimmung der Ölabscheidung von Schmierfetten unter stati‐ schen Bedingungen. Das Ergebnis erlaubt einen Rückschluss auf die Neigung des ent‐ sprechenden Fetts zur Ölabscheidung unter Lagerbedingungen. Abb. 5.17: Zylindrisches Prüfgefäß aus Metall zur Bestimmung der Ölabschei‐ dung Ermittelte Werte: Ölabscheidung (Siebmethode) Wertebereich und Einheit: Ölabscheidung: 0 - 99 % Verfahrensbeschreibung: Das zu untersuchende Fett wird homogen in einen zy‐ lindrischen Prüfkörper gefüllt, an dessen Boden sich ein konisches Sieb befindet. Das Probengewicht wird mit einer Waage ermittelt. Das Probengefäß wird in einen Ölauffangbehälter eingesetzt und auf die Probenober‐ fläche wird ein Gewichtsstück aufgesetzt, um den Druck auf die Probe zu erhöhen. Nach 18 Stunden (Kurzprüfung) oder 168 Stunden (Nor‐ malprüfung) wird die bei einer Testtemperatur von 40°C im Auffangbehälter abgeschiedene Ölmenge ausge‐ wogen. Das Ergebnis wird relativ zur Fetteinwaage in % (m/ m) angegeben. Das Verfahren kann sowohl in verkürzter Form (18 h Prüfdauer) als auch als Normalprüfung (Prüfdauer 1 Woche = 168 h) durchgeführt werden. Es erlaubt lediglich generelle Hinweise zur Öl-Abgabe unter statischen Bedingungen. In der Anwendung ist die Öl-Abgabe von vielen zusätzlichen Faktoren abhängig, beispielsweise von der Temperatur, dem Druck, der Drehzahl, der Schwingungsbeanspruchung etc. 154 5 Prüfverfahren für Schmierfette im Überblick <?page no="158"?> 6 Analysen zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln Verbrennungsmotoren bedürfen einer intensiven Kühlung. Insbesondere vor dem Hinter‐ grund zunehmender Leistungsdichte und stetig verschärften Emissionswerten, sind mo‐ derne Verbrennungsmotoren fast ausschließlich mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet. Auch Getriebe oder andere Komponenten verfügen zunehmend über ein aktives Kühl‐ system, das je nach Anforderungen luft- oder flüssigkeitsgekühlt ausgeführt wird. Kühlerfrostschutzmittel bestehen hauptsächlich aus Ethylenglykol oder artverwandten Verbindungen, Wasser und Korrosionsinhibitoren. Allermeist werden sie als Konzentrat verkauft, jedoch sind auch Fertigmischungen am Markt erhältlich. Kühlerfrostschutzmittel stellen nicht nur den Gefrierschutz sicher. Sie sorgen für den Schutz der mit dem Kühlerfrostschutzmittel in Berührung kommenden Metallteile vor Korrosion und stellen den Siedepunkt des Gemischs ein. Daher sind Motoren auch im Sommer mit der durch den Motorenhersteller angegebenen Mindestkonzentration von Kühlerfrostschutzmittel zu betreiben. Die Qualität des zu verwendenden Kühlerfrostschutzmittels ist in der Regel in den Be‐ triebsvorschriften definiert. Zunehmend geben die Hersteller von Kühlerfrostschutzmitteln und Motoren auch Mindestanforderungen für die Qualität des Wassers an, das zur Her‐ stellung der entsprechenden Mischung verwendet werden darf. Wie im vorangegangenen Kapitel enthält der erste Abschnitt eine tabellarische Übersicht der wichtigsten Prüfverfahren. Zusätzlich sei auf die folgenden Abschnitte verwiesen, welche die Verfahren detailliert beschreiben. 6. 1. Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel kurz und bündig Verfahren Name Standard*/ ** Beschreibung Abschnitt Brechungsindex ASTM D3321 Der Brechungsindex wird mittels eines Re‐ fraktometers bestimmt. Beim Eintritt eines Lichtstrahls aus dem Kristall in das Kühler‐ frostschutzmittel wird der Brechungsindex gemessen. Ethylenglykol, Propylenglykol und Wasser haben unterschiedliche Bre‐ chungsindizes. Somit kann mit Hilfe des ge‐ messenen Wertes der Glykolanteil im Kühl‐ mittel bestimmt werden. 6.2.1 Dichte bei 20 °C ASTM D5931 Bestimmung der Dichte nach dem U-Rohr-Verfahren. Über die Änderung der Schwingungsfrequenz des leeren und des be‐ füllten U-Rohrs, die proportional zur Dichte verläuft, kann die Dichte bezogen auf eine Temperatur errechnet werden. Die Dichte gilt zusammen mit dem Brechungsindex als Kon‐ 6.2.2 <?page no="159"?> Verfahren trollparameter zur Unterscheidung von Ethylen- und Propylen-Glykol. Elementanalyse (ICP) ASTM D6130 Ermittlung des Gehalts von Elementen, die typisch sind für Verunreinigungen, Korrosi‐ onsprodukte aber auch Inhibitoren. Die emit‐ tierte Strahlung weist für jedes enthaltene Element Licht einer charakteristischen Wel‐ lenlänge auf. Dessen Intensität wird anhand von CCD-Sensoren erfasst und durch den Ver‐ gleich mit Kalibrations-Standards in eine Konzentration umgerechnet. 6.2.3 Gehalt organischer Säuren (HPLC) OPM 105 Organische Säuren geben Aufschluss über den Gehalt an Konservierungs- und Korrosi‐ onsschutzmitteln. Die verdünnte Probe wird mit Hilfe einer mobilen Phase auf eine chro‐ matographische Trennsäule gegeben. Da‐ durch erfolgt eine Auftrennung der Probe in die einzelnen Analyten. Die einzelnen Ana‐ lyten werden nach der Auftrennung anhand einer charakteristischen Retentionszeit mit einem UV/ VIS-Detektor erfasst. 6.2.4 Anionen-Gehalt (IC) OPM 104 Ziel der Ionenchromatographie ist es, z. B. Chlorid, Sulfat, Bromid und Fluorid (Verunrei‐ nigungen) sowie Inhibitoren wie Nitrat, Nitrit und Phosphat zu erfassen. Bei der Ionenchro‐ matographie wird die Kühlmittel-Probe auf eine chromatographische Trennsäule gespült. Je nach Größe und Ladung des Ions retardieren diese unterschiedlich stark auf der Trenn‐ säule, wodurch es zur Auftrennung kommt. Durch zunehmenden pH-Wert des Laufmit‐ tels, der über einen Gradienten geregelt wird, werden die Ionen nach und nach von der Säule eluiert und mittels eines Leitfähigkeitsdetek‐ tors registriert. 6.2.5 pH-Wert ASTM D1287 Der pH-Wert gibt den basischen oder sauren Charakter einer Lösung an. Er ist das Maß für die Stärke der basischen oder sauren Wirkung einer Lösung. Typische Kühlerfrostschutzmittel weisen eine leichte Alkalität auf. Ein sinkender pH-Wert weist auf Additivabbau und zunehmende Kor‐ rosionsgefahr hin. 6.2.6 Reservealkalität ASTM D1121 OPM 010 Die Reservealkalität ist ein Maß für die Puf‐ ferkapazität des Kühlerfrostschutzmittels. Eine sinkende Reservealkalität weist auf ein abnehmendes Neutralisationsvermögen hin. Die Probe wird mit Wasser verdünnt und an‐ schließend mit Salzsäure bis zum Erreichen von pH 5.5 titriert. Der Verbrauch an Salz‐ säure-Lösung in ml wird als Ergebnis ange‐ geben. 6.2.7 156 6 Analysen zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln <?page no="160"?> Verfahren Visuelle Kontrolle OPM 081 Die befüllten Probenracks werden mit ihren transparenten OELCHECK-Gefäßen für min‐ destens 15 Minuten im „Kopfstand“, d. h. auf dem Deckel stehend, gelagert. Etwaige Fremd‐ stoffe sinken auf die weiße Deckelinnenfläche und sind nach dem Umdrehen und Öffnen leicht erkennbar. Des Weiteren werden Fär‐ bung, Homogenität und Trübung bewertet. 6.2.8 Tabelle 6.1: Übersicht der Prüfverfahren für Kühlerschutzmittel 6. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel 6. 2. 1. Brechungsindex Der Brechungsindex beschreibt die optische Dichte eines Materials. Beim Durchgang einer Mediengrenze wird ein Lichtstrahl durch Brechung in Abhängigkeit der optischen Dichten beider Medien abgelenkt. Ethylenglykol, Propylenglykol und Wasser haben unterschied‐ liche Brechungsindizes. Somit kann mit Hilfe des gemessenen Wertes der Glykolanteil im Kühlmittel bestimmt werden. In Kombination des Brechungsindex mit der Dichte ist es‐ möglich, zu überprüfen, ob es sich um Ethylen- oder Propylenglykol handelt. Abb. 6.1: Mettler-Toledo Brech‐ zahl-Modul RX40 Ermittelte Werte: Brechungsindex (daraus berechnet: Glykol-Konzentration, Gefrierpunkt Wertebereich und Einheit: 1,3200 - 1,7000 Verfahrensbeschreibung: Die Probe wird mittels Autosampler in das Meßgerät injiziert und auf einen Kristall aufgetragen. Der durch den Kristall in die Probe geführte Lichtstrahl wird re‐ flektiert und tritt anschließend wieder aus. Anhand der dadurch auftretenden Lichtbrechung wird der Bre‐ chungsindex ermittelt. Tabelle 6.2: Brechungsindex Der Gehalt an Ethylenglykol oder Propylenglykol bestimmt vor allem die thermischen Ei‐ genschaften des Kühlmittels. Einerseits wird ein bestimmter Gefrierschutz sichergestellt, andererseits der Siedepunkt des Gemisches im Vergleich zu dem von Wasser erhöht. Die Konzentration des Kühlerfrostschutzmittel-Konzentrats bestimmt auch den Gehalt an Ad‐ ditiven und beeinflusst daher ganz erheblich die Korrosionsschutz-Eigenschaften. 157 6. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel <?page no="161"?> 6. 2. 2. Dichte Die Dichte, Quotient aus Masse und Volumen, ist eine stoffspezifische physikalische Größe. Sie wird, in Verbindung mit anderen Messgrößen, wie z. B. dem Brechungsindex, zur Cha‐ rakterisierung eines Kühlmittels herangezogen. So kann anhand der Dichte und des Bre‐ chungsindex die Berechnung der Glykol-Konzentration verifiziert werden. Abb. 6.2: Mettler Dichtemessgerät DM40 Ermittelte Werte: Dichte bei 20 °C Wertebereich und Einheit: 800 - 1.999 kg/ m³ Verfahrensbeschreibung: Zur Bestimmung der Dichte wird die flüssige Probe in ein temperiertes U-Rohr gesaugt. Nach dem Befüllen wird eine Schwingung angeregt. Über die Änderung der Eigenfrequenz des leeren und des befüllten U-Rohrs, die proportional zur Dichte verläuft, kann die Dichte errechnet werden. Die Dichte wird standard‐ mäßig bei einer Temperatur von 20 °C gemessen. 6. 2. 3. Elementanalyse (ICP) Die Konzentration bestimmter Elemente in Kühlerfrostschutzmitteln oder -konzentraten er‐ laubt Rückschlüsse auf deren Additivierung, den Eintrag bestimmter Verunreinigungen sowie die Bildung von Korrosionsprodukten. Besonders hilfreich ist der Abgleich der Ele‐ mentgehalte des im Einsatz befindlichen Produkts mit den Referenzwerten des unbenutzten Produktes. Die ICP-Methode überwacht die Gehalte von Kationen, während die Ionenchromato‐ graphie zur Überwachung von Anionen benutzt wird. Neben diesen beiden Verfahren gibt es noch andere, die an dieser Stelle jedoch nicht behandelt werden sollen. Abb. 6.3: Spectro Arcos SOP Ermittelte Werte: Elementgehalte für bis zu 20 Einzelelemente Wasserqualität: Ca, Mg (Wasserhärte) Verunreinigungen: Ag, Al, Cr, Cu, Fe, Li, Mn, Ni, Pb, Ti, V, Zn Typische Additiv-Elemente: B, K, Mo, Na, P, Si Wertebereich und Einheit: 0 - 10.0000 mg/ kg (ppm) Verfahrensbeschreibung: Vom Probenwechsler werden die Proben mit einer pe‐ ristaltischen Pumpe angesaugt. Im Zerstäuber werden sie anschließend mit einem Argonstrom vernebelt. Das Aerosol gelangt in eine Spraykammer, in der große Tropfen abgeschieden werden. Das so aufbereitete Ae‐ rosol gelangt nun in das Plasma, dessen Temperatur ca. 10.000 °C beträgt. Dadurch verdampft die Probenmatrix Die verbleibenden Atome werden durch den hohen 158 6 Analysen zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln <?page no="162"?> Energieüberschuss angeregt. Die Elemente werden an‐ hand ihrer charakteristischen Emissionslinien detektiert und der jeweiligen Lichtintensität quantifiziert. Durch variierende Mischungsverhältnisse der untersuchten Kühlmittel verursachte Schwankungen in der Ae‐ rosol-Zusammensetzung werden durch den Abgleich mit einem internen Standard korrigiert. Der Vergleich der Elementgehalte von filtrierten und unfiltrierten Kühlerfrostschutzmitteln ermöglicht zudem die Unterscheidung zwischen gelösten und partikulären Bestandteilen. Somit erlauben die Gehalte an Additiv-Elementen eine erste, grobe Beurteilung des In‐ hibitor-Systems, des Alterungsstadiums und eingeschränkt des Mischungsverhältnisses. Der Gehalt an Elementen erlaubt auch Rückschlüsse auf z. B. Korrosion von Bauteilen, Lötverbindungen oder Reste von Flussmitteln. Die Gehalte an Erdalkalimetallen im An‐ mischwasser lässt Rückschlüsse auf dessen Härtegrad zu. 6. 2. 4. Gehalt organischer Säuren (HPLC) In modernen Kühlerfrostschutzmitteln werden organische Säuren als Korrosions-Inhibi‐ toren eingesetzt. Kommen im Kühlerfrostschutzmittel gleichzeitig Additive auf organischer und anorganischer Basis zum Einsatz, werden diese als Hybrid-Produkt bezeichnet. Es sind jedoch auch Produkte verfügbar, die allein auf organischer Basis additiviert sind. Durch die Untersuchung mittels HPLC kann geprüft werden, ob der Inhibitorgehalt noch in ausreichender Menge vorhanden ist. Auf diese Weise können sowohl Vermischungen mit anderen Kühlerfrostschutzmitteln als auch ein Additivabbau erkannt werden. 159 6. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel <?page no="163"?> Abb. 6.4 HPLC System UltiMate 3000 Thermo Fisher Scientific Ermittelte Werte: Gehalt an organischen Säuren (Adipinsäure, Benzoe‐ säure, 2-Ethylhexansäure, Sebacinsäure, Oktansäure, Isononansäure, Toluolsäure, Mercaptobenzothiazol, Tolyltriazol, Benzotriazol) Wertebereich und Einheit: 0 - 1000 mg/ L Verfahrensbeschreibung: Wenige Mikroliter der verdünnten Probe werden mit Hilfe einer mobilen Phase auf eine chromatographische Trennsäule gegeben. Die einzelnen, in dem Verfahren zu bestimmenden organischen Säuren (Analyten) ver‐ bleiben aufgrund von Wechselwirkungen unterschied‐ lich stark auf der stationären Phase der Säule. Dadurch erfolgt eine Auftrennung der Probe in die einzelnen Analyten. Nach und nach eluieren diese durch eine ge‐ steuerte Erhöhung des unpolaren Anteils in der mobilen Phase und werden anhand einer charakteristischen Re‐ tentionszeit mittels eines Diodenarray-Detektors re‐ gistriert. 6. 2. 5. Anionen-Gehalt (IC) Anionen sind sowohl Bestandteil einiger Kühlerfrostschutz-Additive als auch im Basis‐ wasser vorhanden, mit welchem das Kühlmittelkonzentrat gemischt wird. Außerdem bilden sich bei thermischer und chemischer Belastung des Glykols anionische Abbaupro‐ dukte, die ebenfalls gemessen werden können. Deshalb wird der Anionen-Gehalt sowohl zur Bewertung der Qualität des Wassers als auch zur Überwachung der Einsatzfähigkeit des Kühlerfrostschutzmittels herangezogen. 160 6 Analysen zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln <?page no="164"?> Abb. 6.5: Integrion RFIC Thermo Fisher Scientific Ermittelte Werte: Gehalt an Anionen (Fluorid, Chlorid, Bromid, Nitrat, Nitrit, Sulfat, Phosphat, Acetat, Formiat, Adipinat, Oxalat) Wertebereich und Einheit: 0 - 1000 mg/ L Verfahrensbeschreibung: Bei der Ionenchromatographie wird die verdünnte Kühlmittel-Probe nach einem Aufkonzentrierungs‐ schritt mit Reinstwasser auf eine chromatographische Trennsäule gespült. Dort verbleiben die Anionen auf‐ grund von ionischen Wechselwirkungen auf der Trenn‐ säule. Je nach Größe und Ladung des Ions retardieren diese unterschiedlich stark auf der Trennsäule, wo‐ durch es zur Auftrennung kommt. Durch den zunehm‐ enden pH-Wert im Laufmittel, der über einen Gra‐ dienten geregelt wird, werden die Ionen nach und nach von der Säule eluiert und mittels eines Leitfähigkeits‐ detektors registriert. 6. 2. 6 pH-Wert Der pH-Wert gibt den basischen oder sauren Charakter einer Lösung an bzw. ist das Maß für die Stärke der basischen oder sauren Wirkung einer Lösung. Die grundlegende Bedeu‐ tung und Anwendung wurden bereits im Abschnitt 4 dargelegt. Zur Sicherstellung des Korrosionsschutzes kommen in Kühlerfrostschutzmitteln ver‐ schiedene Additivtechnologien zum Einsatz. Je nach verwendetem Typ und Mischungs‐ verhältnis stellt sich im Kühlerfrostschutzmittel ein bestimmter pH-Wert ein, üblicherweise im leicht alkalischen Bereich. 161 6. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel <?page no="165"?> Abb. 6.6: Mettler-Toledo pH/ Ion bench meter SC S220-B Ermittelte Werte: pH-Wert Wertebereich und Einheit: 0 - 14 Verfahrensbeschreibung: Der pH-Wert gibt den basischen oder sauren Charakter einer Lösung an bzw. ist das Maß für die Stärke der ba‐ sischen oder sauren Wirkung einer Lösung. Er wird wie folgt eingeteilt: pH < 7: sauer pH = 7: neutral pH > 7: basisch Für Kühlerfrostschutzmittel ist der pH-Wert vor allem zur Beurteilung der Korrosionsnei‐ gung wichtig. Der pH-Wert muss während des Einsatzes in einem bestimmten Bereich bleiben. Sowohl ein zu hoher als auch ein zu niedriger pH-Wert führt zu Korrosion. Da verschiedene Abbauprodukte im Kühlmittel den pH-Wert herabsetzen, ist ein fallender Wert außerdem ein Indikator für das Ende der Lebenszeit eines Kühlmittels. 6. 2. 7. Reserve-Alkalität Während der pH-Wert die Stärke der basischen oder sauren Wirkung einer wässrigen Lö‐ sung angibt, ist die Reserve-Alkalität ein Maß für die Basen-Menge. Alkalische Additive dienen sowohl der Neutralisation von Verunreinigungen als auch dem Korrosionsschutz. Schwache organische Säuren lassen sich mittels der Reserve-Alkalität besser überwachen als durch den pH-Wert allein. Sinkt die ermittelte Reserve-Alkalität deutlich unter den Wert des Frischproduktes, drohen Schäden durch Korrosion. Abb. 6.7: Titrator Methrom RESAL Ermittelte Werte: Reserve-Alkalität Wertebereich und Einheit: 0 - 20 ml Verfahrensbeschreibung: 10 g der zu untersuchenden Probe werden mit Wasser verdünnt und anschließend mit Salzsäure bis zum Er‐ reichen von pH 5.5 titriert. Der Verbrauch an Salz‐ säure-Lösung in ml wird als Ergebnis angegeben. 162 6 Analysen zur Überwachung von Kühlerfrostschutzmitteln <?page no="166"?> 6. 2. 8 Visuelle Kontrolle Die visuelle Kontrolle zielt darauf ab, im Vorfeld der Analyse ungewöhnliche Zustände des Kühlerfrostschutzmittels zu erkennen und falls notwendig, Probenhandling oder Analyse‐ numfang anzupassen. Sowohl eine hohe Feststoffbelastung wie beispielsweise durch Kor‐ rosionsprodukte als auch eine Trübung, Schlierenbildung oder ungewöhnliche Färbung stehen im Fokus. Abb. 6.8: Visuelle Kontrolle (OEL‐ CHECK) Ermittelte Werte: Verunreinigungen, d. h. Partikel >50 µm, Inhomogeni‐ täten (qualitativ) Wertebereich und Einheit: - Verfahrensbeschreibung: Die befüllten Probenracks werden mit ihren transpa‐ renten OELCHECK-Gefäßen für mindestens 15 Mi‐ nuten im „Kopfstand“, d. h. auf dem Deckel stehend, gelagert. Etwaige Fremdstoffe sinken auf die weiße De‐ ckelinnenfläche und sind nach dem Umdrehen und Öffnen des Gefäßes leicht erkennbar. Das Deckelinnere und das gut ausgeleuchtete geöffnete Probengefäß werden danach zusammen mit einer Ka‐ mera fotografisch festgehalten und der Probennummer zugeordnet. Nach der Fotografie erfolgt durch vergleichendes Ab‐ schätzen eine erste Beurteilung des Aussehens der Probe (Farbe, Trübung) und der im Deckel eventuell vorhandenen Sedimente. 163 6. 2. Beschreibung einzelner Prüfverfahren für Kühlerfrostschutzmittel <?page no="168"?> 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen Ölanalysen helfen, Produktionsanlagen sicher zu betreiben, die Betriebskosten zu senken und die Umwelt zu entlasten. Die Ölüberwachung kann mehr als den Ölzustand zu be‐ stimmen. Eine professionelle Ölanalyse liefert darüber hinaus Antworten zu den folgenden Teilbereichen (Bild7. 1). Abb. 7.1: Teilbereiche im Fokus der Ölüberwachung Im Fokus der Routineüberwachung von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten stehen deshalb folgende Fragen: • Wie lange ist mein Öl noch einsatzfähig? • • Ist der Grad an festen bzw. flüssigen Verunreinigungen im Normalbereich? • • Weisen anomale Verschleißwerte auf einen erhöhten Abnutzungsgrad der ge‐ • schmierten Bauteile oder gar einen bevorstehenden Schaden hin? Jedem der 3 Bereiche - Ölzustand, Verunreinigungen, Verschleiß (Maschinenzustand) - kommt im Einzelfall eine sehr unterschiedliche Bedeutung zu. So kann es bei einem kleinen Getriebe mit geringer Ölmenge, welches aber sehr wichtig für die Sicherstellung der Pro‐ duktion ist, hauptsächlich um die Verschleißwerte und die Verunreinigungen gehen und nicht um das Ölwechselintervall. Im Fall einer Industriehydraulik mit sehr empfindlichen Ventilen stehen oft die Verunreinigungen im Mittelpunkt. Bei der Überwachung eines Mo‐ torenöls aus einem Erdgasmotor steht oft der Ölzustand und damit die maximal zu errei‐ chende Ölstandzeit im Fokus. Viele Anwender von Ölanalysen haben Respekt vor den modernen Analysegeräten, die zur Ölüberwachung im Labor eingesetzt werden. Trotzdem ist für die meisten von ihnen nicht die Analytik selbst, sondern die Interpretation der ermittelten Analyseergebnisse die mit Abstand höchste Hürde. Die Gründe dafür sind einleuchtend: • Zur Bewertung sind Kenntnisse aus verschiedenen Fachbereichen notwendig, die • oft nicht in einer Person vereint sind. <?page no="169"?> • Zusätzlich sind Einflüsse zu berücksichtigen, die sich aus den konkreten Einsatz- • und Umweltbedingungen ergeben und starke Abweichungen in den Testergebnissen produzieren • Die Bewertung muss sich stets in der Wartungsstrategie des Anwenders und deren • täglichen Umsetzung wiederfinden. • Die Wirklichkeit ist der letztendliche Maßstab, an dem sich die Interpretation • messen lassen muss. Bild 7. 2 fasst die grundsätzlich zu berücksichtigenden Faktoren zusammen. Abb. 7.2: Grundsätzliche Faktoren Bewertung einer Ölanalyse Eine Diagnose abzugeben, die möglicherweise Wartungsarbeiten verursacht, deren Kosten das eigene Monatsgehalt um ein Vielfaches übersteigen, ist eine Herausforderung. Trotzdem, ob als Betreiber von Anlagen, als Service-Fachkraft oder als Öl-Spezialist: • Es ist nicht nur möglich, sich dieser Herausforderung anzunehmen. • • Sie sollten es auf jeden Fall machen - es lohnt sich in vielfacher Hinsicht. • Letztendlich geht es darum, Anlagen wirtschaftlicher und sicherer zu betreiben und die Umwelt vor unnötigen Ölwechseln zu bewahren. Daran lässt sich dann auch der persön‐ liche Erfolg messen, der sich beispielsweise in Anerkennung und persönlicher Weiterent‐ wicklung auszahlt. 7. 1. Vorgehensweise Ausgangspunkt der Analyse ist stets die Anwendung, die den Ölveränderungen ihren spe‐ zifischen Stempel aufdrückt, verbunden mit der konkreten Fragestellung. Eine aussage‐ 166 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="170"?> kräftige Beurteilung setzt die Kenntnis der Anwendung, der Einsatzbedingungen und der möglicherweise ebenfalls individuellen Umwelteinflüsse voraus. Zur Bewertung von Ölanalysen hat deshalb sich folgende Vorgehensweise bewährt: Abb. 7.3: Vorgehensweise zur Bewertung von Ölanalysen Die allgemeinen Angaben zur Probe sollen zeigen, wer die Probe eingesandt hat und warum, z. B. ob es sich um eine Routineüberwachung oder eine Analyse mit spezieller Fragestellung handelt. Eine Zuordnung zu bereits durchgeführten Analysen zeigt, ob bereits ein Trend ver‐ fügbar ist und, wenn ja, in welchem zeitlichen Abstand die Proben eingesandt wurden. Regelmäßige Abstände sind eher typisch für Routineüberwachungen. Wird das übliche Intervall plötzlich stark verkürzt, steht eher ein besonderer Anlass im Fokus, auch wenn davon auf den Begleitpapieren nichts angegeben ist. Die Öleinsatzzeit ist ebenfalls wichtig, um den Alterungszustand des Öls, aber auch die Verschleißkonzentration bewerten zu können. Angaben zum Hersteller und Typ der Maschine sowie der Baugruppe, aus der die Probe entnommen wurde, sind unerlässlich, um eine aussagekräftige Bewertung zu ermöglichen. 167 7. 1. Vorgehensweise <?page no="171"?> Je mehr Angaben verfügbar sind, um so präziser können konstruktive Besonderheiten, z. B. verwendete Materialien, berücksichtigt werden. Sind Ölhersteller und vollständige Sortenbezeichnung verfügbar, so können die Frisch‐ ölwerte Berücksichtigung finden. Ist nur der DINbzw. ISO-Typ des Öls bekannt, z. B. „Mi‐ neralöl HLP 46“, können auch nur generelle Bewertungen erfolgen. Eine Vermischung ver‐ schiedener Öle ist bei derartigen allgemeinen Öltyp-Bezeichnungen nur erkennbar, wenn sich die Viskosität oder Viskositätsindizes beider Öle unterscheiden oder ein abweichender Grundöltyp vorliegt. Liegen keinerlei Angaben zum Öltyp vor, kann allenfalls mit den vom Maschinenhersteller üblicherweise verwendeten Öltypen als Erwartungshorizont gear‐ beitet werden. Die Diagnose sollte berücksichtigen, dass dies nur eine Annahme ist. Ein vorhandener Trend erlaubt eine aussagekräftigere Bewertung als es allein anhand absoluter Grenzwerte möglich ist. Beides zusammen, gepaart mit einer Mustererkennung typischer Alterungsbzw. Verschleißvorgänge erlaubt die höchste Aussagekraft, setzt je‐ doch entsprechende Kenntnisse und Erfahrungen voraus. De Diagnose sollte das Gesamtbild der Analyse berücksichtigen und sich nur im Aus‐ nahmefall bzw. bei eindeutiger Sachlage auf lediglich einen Messwert stützen. Neben den allgemeinen Fragestellungen der Routineanalytik (Verschleißwerte, Ölzustand, Verunrei‐ nigungen) sollten auch, so die Analyse dazu Ergebnisse liefert, die besonderen Fragen des Kunden beantwortet werden. 7. 2. Grenzwerte (Limitwerte) Grenzwerte sind in erster Linie dazu da, anomale Entwicklungen aufzuzeigen. Diese können sowohl auf das Lebensdauer-Ende einzelner Komponenten hinweisen als auch auf anomale Abnutzung, z. B. durch Verunreinigungen. Auf diese Weise erleichtern sie die Be‐ urteilung von Analysenergebnissen erheblich. Gleichzeitig birgt die unsachgemäße Ver‐ wendung von Grenzwerten Gefahren. So kann beispielsweise die Erkennung typischer Muster unterlaufen werden, wenn die einzelnen Messwerte isoliert voneinander betrachtet werden, ohne die Zusammenhänge zwischen ihnen zu beachten oder wenn Trendentwick‐ lungen ignoriert werden. Das ist nicht nur bei Ölanalysen so. Auf den Laborberichten zu einer Blutanalyse werden oft die „Normal-Werte“ anhand von typischen Durchschnittswerten oder minimaler bzw. maximaler Grenzwerte angegeben. Trotzdem sind wir gut beraten, zur Diagnose einen Spezialisten zu Rate zu ziehen, um den vollen Nutzen aus den Analysen zu ziehen. Das grundlegende Prinzip der Bewertung von Ölanalysen in der Routine-Überwachung kann auf einfache Art und Weise anhand der berühmten „Badewannen-Kurve“ erläutert werden. 168 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="172"?> Abb. 7.4: „Badewannenkurve“ Am Beginn des Lebenszyklus wird die Ausfallrate von Frühausfällen dominiert, flacht dann jedoch schnell ab. Dem schließt sich eine relativ lange Zeitspanne an, die durch eine niedrige Ausfallrate gekennzeichnet ist, die überwiegend durch zufällige Fehler ausgelöst werden. Danach kommt es zu einem Anstieg der Ausfallrate aufgrund von zunehmendem Anla‐ genverschleiß. Trend-Ölanalysen sind sehr gut geeignet, insbesondere den Übergang vom Bereich mit konstant niedriger Ausfallrate zum Wiederanstieg der Ausfallrate anzuzeigen. Ziel ist es, vom Zeitpunkt der Erst-Detektion der Unregelmäßigkeiten an so viel Zeit wie möglich zu haben, um entsprechende Maßnahmen planen zu können. Diese Maßnahmen können von einer Optimierung der Wartung, z. B. einer zusätzlichen Filtration des Öls bis hin zum Überholen oder Ersetzen bestimmter Komponenten oder Baugruppen reichen. 7. 2. 1. Typen von Grenzwerten Grenzwerte werden in 3 Hauptgruppen unterteilt: • Absolute Grenzwerte (unabhängig von der Laufzeit), z. B. für • • Verunreinigungen wie Wasser, Partikel • • Min-Max-Werte für Ölzustands-Kenngrößen wie Viskosität, Additivgehalt, Säure‐ • zahl • Zeitbasierte Grenzwerte (abhängig von der Laufzeit), z. B. für • - Verschleiß-Kennwerte wie Elementgehalte für Eisen, Chrom, Kupfer…, - PQ-Index - Ölalterungs-Kennwerte (gemessen an der normal zu erwartenden Ölalterung) - - Dynamische Grenzwerte (ergeben sich erst aus dem Trend selbst) - • Für viele Grenzwerte, eingeschlossen der oben genannten • Absolute Grenzwerte bilden anhand grundlegender Regeln die generellen Zusammenhänge ab. Sie sind sozusagen das Rückgrat der Bewertung. In der Regel basieren diese Grenzwerte auf Erfahrungen, Statistiken oder auch auf Vorgaben der Gerätebzw. Ölhersteller. Zur 169 7. 2. Grenzwerte (Limitwerte) <?page no="173"?> Sicherstellung sehr langer Ölwechselintervalle sind absolute Limitwerte nur begrenzt an‐ wendbar. Zeitbasierte Grenzwerte spiegeln stetige Ölveränderungen wider. Viele Verschleißpro‐ zesse, aber auch Prozesse wie Öloxidation, Additivabbau können zeitbasiert abgebildet werden. Sie folgen der Annahme, dass nach der Zeit X, eine durchschnittliche Beanspru‐ chung vorausgesetzt, sich der Kennwert X üblicherweise in dem Bereich von X bis Y ver‐ ändert. Diese Kennwerte werden überwiegend auf statistischem Weg aus einer Vielzahl von Ölanalysen aus gleichartigen Komponenten gewonnen. Zeitbasierte Grenzwerte setzen die Kenntnis der Einsatzzeit voraus. Sind die ermittelten Grenzwerte auf kurze Laufzeiten bezogen (z. B. „x ppm pro 100 Bh“), werden aber gleich‐ zeitig für eine Hochrechnung auf sehr lange Laufzeiten benutzt, können erhebliche Streu‐ ungen entstehen, da eine möglicherweise nicht-lineare Trendentwicklung nicht gebührend berücksichtigt wird (Bild 7. 5). Abb. 7.5: Beispiele möglicher Trend-Verläufe Die im Bild dargestellten Elemente sind zufällig gewählt, deren Verlauf ist in verschiedenen Anwendungen individuell sehr unterschiedlich. Dynamische, trendbasierte Grenzwerte folgen der individuellen Entwicklung der in re‐ gelmäßigen Abständen aus den Analysen zu derselben Ölfüllung bzw. Komponente ent‐ nommenen Ölanalysen. Sie werden aus dem Trend eben dieser Daten selbst generiert, be‐ rücksichtigen auch die Auswirkungen einmaliger Ereignisse und können sich demzufolge mit der Zeit verändern, z. B. je nach Ergebnis von Analyse zu Analyse. In der Praxis werden oft Kombinationen dieser Grenzwert-Typen verwendet. Gerade zu Zeiten von „Big-Data“ können auf diesem Wege Anlagen sehr zuverlässig überwacht werden. 170 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="174"?> Grenzwert-Typ Beispiele Vorteile Nachteile Absolut Wassergehalt, Rein‐ heitsklasse, Visko‐ sität, Säuregehalt Einfache Anwendung, Hohe Sicherheit Unflexibel bei restrik‐ tiver Handhabung Zeitbasiert Verschleißelemente, Additivgehalt, Gute Abbildung linear verlaufender Prozesse Eingeschränkte Gültig‐ keit für nichtlineare Prozesse Dynamisch Verschleißelemente, Säuregehalt, Addi‐ tivgehalt Berücksichtigen indi‐ viduelle Bedingungen und Einzelereignisse Aufwändige Implemen‐ tation und Validierung Tabelle 7.1: Vor- und Nachteile der Grenzwert-Typen Im Abschnitt 7. 3. werden für den fortgeschrittenen Anwender Hinweise zur Gewinnung von Grenzwerten gegeben. Im Abschnitt 7. 4 sind beispielhafte Grenzwerte für verschiedene Anwendungen zusam‐ mengestellt. Diese sind als generelle Richtwerte zu verstehen und bedürfen der Anpassung an die realen Anwendungen. 7. 2. 2. Besonderheiten verschiedener Öl-Typen Der Gefahr der ungeprüften Übertragung von Grenzwerten auf Öl-Typen abweichender Viskosität oder Spezifikation sind sich die meisten Anwender bewusst. Doch selbst Öle gleicher Viskosität und Spezifikation können auf verschiedenen Grundöl-Typen basieren und/ oder mit unterschiedlichen Additiv-Technologien versehen sein. Deshalb gilt auch hier, stets vorher zu prüfen, welche Auswirkungen das auf die Gültigkeit von Grenzwerten haben kann. Die nachfolgende Tabelle gibt eine kurze Übersicht über die wichtigsten zu berücksich‐ tigenden Einflüsse, erhebt jedoch keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Grenzwert Beeinflusst durch (Beispiele) Wassergehalt Basisöltyp: Mineralöl, PAO, Ester-Öl, PAG-Öl Additiv-Typen und -Level, z. B. EP- oder PD-Additive Säurezahl (NZ / AN) Basisöltyp: Mineralöl/ PAO oder Ester-Öl Additiv-Typen und -Level, z. B. EP- oder PD-Additive IR-Oxidation Basisöltyp: Mineralöl oder PAO/ Ester-Öl, PAG-Öl Additiv-Typen: esterhaltig Ja/ Nein Additiv-Elemente Additiv-Typen und -Level, z. B. DD, EP-/ AW- oder PD-Addi‐ tive Viskositätsindex VI Basisöltyp: Mineralöl, PAO, Ester-Öl, PAG-Öl Additiv-Typen und -Level, z. B. VI-Verbesserer Wasserabscheidevermögen WAV Basisöltyp: Mineralöl, PAO, Ester-Öl, PAG-Öl Additiv-Typen und -Level, z. B. Detergent-Additive 171 7. 2. Grenzwerte (Limitwerte) <?page no="175"?> Luftabscheidevermögen LAV Basisöltyp: Mineralöl, PAO, Ester-Öl, PAG-Öl Additiv-Typen und -Level, z. B. Detergent-Additive Schaumverhalten Additiv-Typen und -Level, z. B. Detergents-Additive, EP- oder PD-Additive Restgehalt Antioxidantien AO-Typen und -Level, z. B. Amine, Phenole, ZnDP RPVOT-Test AO-Typen und -Level, z. B. Amine, Phenole Tabelle 7.2: Beispiele zum Einfluss des Öl-Typs auf Grenzwerte 7. 2. 3. Muster-Erkennung Grenzwerte werden in der Regel in Tabellenform weitergegeben. Die kompakte Darstellung der Grenzwerte gibt dem Anwender schnell einen Überblick, auf welche Werte besonders geachtet werden sollte und ab wann die Werte anomal oder gar kritisch sind. Jedoch besteht in dieser Darstellung zugleich auch eine Gefahr: Sie verleitet den Laien dazu, die einzelnen Testergebnisse isoliert voneinander zu betrachten und zu bewerten. Der isolierten Bewertung einzelner Testergebnisse stehen vor allem 2 Tatsachen ent‐ gegen: • Einzelwerte können von mehreren, „gegeneinander arbeitenden“ Prozessen beein‐ • flusst sein • Einzelwerte erklären sich nicht selbst • So kann beispielsweise die Viskosität eines Motorenöls im zulässigen Bereich liegen. Gleichzeitig ist der Rußgehalt mit 4 % stark erhöht. Wie kann in diesem Fall die Viskosität „normal“ sein? Nur, wenn beispielsweise ein stark erhöhter Kraftstoffeintrag vorliegt oder Hydrauliköl über einen defekten, direkt angetriebenen Pumpenantrieb eingetreten ist. Ist beispielsweise die Viskosität stark erhöht, stellt sich sofort die Frage nach dem „Warum“. Die Antwort darauf kann dann nur anhand der Zusammenhänge und anderer Messwerte gegeben werden. Für den Anstieg der Viskosität eines Getriebeöls kommen bei‐ spielsweise sowohl eine starke Oxidation, eine Vermischung mit einem anderen Öltyp oder auch der Eintrag eines Schmierfetts in Frage. Vielleicht ist auch „nur“ ein anderer Öltyp im Einsatz als angenommen. Der Blick auf die anderen Messwerte gibt die Antwort darauf. Die isolierte Bewertung, ohne Berücksichtigung der Anwendung und des daraus resul‐ tierenden Zusammenspiels zwischen Beanspruchung, Verunreinigungen und Ölalterungs‐ mechanismen raubt der Ölanalytik ihre wahre Leistungsfähigkeit. Die Erkennung typischer Muster hilft dagegen, falsche Diagnosen zu vermeiden, die wahren Fehlerquellen möglichst früh zu identifizieren und letztendlich unnötige War‐ tungsarbeiten oder gar Maschinenstillstände zu vermeiden. 172 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="176"?> Grenzwert Fragestellung Antwort finden durch Silizium erhöht Abrasiver Staub oder weiches Dichtungsmaterial? Verschleiß-Werte erhöht? Ölstand steigt, Moto‐ renöl-Viskosität zu niedrig Kraftstoff (Einspritz-Düsen) oder Pumpenantrieb (Hydrauliköl)? Kraftstoff-Gehalt, Farbe des Hyd‐ rauliköls Molybdän erhöht Abrieb oder Öladditiv? Fe-Wert erhöht? Bremsbeläge im System? Frischöl-Kontrolle bzw. Vermischung prüfen. Eisenwert erhöht Wälzlager-Verschleiß Chromwert prüfen Wassergehalt erhöht Frostschutzmittel oder Kon‐ densat? Frostschutz → IR und Elementana‐ lyse prüfen Tabelle 7.3: Beispiele zur Mustererkennung Die Limits sollten in diesem Sinne benutzt werden, um zunächst je Messwert die Höhe der Abweichungen von den Normalwerten zu ermitteln und zu bewerten. Anschließend sollten, sowohl typische Muster als auch den Trend berücksichtigend, Ursachen und mögliche Folgen abgeschätzt werden. Davon ausgehend können dann Maßnahmen abgeleitet werden, beispielsweise zusätzliche Analysen, gezielte Inspektionen, ein Ölwechsel oder auch Reparaturen. 7. 3. Grenzwerte gewinnen Grenzwerte werden von verschiedenen Parteien auf unterschiedliche Art und Weise gene‐ riert: • Maschinenhersteller (OEM) • • Ölhersteller • • Service-Labor • • Maschinen-Versicherungen • • Maschinen-Betreiber • Als Grundlage dafür dienen oft Erfahrungen, möglicherweise auch Prüfstands-Versuche. Nicht zuletzt werden auch Fachliteratur oder andere technische Publikationen zu Rate gezogen. Liegt zu einer Anwendung eine ausreichend große Anzahl von Ölanalyse-Ergebnissen vor, bieten sich statistische Methoden an, die Grenzwerte aus diesen Daten zu gewinnen. Die grundlegende Vorgehensweise ist in den folgenden Normen beschrieben: • ASTM D7720-11: Standard Guide for Statistically Evaluating Measurement Alarm • Limits when using Oil Analysis to Monitor Equipment and Oil Fitness and Conta‐ mination (Standard-Leitfaden zur statistischen Ermittlung von Grenzwerten für die Nutzung von Ölanalysen zur Überwachung von Anlagen- und Ölzustand sowie von Verun‐ reinigungen) 173 7. 3. Grenzwerte gewinnen <?page no="177"?> • ASTM D7769-11: Standard Guide for Practical Lubricant Condition Data Trend Ana‐ • lysis (Standard-Leitfaden für die Praxis der Ölzustandsüberwachung mittels Trenda‐ nalysen) Eine besondere Bedeutung kommt der Konsolidierung und Analyse der zur Verfügung ste‐ henden Daten zu. Je unschärfer die Daten sind, beispielsweise durch nur lückenhafte Do‐ kumentation der Begleit-Daten zu den Ölanalysen (z. B. Maschinentyp, Öltyp, Angaben zu den Betriebsstunden des Öls und der Anlage etc.), umso weniger zuverlässig sind die daraus gewonnen Grenzwerte. Anhand von Verteilungskurven oder Histogrammen werden die Grenzwerte zu den ein‐ zelnen Messwerten gewonnen. Den statistisch ermittelten Werten sollte nicht blind gefolgt werden. Eine abschließende Plausibilitätsprüfung kann beispielsweise zeigen, dass einzelne Messwerte, die in den Standard-Umfängen von Ölanalysen stets erzeugt werden, für die Überwachung der Anlage nicht relevant sind. Das gilt beispielsweise im Besonderen für exotische Elemente. 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen Grenzwerte sind stets auf eine konkrete Anwendung oder eine typische Gruppe von Ge‐ räten oder Anlagen bezogen. Die in diesem Abschnitt dargestellten Grenzwerte sind typi‐ sche Beispiele, die zur Orientierung oder Anregung dienen sollen. In den Tabellen sind absolute und zeitbasierte Limitwerte miteinander kombiniert. Auf welche Anwendung, welchen Öltyp oder welche Zeitbasis sich die gegebenen Grenzwerte beziehen, ist zu Beginn des entsprechenden Abschnittes genannt. Die Symbole sind ind er folgenden Tabelle erläutert. Symbol Bedeutung Wert bis hier im Normalbereich, keine Abweichung Wert etwas höher als typisch, aber noch im Toleranzbereich: Trend beobachten Wert deutlich höher als typisch, Ursache unbedingt ermitteln und abstellen Tabelle 7.4: Legende zu den in den Grenzwert-Tabellen benutzten Symbole Nicht zuletzt ein wichtiger, rechtlicher Hinweis: Die Benutzung dieser Grenzwerte liegt in der eigenen Verantwortung des Lesers. Der Autor dieses Buches beansprucht weder einen Anteil an Gewinn durch frühzeitige Erkennung von Unregelmäßigkeiten noch ist er haftbar für negative Folgen der Nutzung dieser Grenzwerte, Schäden eingeschlossen. In diesem Buch kann nur eine kurze Auswahl an Grenzwerten dargestellt werden. Im Weiteren sei auf die Internet-Seiten von OELCHECK verwiesen ( www.oelcheck.de ) bzw. auf die Literaturquellen am Ende dieses Buches. 174 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="178"?> 7. 4. 1. Hydrauliköl einer Spritzgießmaschine Angaben gelten für: • Hydraulik einer Spitzgießmaschine • • mineralölbasisches Hydrauliköl HLP-D 68 • • Ölfüllmenge von ca. 500 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 18.000 Stunden (3 Jahre) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 10 10 - 15 > 15 Chrom Cr mg/ kg < 3 3 - 5 > 5 Kupfer Cu mg/ kg < 11 11 - 19 > 19 Blei Pb mg/ kg < 4 4 - 6 > 6 Zinn* Sn mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Aluminium Al mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 Molybdän* Mo mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 PQ-Index PQ - < 25 25 - 30 > 30 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 5 5 - 8 > 8 Natrium Na mg/ kg < 5 5 - 8 > 8 Kalium K mg/ kg < 5 5 - 8 > 8 Wasser (KF) H 2 O ppm < 250 250 - 350 > 350 Reinheitsklasse ISO 4406 - ≤ 17/ 14/ 11 ≥ 18/ 15/ 12 > 19/ 16/ 13 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 2 2 - 4 > 4 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 35 35 - 48 > 48 Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 175 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="179"?> 7. 4. 2. Hydrauliköl einer Umformpresse Angaben gelten für: • Hydraulik eines Presswerks, Automobilherstellung • • mineralölbasisches Hydrauliköl HLP-D 46 • • Ölfüllmenge von ca. 10.000 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 25.000 Stunden (3 Jahre) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 10 10 - 15 > 15 Chrom Cr mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 Kupfer Cu mg/ kg < 9 9 - 15 > 15 Blei Pb mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Zinn* Sn mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Aluminium Al mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 Molybdän* Mo mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 PQ-Index PQ - < 25 25 - 30 > 30 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 5 5 - 8 > 8 Natrium Na mg/ kg < 5 5 - 8 > 8 Kalium K mg/ kg < 5 5 - 8 > 8 Wasser (KF) H 2 O ppm < 200 200 - 350 > 350 Reinheitsklasse ISO 4406 - ≤ 13/ 11/ 9 ≥ 15/ 12/ 10 > 17/ 14/ 11 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 2 2 - 3 > 3 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 35 35 - 45 > 45 Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 176 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="180"?> 7. 4. 3. Konventionelles Hydrauliköl eines Mobilbaggers Angaben gelten für: • Hydraulik eines Mobil-Baggers • • mineralölbasisches Hydrauliköl HLP-D 68 • • Ölfüllmenge von ca. 250 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 4.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 25 25 - 35 > 35 Chrom Cr mg/ kg < 15 15 - 25 > 25 Kupfer Cu mg/ kg < 20 21 - 29 > 30 Blei Pb mg/ kg < 9 10 - 17 > 17 Zinn* Sn mg/ kg < 5 5 - 7 > 7 Aluminium Al mg/ kg < 7 7 - 11 > 11 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 Molybdän* Mo mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 PQ-Index PQ - < 25 25 - 35 > 35 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 10 10 - 18 > 18 Natrium Na mg/ kg < 10 10 - 24 > 24 Kalium K mg/ kg < 10 10 - 24 > 24 Wasser H 2 O Gew.-% < 0,1 0,11 - 0,12 > 0,12 Reinheitsklasse ISO 4406*** - ≤ xx/ 18/ 14 ≥ xx/ 19/ 15 > xx/ 19/ 15 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 7 FÖ ± 10 FÖ ± 15 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 2 2 - 4 > 4 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxR A/ cm² < 30 30 - 45 > 45 Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * ) Reinheitsklasse: Für die Größenklasse >4µm wird keine obere Grenze festgelegt. Empfehlung: <22 * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 177 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="181"?> 7. 4. 4. Bio-Hydrauliköl eines Mobilbaggers Angaben gelten für: • Hydraulik eines Mobilbaggers (Baustellenbetrieb) • • Bio-Hydrauliköl HEES 46 mit Eco-Label • • Ölfüllmenge von ca. 350 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 4.000 Stunden (3 - 4 Jahre) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 30 30 - 45 > 45 Chrom Cr mg/ kg < 4 4 - 9 > 9 Kupfer Cu mg/ kg < 19 19 - 25 > 25 Blei Pb mg/ kg < 6 6 - 12 > 12 Zinn* Sn mg/ kg < 6 6 - 12 > 12 Aluminium Al mg/ kg < 5 5 - 9 > 9 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 Molybdän* Mo mg/ kg < 4 4 - 8 > 8 PQ-Index PQ - < 25 25 - 35 > 35 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 10 10 - 15 > 15 Natrium Na mg/ kg < 12 12 - 19 > 19 Kalium K mg/ kg < 12 12 - 19 > 19 Wasser (KF) H 2 O ppm < 600 600 - 800 > 800 Reinheitsklasse ISO 4406*** - ≤ xx/ 17/ 14 ≤ xx/ 18/ 15 > xx/ 19/ 16 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)***** Oxi A/ cm - - - Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg < 20 20 - 35 > 35 Magnesium Mg mg/ kg < 15 15 - 25 > 25 Bor B mg/ kg < 5 5 - 9 > 9 Zink Zn mg/ kg <50 50 - 150 >150 Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg < 5 5 - 9 > 9 Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Mineralölgehalt (Fremdöl) - Gew.-% < 2 2 - 5 > 5 * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * ) Reinheitsklasse: Für die Größenklasse >4µm wird keine obere Grenze festgelegt. Empfehlung: <22 * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… * * * * * ) Die Oxidationsbestimmung mittels FT-IR ist in esterbasischen Ölen nicht möglich 178 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="182"?> 7. 4. 5. Getriebes des Hauptgetriebes einer Windkraftanlage Angaben gelten für: • Hauptgetriebe, Windkraft-Anlage • • Vollsynthetisches Getriebeöl CLP HC 320 (EP-Additivierung) • • Ölfüllmenge von ca. 500 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 25.000 Stunden (4 Jahre) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 80 80 - 110 > 110 Chrom Cr mg/ kg < 3 3 - 7 > 7 Kupfer Cu mg/ kg < 24 24 - 49 > 49 Blei Pb mg/ kg < 5 5 - 11 > 11 Zinn* Sn mg/ kg < 4 4 - 9 > 9 Aluminium Al mg/ kg < 5 5 - 11 > 11 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Molybdän* Mo mg/ kg < 9 9 - 17 > 17 PQ-Index PQ - < 35 35 - 80 > 80 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 10 10 - 28 > 28 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 5 < FÖ + 19 > FÖ + 19 Kalium K mg/ kg < FÖ + 5 < FÖ + 19 > FÖ +19 Wasser (KF) H 2 O ppm < 550 550 - 699 > 699 Reinheitsklasse ISO 4406 - ≤ 21/ 16/ 13 ≤ 23/ 18/ 14 > 23/ 18/ 14 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 3 3 - 5 > 5 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 35 35 - 45 > 45 Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 25% FÖ ± 35% FÖ ± 50% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 179 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="183"?> 7. 4. 6. Schneckengetriebe einer Kollermühle Angaben gelten für: • Schneckengetriebe, Kollermühle • • Vollsynthetisches Getriebeöl PGLP 680 (EP-Additivierung) • • Ölfüllmenge von ca. 500 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 12.000 Stunden (5 Jahre) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 40 40 - 80 > 80 Chrom Cr mg/ kg < 3 3 - 5 > 5 Kupfer Cu mg/ kg < 149 149 - 299 > 299 Blei Pb mg/ kg < 45 45 - 99 > 99 Zinn* Sn mg/ kg < 24 24 - 49 > 49 Aluminium Al mg/ kg < 15 15 - 31 > 31 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Molybdän* Mo mg/ kg < 5 5 - 9 > 9 PQ-Index PQ - < 35 35 - 80 > 80 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 24 24 - 38 > 38 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 5 < FÖ + 19 > FÖ + 19 Kalium K mg/ kg < FÖ + 5 < FÖ + 19 > FÖ +19 Wasser (KF) H 2 O ppm < 8.000 < 12.000 > 15.000 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm - - - Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 25% FÖ ± 35% FÖ ± 50% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 180 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="184"?> 7. 4. 7. Getriebeöl des Achsgetriebes eines Radladers Angaben gelten für: • Achsgetriebe Radlader (mit im Ölbad laufenden Bremsen) • • Mineralisches Getriebeöl SAE 85W-90, API GL-5 LS • • Ölfüllmenge von ca. 35 - 60 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 1.000 Stunden (1 Jahr) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 300 300 - 500 > 500 Chrom Cr mg/ kg < 6 6 - 11 > 11 Kupfer Cu mg/ kg < 29 29 - 45 > 45 Blei Pb mg/ kg < 12 12 - 34 > 34 Zinn* Sn mg/ kg < 10 10 - 16 > 16 Aluminium Al mg/ kg < 12 12 - 29 > 29 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Molybdän* Mo mg/ kg < 9 9 - 15 > 15 PQ-Index PQ - < 190 190 - 250 > 250 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 29 29 - 48 > 48 Natrium Na mg/ kg < 25 25 - 48 > 48 Kalium K mg/ kg < 25 25 - 48 > 48 Wasser (FT-IR) H 2 O Gew.-% < 0,1 0,1 - 0,12 > 0,12 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 3 3 - 5 > 5 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 30 30 - 40 > 40 Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15 % (< 50) FÖ ± 20% (50 - 110) FÖ ± 25% (> 110) Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% (<50) FÖ ± 20% (50 - 110) FÖ ± 25% (> 110) Bor B mg/ kg FÖ ± 20% (< 25) FÖ ± 25% (25 - 50) FÖ ± 50% (> 50) Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% (< 35) FÖ ± 20% ( 35 - 70) FÖ ± 25% (> 70) Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% (< 30) FÖ ± 20% (30 - 60) FÖ ± 25% (> 60) Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus…, ist der Frischöl-Wert <10 mg/ kg, gelten die in Klammern angegebenen Absolut-Werte 181 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="185"?> 7. 4. 8. Getriebeöl des Endantriebs einer Planierraupe oder eines Baggers Angaben gelten für: • Endantrieb Baumaschine (Radkopf bzw. Kettenrad) • • Mineralisches Getriebeöl SAE 85W-140, API GL-5 • • Ölfüllmenge von ca. 20 - 30 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 1.000 Stunden (1 Jahr) • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 600 600 - 950 > 950 Chrom Cr mg/ kg < 10 10 - 16 > 16 Kupfer Cu mg/ kg < 29 29 - 45 > 45 Blei Pb mg/ kg < 12 12 - 34 > 34 Zinn* Sn mg/ kg < 10 10 - 16 > 16 Aluminium Al mg/ kg < 12 12 - 29 > 29 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Molybdän* Mo mg/ kg < 9 9 - 15 > 15 PQ-Index PQ - < 290 290 - 450 > 450 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 35 35 - 58 > 58 Natrium Na mg/ kg < 25 25 - 48 > 48 Kalium K mg/ kg < 25 25 - 48 > 48 Wasser (FT-IR) H 2 O Gew.-% < 0,1 0,1 - 0,14 > 0,14 Ölzustand**** Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 15% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 4 4 - 7 > 7 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 35 35 - 45 > 45 Additive*/ **** Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15 % (< 50) FÖ ± 20% (50 - 110) FÖ ± 25% (> 110) Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% (<50) FÖ ± 20% (50 - 110) FÖ ± 25% (> 110) Bor B mg/ kg FÖ ± 20% (< 25) FÖ ± 25% (25 - 50) FÖ ± 50% (> 50) Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% (< 35) FÖ ± 20% ( 35 - 70) FÖ ± 25% (> 70) Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% (< 30) FÖ ± 20% (30 - 60) FÖ ± 25% (> 60) Schwefel* S mg/ kg FÖ ± 20% FÖ ± 25% FÖ ± 30% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% * ) Werte sind frischölabhängig und können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus…, ist der Frischöl-Wert <10 mg/ kg, gelten die in Klammern angegebenen Absolut-Werte 182 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="186"?> 7. 4. 9. Motorenöl des Dieselmotors eines Radladers Angaben gelten für: • Dieselmotor in einem Radlader • • Motorenöl SAE 5W-30 • • Ölfüllmenge von 30 bis 80 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 500 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 60 60 - 150 > 150 Chrom Cr mg/ kg < 9 9 - 21 > 21 Kupfer Cu mg/ kg < 25 25 - 49 > 49 Blei Pb mg/ kg < 12 12 - 29 > 29 Zinn* Sn mg/ kg < 8 8 - 22 > 22 Aluminium Al mg/ kg < 16 16 - 38 > 38 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 PQ-Index PQ - < 35 35 - 69 > 69 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 15 15 - 35 > 35 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Kalium K mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Wasser H 2 O Gew.-% 0,1 0,10 - 0,14 > 0,14 Glykolgehalt AF Ppm < 500 > 500 > 800 Kraftstoffgehalt - Vol.-% < 3.0 3.0 - 5.0 > 5.0 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 8% FÖ ± 12% FÖ ± 15% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 15 < 20 > 25 Nitration Nit A/ cm < 15 < 20 > 20 Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 30% > FÖ - 40 % < FÖ - 50% * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 183 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="187"?> 7. 4. 10. Motorenöl des Dieselmotors eines LKW im Fernverkehr Angaben gelten für: • Dieselmotor in einem LKW im Fernverkehr • • Motorenöl SAE 5W-30 • • Ölfüllmenge von 30 bis 80 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 50.000 km • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 80 80 - 180 > 180 Chrom Cr mg/ kg < 9 9 - 19 > 19 Kupfer Cu mg/ kg < 25 25 - 46 > 46 Blei Pb mg/ kg < 12 12 - 29 > 29 Zinn* Sn mg/ kg < 9 9 - 22 > 22 Aluminium Al mg/ kg < 21 21 - 37 > 37 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 6 > 6 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 PQ-Index PQ - < 35 35 - 69 > 69 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 15 15 - 35 > 35 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Kalium K mg/ kg FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Wasser H 2 O Gew.-% 0,1 0,10 - 0,12 > 0,12 Glykolgehalt AF Ppm < 500 > 500 > 800 Kraftstoffgehalt - Vol.-% < 3.0 3.0 - 5.0 > 5.0 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 8% FÖ ± 12% FÖ ± 15% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 15 < 20 > 20 Nitration Nit A/ cm FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 30% > FÖ - 40 % < FÖ - 50% * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 184 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="188"?> 7. 4. 11. Motorenöl des Dieselmotors eines Notstrom-Aggregates Angaben gelten für: • Dieselmotor in einem Notstromaggregat • • Motorenöl SAE 10W-40 • • Ölfüllmenge von 40 bis 120 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 10 Bh bei 15 Bh p. a. • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 25 25 - 50 > 50 Chrom Cr mg/ kg < 4 4 - 10 > 10 Kupfer Cu mg/ kg < 21 21 - 33 > 33 Blei Pb mg/ kg < 12 12 - 24 > 24 Zinn* Sn mg/ kg < 9 9 - 19 > 19 Aluminium Al mg/ kg < 12 12 - 31 > 31 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 PQ-Index PQ - < 30 30 - 45 > 45 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 15 15 - 35 > 35 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ +325 Kalium K mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Wasser H 2 O Gew.-% 0,1 0,10 - 0,14 > 0,14 Glykolgehalt AF Ppm < 500 > 500 > 800 Kraftstoffgehalt - Vol.-% < 3.0 3.0 - 5.0 > 5.0 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ [+ 5 %, -15%] FÖ [+ 8 %, -18%] FÖ [+ 10 %, -20%] Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ [+ 5 %, -15%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 20% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 6 < 10 > 15 Nitration Nit A/ cm FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 15% > FÖ - 20 % < FÖ - 25% * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * ) Reinheitsklasse: Für die Größenklasse >4µm wird keine obere Grenze festgelegt. Empfehlung: <22 * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 185 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="189"?> 7. 4. 12 Motorenöl des Dieselmotors eines PKW Angaben gelten für: • Dieselmotor in einem PKW • • Motorenöl SAE 5W-30 • • Ölfüllmenge von 4 bis 6 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 30.000 km bei mind. 15.000 km p. a. • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 80 80 - 180 > 180 Chrom Cr mg/ kg < 9 9 - 19 > 19 Kupfer Cu mg/ kg < 25 25 - 43 > 43 Blei Pb mg/ kg < 17 17 - 34 > 34 Zinn* Sn mg/ kg < 13 13 - 29 > 29 Aluminium Al mg/ kg < 21 21 - 37 > 37 Nickel Ni mg/ kg < 2 2 - 6 > 6 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 PQ-Index PQ - < 35 35 - 69 > 69 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 15 15 - 35 > 35 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Kalium K mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 35 Wasser H 2 O Gew.-% 0,1 0,10 - 0,14 > 0,14 Glykolgehalt AF Ppm < 500 > 500 > 800 Kraftstoffgehalt - Vol.-% < 3.0 3.0 - 5.0 > 5.0 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 8% FÖ ± 12% FÖ ± 15% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 15 < 25 > 25 Nitration Nit A/ cm < 15 < 20 > 20 Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 30% > FÖ - 40 % < FÖ - 50% * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 186 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="190"?> 7. 4. 13. Motorenöl des Ottomotors eines PKW Angaben gelten für: • Ottomotor in einem PKW • • Motorenöl SAE 0W-30 • • Ölfüllmenge von 4 bis 6 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 30.000 km bei mind. 15.000 km p. a. • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 90 90 - 200 > 200 Chrom Cr mg/ kg < 9 9 - 19 > 19 Kupfer Cu mg/ kg < 25 25 - 48 > 48 Blei Pb mg/ kg < 15 15 - 30 > 30 Zinn* Sn mg/ kg < 13 13 - 29 > 29 Aluminium Al mg/ kg < 24 24 - 42 > 42 Nickel Ni mg/ kg < 3 3 - 8 > 8 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 PQ-Index PQ - < 35 35 - 79 > 79 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 15 15 - 35 > 35 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 25 Kalium K mg/ kg < FÖ + 15 < FÖ + 25 > FÖ + 25 Wasser H 2 O Gew.-% 0,1 0,10 - 0,14 > 0,14 Kraftstoffgehalt - Vol.-% < 1,0 1,0 - 2,5 > 2,5 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ [+ 8 %, -12%] FÖ [+ 12 %, -15%] FÖ [+ 15 %, -20%] Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 8% FÖ ± 12% FÖ ± 15% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 15 < 25 > 25 Nitration Nit A/ cm < 15 < 25 > 25 Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 30% > FÖ - 40 % < FÖ - 50% * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 187 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="191"?> 7. 4. 14. Motorenöl des Bio-Gasmotors eines BHKW Angaben gelten für: • Bio-Gasmotor in einem BHKW • • Gasmotorenöl SAE 40 • • Ölfüllmenge von 100 bis 300 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 2.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 15 15 - 30 > 30 Chrom Cr mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Kupfer Cu mg/ kg < 13 13 - 25 > 25 Blei Pb mg/ kg < 6 6 - 15 > 15 Zinn* Sn mg/ kg < 5 5 - 10 > 10 Aluminium Al mg/ kg < 6 6 - 12 > 12 Nickel Ni mg/ kg <2 2 - 3 > 3 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 6 > 6 PQ-Index PQ - < 30 30 - 39 > 39 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 10 10 - 15 > 15 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 10 < FÖ + 20 > FÖ + 25 Kalium K mg/ kg < FÖ + 10 < FÖ + 20 > FÖ + 25 Wasser H 2 O Gew.-% < 0,1 0,11 - 0,13 > 0,13 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ + 20 % FÖ + 25 % FÖ + 30 % Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ + 20 % FÖ + 25 % FÖ + 30 % Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 10% FÖ ± 12% FÖ ± 15% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 15 < 20 > 20 Nitration Nit A/ cm < 15 < 20 > 20 Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 30% > FÖ - 40 % < FÖ - 50% Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g < FÖ + 1,5 und <50%·BN < FÖ + 2,0 und <70%·BN < FÖ + 2,5 und <80%·BN ipH-Wert (Acidität) ipH - > 4,5 4,5 - 4,0 < 4,0 * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 188 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="192"?> 7. 4. 15 Motorenöl des Erdgas-Motors eines BKHW Angaben gelten für: • Erdgasmotor in einem BHKW • • Gasmotorenöl SAE 40 • • Ölfüllmenge von 100 bis 300 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 5.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 20 10 - 35 > 35 Chrom Cr mg/ kg < 3 3 - 6 > 6 Kupfer Cu mg/ kg < 15 15 - 28 > 28 Blei Pb mg/ kg < 8 8 - 15 > 15 Zinn* Sn mg/ kg < 7 7 - 13 > 13 Aluminium Al mg/ kg < 7 7 - 13 > 13 Nickel Ni mg/ kg <2 2 - 3 > 3 Molybdän* Mo mg/ kg < 3 3 - 6 > 6 PQ-Index PQ - < 30 30 - 39 > 39 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 10 10 - 15 > 15 Natrium Na mg/ kg < FÖ + 10 < FÖ + 20 > FÖ + 25 Kalium K mg/ kg < FÖ + 10 < FÖ + 20 > FÖ + 25 Wasser H 2 O Gew.-% < 0,1 0,11 - 0,13 > 0,13 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ + 20 % FÖ + 25 % FÖ + 30 % Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ + 20 % FÖ + 25 % FÖ + 30 % Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 10% FÖ ± 12% FÖ ± 15% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 15 < 20 > 25 Nitration Nit A/ cm < 10 < 15 > 20 Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 15% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Basenzahl BN mgKOH/ g > FÖ - 30% > FÖ - 40 % < FÖ - 50% Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g < FÖ + 1,5 und <50%·BN < FÖ + 2,0 und <70%·BN < FÖ + 2,5 und <80%·BN ipH-Wert (Acidität) ipH - > 4,5 4,5 - 4,0 < 4,0 * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * ) Reinheitsklasse: Für die Größenklasse >4µm wird keine obere Grenze festgelegt. Empfehlung: <22 * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 189 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="193"?> 7. 4. 16. Schmieröl einer Dampfturbine Angaben gelten für: • Schmieröl einer Dampfturbine • • Turbinenöl TD 46 (API Gr. II oder III) • • Ölfüllmenge von 5.000 bis 10.000 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 30.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Chrom Cr mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Kupfer Cu mg/ kg < 3 3 - 8 > 8 Blei Pb mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Zinn* Sn mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Aluminium Al mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 Nickel Ni mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Molybdän Mo mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 PQ-Index PQ - < 25 25 - 35 > 35 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Natrium Na mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Kalium K mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Wasser (KF) H 2 O ppm < 100 100 - 250 > 250 Reinheitsklasse ISO 4406 - ≤ 21/ 17/ 13 ≤ 22/ 18/ 15 > 22/ 18/ 15 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm - - - Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 20 20 - 35 > 35 Additive* Kalzium Ca mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Magnesium Mg mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Bor B mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Zink Zn mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Phosphor P mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Schwefel S mg/ kg FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 20% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 0,1 FÖ ± 0,15 FÖ ± 0,2 Luftabgabeverhalten LAV min < 5 5 - 9 > 9 Wasserabscheidevermögen WAV s < 450 450 - 600 > 600 Schaumverhalten Seq. I Schaum1 ml/ ml ≤ 450/ 0 450/ 0 - 600/ 0 > 600/ 0 Antioxidantien-Restgehalt AOx % > 50 25 - 50 < 25 MPC-Test MPC - < 15 15 - 40 > 40 * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 190 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="194"?> 7. 4. 17 Steuer-Hydrauliköl einer Dampfturbine Angaben gelten für: • Steuerhydraulik einer Dampfturbine • • Turbinenöl TD 46 (API Gr. I, II oder III) • • Ölfüllmenge von 2.500 bis 5.000 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 25.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 3 3 - 8 > 8 Chrom Cr mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 Kupfer Cu mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 Blei Pb mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 Zinn* Sn mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Aluminium Al mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 Nickel Ni mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Molybdän Mo mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 PQ-Index PQ - Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Natrium Na mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 Kalium K mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 Wasser H 2 O Gew.-% < 150 150 - 300 > 300 Reinheitsklasse ISO 4406 - ≤ 19/ 15/ 12 ≤ 20/ 17/ 14 > 20/ 17/ 14 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm - - - Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 20 20 - 35 > 35 Additive* Kalzium Ca mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Magnesium Mg mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Bor B mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Zink Zn mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Phosphor P mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Schwefel S mg/ kg FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 20% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 0,1 FÖ ± 0,15 FÖ ± 0,2 Luftabgabeverhalten LAV min < 5 5 - 9 > 9 Wasserabscheidevermögen WAV s < 450 450 - 600 > 600 Schaumverhalten Seq. I Schaum1 ml/ ml ≤ 450/ 0 450/ 0 - 600/ 0 > 600/ 0 Antioxidantien-Restgehalt AOx % > 50 25 - 50 < 25 MPC-Test MPC - < 15 15 - 40 > 40 * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 191 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="195"?> 7. 4. 18. Schmieröl eines Turboverdichters Angaben gelten für: • Schmieröl eines Turboverdichters • • mineralölbasisches Schmieröl TD 46, API Gruppe II • • Ölfüllmenge von 250 bis 1.000 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 8.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 3 2 - 8 > 8 Chrom Cr mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Kupfer Cu mg/ kg < 3 3 - 9 > 9 Blei Pb mg/ kg < 2 2 - 7 > 7 Zinn* Sn mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Aluminium Al mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Nickel Ni mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Molybdän* Mo mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 PQ-Index PQ - < 25 25 - 35 > 35 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Natrium Na mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Kalium K mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Wasser (KF) H 2 O mg/ kg < 100 100 - 250 > 250 Reinheitsklasse ISO 4406 - ≤ 21/ 17/ 13 ≤ 22/ 18/ 15 > 22/ 18/ 15 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5% FÖ ± 7% FÖ ± 10% Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm - - - Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 25 25 - 35 > 35 Additive* Kalzium Ca mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Magnesium Mg mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Bor B mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Zink Zn mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Phosphor P mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 15% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Schwefel S mg/ kg FÖ ± 5% FÖ ± 10% FÖ ± 20% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 0,1 FÖ ± 0,15 FÖ ± 0,2 Luftabgabeverhalten LAV min < 5 5 - 9 > 9 Wasserabscheidevermögen WAV s < 450 450 - 600 > 600 Schaumverhalten Seq. I Schaum1 ml/ ml ≤ 450/ 0 450/ 0 - 600/ 0 > 600/ 0 Antioxidantien-Restgehalt AOx % > 50 25 - 50 < 25 MPC-Test MPC - < 15 15 - 45 > 45 * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 192 7 Bewertung von Analyse-Ergebnissen <?page no="196"?> 7. 4. 19 Schmieröl eines Schraubenverdichters zur Drucklufterzeugung Angaben gelten für: • Schmieröl eines Luft-Schraubenverdichters • • Synthetisches Verdichteröl, ISO VG 68, API Gr. III/ IV • • Ölfüllmenge von 35 bis 100 Liter • • Betriebszeit der Ölfüllung von ca. 6.000 Stunden • Testparameter Grenzwerte Code Einheit Normal Hinweis Achtung Verschleißmetalle** Eisen Fe mg/ kg < 15 15 - 29 > 29 Chrom Cr mg/ kg < 2 2 - 3 > 3 Kupfer Cu mg/ kg <7 7 - 15 >15 Blei Pb mg/ kg < 2 2 - 5 > 5 Zinn* Sn mg/ kg < 2 2 - 4 > 4 Aluminium Al mg/ kg < 3 3 - 8 > 8 Nickel Ni mg/ kg < 1 1 - 2 > 2 Molybdän* Mo mg/ kg < 1 1 - 3 > 3 PQ-Index PQ - < 25 25 - 38 > 38 Verunreinigungen Silizium* Si mg/ kg < 7 7 - 15 > 15 Natrium Na mg/ kg FÖ + 5 FÖ + 15 FÖ + 20 Kalium K mg/ kg FÖ + 5 FÖ + 15 FÖ + 20 Wasser H 2 O Gew.-% < 0,1 0,1 - 0,12 > 0,12 Ölzustand Viskosität bei 40°C V40 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 15% FÖ ± 20% Viskosität bei 100°C V100 mm²/ s FÖ ± 5% FÖ ± 15% FÖ ± 20% Viskositätsindex VI VI - FÖ ± 5 FÖ ± 7 FÖ ± 10 Oxidation (FT-IR)* Oxi A/ cm < 9 9 - 15 > 15 Oxidation (FT-IR, O-Range)* OxiR A/ cm² < 20 20 - 39 > 39 Additive* Kalzium Ca mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Magnesium Mg mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Bor B mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zink Zn mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Phosphor P mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Barium Ba mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Schwefel S mg/ kg FÖ ± 10% FÖ ± 20% FÖ ± 25% Zusatz-Tests Säurezahl NZ/ AN mgKOH/ g FÖ ± 0,15 FÖ ± 0,25 FÖ ± 0,5 Antioxidantien-Restgehalt AOx % > 50 25 - 50 < 25 * ) Werte können bei Nachfüllung mit anderen Ölsorten deutlich beeinflusst werden * * ) Die Bewertung der Ergebnisse bei langen Öleinsatzzeiten ist vom Trendverlauf abhängig. * * * * ) „FÖ ±“ steht für Frischölwert plus/ minus… 193 7. 4. Grenzwert-Beispiele für verschiedenen Anwendungen <?page no="198"?> 8 Ölanalysen praktisch In diesen Abschnitt wird die Bewertung von Laborberichten anhand von Praxisbeispielen aus verschiedenen Anwendungsbereichen erläutert. Für jedes Beispiel werden zunächst Informationen und Hinweise zur Anwendung ge‐ geben. Die Ergebnisse der aktuellen Probe werden in einem Kurzkommentar bewertet, wie er auf dem Laborbericht stehen würde. Je nach Bedeutung und Fragestellung stehen dabei die Bereiche • Verschleiß • • Verunreinigungen und • • Ölzustand • im Fokus. Nicht in jedem Fall ist eine Berücksichtigung aller 3 Bereiche sinnvoll. In der Regel wird abschließend eine Handlungsempfehlung abgegeben. Die vorgenommene Kurzbewertung wird erklärt und je nach Sachlage werden weitere Hinweise gegeben. Im Anschluss daran wird der Laborbericht in Tabellenform dargestellt. In der Tabelle werden von links beginnend die aktuelle Probe und bei Vorhandensein rechts anschließend die früheren Proben aufgeführt und mit einem Rating-Symbol versehen. Die Symbole für dieses Gesamt-Rating der jeweiligen Probe sind in der Tabelle 8. 1 erklärt. In der am wei‐ testen rechtsstehenden Spalte sind die Frischölwerte aufgeführt. Symbol Bedeutung Die Werte liegen im Normalbereich. Einzelne Werte liegen etwas höher als typisch, aber noch im zulässigen Toleranzbereich. Trend beobachten. Ggf. werden Hinweise zur möglichen Optimierung gegeben. Einzelne Werte sind deutlich höher als typisch. In der Regel sind zusätzliche Maßnahmen wie Ölwechsel oder Inspektionen empfohlen. Tabelle 8.0: Symbole für das Kurzrating und deren Bedeutung Die Tabelle mit den Laborergebnissen wird stets auf der rechten Buch-Seite dargestellt, alle anderen Informationen, Hinweise und Erläuterungen auf der linken. Auf dies Weise sind stets alle Informationen auf einen Blick, ohne Umblättern verfügbar. <?page no="199"?> 8. 1. Hydrauliköl eines Mobilbaggers Es handelt sich um die Routineüberwachung der Hydraulikflüssigkeit aus einem Mobil‐ bagger: • Komatsu PC 210 • • Mineralöl HD 10W • • Ölfüllmenge von 150 Liter • Anwendung Mobile Anwendungen arbeiten unter wechselnden, teils auch sehr harten Einsatzbedin‐ gungen. Eingedrungene Verunreinigungen wie Wasser und Staub erhöhen die Verschleiß‐ rate um ein Vielfaches. Während Vorgänger der klassischen Ölalterung wie beispielsweise Oxidation und Additiv-Verbrauch im Normalfall relativ langsam geschehen, können ein‐ gedrungene Verunreinigungen innerhalb kurzer Zeit zu kostenintensiven Komponenten‐ schäden und Maschinenausfällen führen. Deshalb kommt der Überwachung von Verunrei‐ nigungen in der Mobilhydraulik eine besondere Bedeutung zu. In jeder Hydraulikölanalyse sollten deshalb neben den klassischen Tests (Elementanalyse, PQ, IR, Viskosität etc.) die Bestimmung der Reinheitsklasse und des Wassergehalts, möglichst in ppm nach der Karl-Fi‐ scher-Methode integriert sein. Natürlich ist auch der Ölzustand im Fokus, d. h. das Öl‐ wechselintervall bzw. die Weiterverwendbarkeit des Öls. Probenintervalle Das Hydrauliköl wurde in diesem Fall zunächst im Jahres-Rhythmus untersucht, in diesem Fall ca. alle 1000 Bh bzw. 1 Mal jährlich. Später wurde das Proben-Intervall verkürzt, da die Maschine offensichtlich eine intensivere Nutzung erfuhr. Bewertung Zur aktuellen Probe wurde folgende Bewertung vorgenommen: • Die Verschleißwerte liegen stabil innerhalb des normalen Bereichs. • • Die Reinheitsklasse ist erhöht, insbesondere im Größenklassenbereich >4µm und • >6µm. • Der Wassergehalt ist stetig leicht angestiegen, liegt noch innerhalb des zulässigen • Bereichs • Das Öl zeigt der Laufzeit entsprechend deutliche Alterungserscheinungen. • • Sowohl Ölalterung als auch Wassereintrag können für den deutlichen Anstieg der • Partikelzahlen im Feinst- und Feinbereich verantwortlich sein • Empfehlung: Ölwechsel oder zusätzliche Ölreinigung incl. Kontrollanalyse nach • weiteren 500 Stunden Praxis-Tipp Steigen in der Reinheitsklasse nach ISO 4406 die erste oder die ersten beiden Codes (>4µm, >6µm) im Vergleich zum letzten Code (>14µm) überproportional stark an, handelt es sich in der Regel eher um „Soft Contaminants“, z. B. Ölalterungsprodukte oder Wasser. In dem stark detergierenden Öl der vorliegenden Probe ist angesichts des gemessenen Wasserge‐ halts überwiegend von Ölalterungsprodukten auszugehen. 196 8 Ölanalysen praktisch <?page no="200"?> Probe Ergebnisse Datum 23.10.18 26.04.18 06.09.17 10.02.17 (Frischöl) Bh Gesamt 9836 8680 8020 7048 - Bh Öl 4836 3680 3020 2048 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung 35 25 25 15 - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 16 16 15 12 - Chrom mg/ kg 0 0 1 0 - Kupfer mg/ kg 7 7 6 5 - Blei mg/ kg 1 0 0 1 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 2 2 2 2 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 1 1 2 1 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 10 10 10 9 9 Natrium mg/ kg 3 4 3 3 1 Kalium mg/ kg 0 0 1 1 0 Wasser (KF) Ppm 561 462 430 378 281 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 38,4 38,2 38,1 38,1 38,4 Viskosität bei 100°C mm²/ s 6,2 6,2 6,2 6,3 6,3 Viskositätsindex VI - 110 108 111 112 110 Oxidation A/ cm 3 2 2 3 - Additive Kalzium mg/ kg 2701 2596 2633 2392 2491 Magnesium mg/ kg 15 10 8 9 10 Bor mg/ kg 12 7 6 7 9 Zink mg/ kg 962 930 942 928 938 Phosphor mg/ kg 887 830 839 778 829 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 6022 5877 5955 5861 6214 Zusatz-Tests Reinheitsklasse (ISO 4406) 23/ 20/ 14 23/ 19/ 14 21/ 18/ 14 20/ 17/ 14 19/ 16/ 13 Tabelle 8.1: Laborergebnisse zur Hydrauliköl-Überwachung eines Mobilbaggers 197 8. 1. Hydrauliköl eines Mobilbaggers <?page no="201"?> 8. 2. Bio-Hydrauliköl aus einem Mobilbagger Es handelt sich um die Routineüberwachung des Bio-Hydrauliköls aus einem Hydraulik‐ bagger: • Liebherr R 916 • • Bio-Hydraulikfluid HEES 46 • • Ölfüllmenge von 455 Liter • Anwendung Wie bereits im Beispiel 8. 1 erläutert, arbeiten mobile Geräte unter wechselnden, teils sehr widrigen Bedingungen. Bio-Hydraulikflüssigkeiten auf der Ester-Basis sind aufgrund ihrer höheren Polarität in der Lage, mehr Feuchtigkeit aus ihrer Umgebung aufzunehmen als Mineralöle. Gleichzeitig steigt mit zunehmendem Wassergehalt die Gefahr der Säurebil‐ dung durch Hydrolyse. Deshalb ist bei der Überwachung von esterbasischen Hydraulikf‐ lüssigkeiten neben den klassischen Parametern die Bestimmung des Wassergehalts in ppm und des Säuregehalts (Neutralisationszahl NZ oder Säurezahl AN) unbedingt erforderlich. Oft steht auch der Fremdölbzw. Mineralölgehalt im Fokus. Probenintervalle Bis zu einer Öleinsatzzeit von 3000 Bh wurden die Proben im Abstand von ca. 500 Bh vorgenommen (dieser Bericht zeigt aus Platzgründen nicht alle untersuchten Proben). Dann wurde auf ein Intervall von 1000 Stunden gewechselt. Bewertung Zur aktuellen Probe wurde folgende Bewertung vorgenommen: • Die Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Der Säuregehalt (NZ) ist im Trend leicht angestiegen, lieg jedoch auch innerhalb des • für Bio-Esteröle tolerierbaren Bereichs • Viskosität und Viskositätsindex VI sind stabil. • • Es sind keine erhöhten Mineralölanteile ersichtlich. • • Der leicht angestiegen Zinkgehalt ist als Ergebnis der alterungsbedingten Reaktion • mit zinkhaltigen bzw. verzinkten Bauteilen tolerierbar. • Der Wassergehalt liegt mit 600 ppm im zulässigen Toleranzbereich. • • Die Reinheitsklasse ist im Trend leicht verbessert. • • Ein Ölwechsel ist nicht erforderlich • • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 500 Stunden zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Weisen Bio-Öle auf Esterbasis über einen längeren Zeitraum Wasserwerte oberhalb von 600 ppm auf, steigt die Gefahr der Hydrolyse und damit der Säurebildung. Im Trendverlauf sind deshalb insbesondere Wasser, Säuregehalt und die Elemente Fe (Korrosion) sowie Cu und Zn (Buntmetall-Korrosion) zu beobachten. Insbesondere bei langen Öleinsatzzeiten sind Zink-Werte bis 100 ppm durchaus tolerierbar, wenn der Trendverlauf keine Dynamik zeigt. 198 8 Ölanalysen praktisch <?page no="202"?> Probe Ergebnisse Datum 30.03.18 13.02.17 10.04.16 11.11.15 (Frischöl) Bh Gesamt 5023 3998 3088 2640 - Bh Öl 5023 3998 3088 2640 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung 80 60 20 20 - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 16 12 11 9 - Chrom mg/ kg 1 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 2 1 0 1 - Blei mg/ kg 1 1 0 0 - Zinn mg/ kg 0 0 1 0 - Aluminium mg/ kg 1 0 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 1 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 4 3 3 3 0 Natrium mg/ kg 9 4 3 3 0 Kalium mg/ kg 0 0 1 0 0 Wasser (KF) Ppm 612 498 451 403 287 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 44,4 44,8 44,9 44,7 48,7 Viskosität bei 100°C mm²/ s 7,9 7,9 7,9 7,9 8,5 Viskositätsindex VI - 152 149 148 150 151 Oxidation A/ cm - - - - - Additive Kalzium mg/ kg 8 4 3 2 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 2 2 2 1 0 Zink mg/ kg 51 25 23 19 0 Phosphor mg/ kg 133 141 158 169 199 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 383 392 387 398 440 Zusatz-Tests Reinheitsklasse (ISO 4406) 22/ 18/ 13 22/ 19/ 14 21/ 18/ 14 20/ 17/ 14 19/ 16/ 13 Säurezahl mgKOH/ g 0,89 0,74 0,63 0,58 0,47 Dichte kg/ m³ 919 919 919 919 920 Tabelle 8.2: Laborergebnisse zur Bio-Hydrauliköl-Überwachung eines Mobilbaggers 199 8. 2. Bio-Hydrauliköl aus einem Mobilbagger <?page no="203"?> 8. 3. Hydrauliköl einer Spritzgießmaschine Es handelt sich um die Routineüberwachung des Hydrauliköls einer Spritzgießmaschine: • Krauss-Maffei 420-2700 C1 • • Mineralöl HLP-D 46 • • Ölfüllmenge von 1075 Liter • Anwendung Je kleiner die der Maschine zur Verfügung stehende Hydraulikölmenge und je dynamischer und stärker der Volumenstrom, umso schneller wird das Hydrauliköl gealtert. Dazu kommt, dass moderne Spritzgießmaschinen hohe Arbeitsdrücke und sehr sensible Steuerventile einsetzten. Verunreinigungen und Ölalterung stehen gleichermaßen im Fokus. Nicht zu vergessen ist, dass gerade Ölalterungsprodukte, also betriebsbedingt selbst produzierte Verunreinigungen wie Ölschlamm und Varnish die Verbindung zwischen diesen beiden Themen eindrucksvoll demonstrieren. Aussagekräftige Ölanalysen müssen neben dem Standard-Programm vor allem Ölreinheit und Ölzustand, incl. Additivabbau abdecken. Das Hydrauliköl sollte mindestens einmal jährlich einer detaillierten Analyse unterzogen werden, für teure Maschinen eher alle 6 Monate. Probenintervall Das Hydrauliköl wurde jährlich einer Analyse unterzogen. Den Angaben zu den Betriebs‐ stunden folgend, ist die Maschine ca. 5000 Bh pro Jahr im Einsatz, was typisch für einen 3-Schicht-Betrieb ist. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Der Chrom-Wert ist ungewöhnlich stark angestiegen. Eisen ist ebenfalls erhöht. • • Sehr hohe Chrom-Werte, insbesondere, wenn deutlich höher als Eisen, sind ein zu‐ • verlässiger Indikator für erhöhten Abrieb an verchromten Kolbenstangen. • Die Ölreinheit ist sehr gut. • • Die Säurezahl ist leicht erhöht, wahrscheinlich durch Öloxidation. • • Die Ursache für den stark erhöhten Zinkgehalt ist zu klären und zu beseitigen (In‐ • spektion der Zylinder bzw. Kolbenstangen). • Das Öl ist aufgrund der guten Ölreinheit zwar noch weiter einsatzfähig. Aber der • Restgehalt an Antioxidantien sollte geprüft werden, z. B. durch den RULER-Test. Andernfalls sollte das Öl sicherheitshalber gewechselt werden. • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 6 Monaten zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Die klassische IR-Methode zur Bestimmung der Oxidation ist für Industrieöle und Hyd‐ raulikflüssigkeiten nicht sensitiv genug. Eine besser geeignete IR-Methode zur Oxida‐ tionsbestimmung ist in Erprobung. / 4.1/ Zusätzlich sollten andere Methoden zur Ölalte‐ rungsbestimmung eingesetzt werden, z. B. RULER und MPC-Test. 200 8 Ölanalysen praktisch <?page no="204"?> Probe Ergebnisse Datum 07.04.17 11.04.16 16.03.15 18.03.14 (Frischöl) Bh Gesamt 54132 49054 44623 39658 - Bh Öl 34032 28954 24523 19558 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung - - - 150 - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 22 17 7 5 - Chrom mg/ kg 25 16 9 3 - Kupfer mg/ kg 7 6 5 4 - Blei mg/ kg 0 0 0 0 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 0 1 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 0 0 0 0 0 Natrium mg/ kg 2 1 1 1 0 Kalium mg/ kg 0 0 0 1 0 Wasser (KF) ppm 73 74 46 33 78 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 46,9 46,7 47,1 46,4 46,51 Viskosität bei 100°C mm²/ s 6,9 6,8 6,9 6,8 6,7 Viskositätsindex VI - 100 99 100 101 99 IR-Oxidation A/ cm 2 2 1 1 - Additive Kalzium mg/ kg 11 11 11 13 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 1 1 1 1 0 Zink mg/ kg 16 12 11 10 0 Phosphor mg/ kg 122 115 117 129 120 Barium mg/ kg 0 0 0 1 0 Schwefel mg/ kg 6227 6182 6119 6097 6310 Zusatz-Tests Reinheitsklasse (ISO 4406) 15/ 13/ 10 15/ 13/ 10 16/ 14/ 10 16/ 13/ 10 17/ 14/ 11 Säurezahl mgKOH/ g 0,56 0,42 0,37 0,35 0,3 Tabelle 8.3: Laborergebnisse zur Hydrauliköl-Überwachung einer Spritzgießmaschine 201 8. 3. Hydrauliköl einer Spritzgießmaschine <?page no="205"?> 8. 4. Hydrauliköl einer Umformpresse Es handelt sich um die Routineüberwachung des Ziehkissen-Hydrauliköls aus einer Um‐ formpresse: • XXL-Hydraulikpresse • • Hydrauliköl HLP-D 46 (API Gr. III) • • Ölfüllmenge von 7.500 Liter • Anwendung Die in der Automobilproduktion eingesetzte Großpresse unterliegt höchsten Anforde‐ rungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Gleichzeitig ist das Öl in einem Ziehkissen sehr hohen Temperaturspitzen ausgesetzt. Nur Öle ausgewiesener oxidativer und thermischer Stabilität sollten zum Einsatz kommen. Die Kosten eines Ölwechsels über‐ steigen durch die damit verbundene Ausfallszeit die für die Ölfüllung selbst um ein Viel‐ faches. Beides - Komponenten und Öl - müssen in einem exzellenten Zustand bleiben, um den Anforderungen gerecht zu werden. Probenintervall Entsprechend der hohen Anforderungen wird das Öl alle 6 Monate einer Analyse unter‐ zogen. Der Analyseumfang ist mit Standard-Test plus Reinheitsklasse, Säurezahl, Wasser‐ gehalt in ppm angemessen. Weitere Hinweise unter „Praxis-Tipp“. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Die Verschleißwerte liegen angesichts der Laufleistung und des stabilen Trendver‐ • haltens innerhalb des zulässigen Bereichs. • Das Öl zeigt der Laufzeit angemessene Alterungserscheinungen. • • Die Säurezahl ist im Vergleich zum Frischöl leicht erhöht. • • Die Reinheitsklasse ist leicht erhöht, wahrscheinlich durch Ölalterungsprodukte, im • Trend jedoch stabil. • Es empfiehlt sich eine intensivere Überwachung des Ölzustandes, z. B. durch IR, • RULER oder MPC-Test. • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 6 Monaten zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Die klassische IR-Methode zur Bestimmung der Oxidation ist für Industrieöle und Hyd‐ raulikflüssigkeiten nicht sensitiv genug. Eine besser geeignete IR-Methode zur Oxida‐ tionsbestimmung ist in Erprobung / 10/ . Zusätzlich sollten andere Methoden zur Ölalte‐ rungsbestimmung eingesetzt werden, z. B. RULER und MPC-Test. 202 8 Ölanalysen praktisch <?page no="206"?> Probe Ergebnisse Datum 14.11.18 17.05.18 28.11.17 02.05.17 (Frischöl) Bh Gesamt 58744 56105 52613 48502 - Bh Öl 25544 22905 19413 15302 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 12 11 12 12 - Chrom mg/ kg 0 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 2 2 2 1 - Blei mg/ kg 0 0 0 0 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 0 0 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 1 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 0 0 0 0 0 Natrium mg/ kg 2 0 0 0 0 Kalium mg/ kg 0 0 0 0 0 Wasser (KF) ppm 178 66 81 79 98 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 49,2 49,9 49,7 49,8 48,6 Viskosität bei 100°C mm²/ s 7,6 7,8 7,6 7,7 7,5 Viskositätsindex VI - 120 119 117 119 119 Oxidation A/ cm 3 2 2 2 - Additive Kalzium mg/ kg 4 4 3 2 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 12 11 12 13 17 Zink mg/ kg 5 4 4 3 0 Phosphor mg/ kg 60 56 59 55 63 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 5477 5402 5486 5571 5367 Zusatz-Tests Reinheitsklasse (ISO 4406) 17/ 15/ 12 18/ 16/ 13 18/ 16/ 12 18/ 15/ 12 17/ 14/ 11 Säurezahl mgKOH/ g 0,75 0,73 0,70 0,70 0,40 Tabelle 8.4: Laborergebnisse zur Hydrauliköl-Überwachung einer Hydraulikpresse 203 8. 4. Hydrauliköl einer Umformpresse <?page no="207"?> 8. 5. Getriebeöl des Fahrgetriebes einer Planierraupe Es handelt sich um eine Probe zur Kontrolle des Getriebeöls aus dem Fahrgetriebe (End‐ antrieb) einer Planierraupe: • Planierraupe • • Getriebeöl SAE 85W-140, API GL-5 • • Ölfüllmenge von 20 Liter • Anwendung Es handelt sich um ein hydrostatisch angetriebenes Planetengetriebe. Diese Art von An‐ trieben findet in vielen Bau- und Arbeitsmaschinen Anwendung, so z. B. auch in Hydrau‐ likbaggern. Ist die Beanspruchung des Antriebs in Baggern aufgrund des normalerweise niedrigen Fahranteils eher moderat, so ist sie in Planierraupen ungleich höher, rauher und mit hohen Stoß- und Spitzenlasten versehen. Eine regelmäßige Überprüfung erlaubt eine Früherkennung von Unregelmäßigkeiten, um teure Folgeschäden zu vermeiden. Probenintervall Entsprechend der hohen Anforderungen wird das Öl je nach Fahrleistung alle 500 bis 1000 Stunden untersucht. In diesem Fall liegt jedoch nur eine Analyse nach 6000 Gesamt-Bh vor. Entweder wurden frühere Analysen unter anderer Bezeichnung oder Kundennummer durchgeführt (z. B. bei Mietgeräten typisch) oder es handelt sich tatsächlich um die erste Analyse für dieses Gerät. Ist letzteres der Fall, scheint es einen besonderen Anlass für das Einsenden der Analyse gegeben zu haben, selbst wenn dieser auf dem Begleitschein nicht angegeben wurde. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Der Kupfer-Wert ist ungewöhnlich stark erhöht. • • Die übrigen Verschleißwerte sind sehr niedrig. • • Die Viskosität ist im Vergleich zum Frischöl deutlich gesunken. • • Gleichzeitig zeigen sowohl der Gehalt an Additiv-Elementen als auch das • FT-IR-Spektrum im Vergleich zum Frischöl erhebliche Abweichungen. • Beides weist auf den Eintrag von Hydrauliköl aus dem hydrostatischen Fahrantrieb • hin. • Das Getriebe sollte inspiziert werden und die Ursache abgestellt, um teure Folge‐ • schäden zu vermeiden. • Bitte senden Sie uns die nächste Probe spätestens nach weiteren 250 Bh zur Trend‐ • beobachtung zu. Praxis-Tipp Wurde, wie bei der Routine-Überwachung typisch, auch eine Analyse des Hydrauliköls durchgeführt, können die Werte entsprechend abgeglichen werden. In diesem Fall wurde in der Hydraulik ein stark detergierendes Mineralöl der ISO VG 68 verwendet. Ist bei‐ spielsweise ein Bio-Hydrauliköl HEES 46 im Einsatz, sehend die Veränderungen anders aus. 204 8 Ölanalysen praktisch <?page no="208"?> Die Viskosität sinkt ebenfalls, der Additiv-Gehalt auch. Jedoch ist kein erhöhter Ca-Wert zu erwarten, dafür sollten im IR-Spektrum starke Ester-Schwingungen ersichtlich sein. Probe Ergebnisse Datum 07.12.18 (Frischöl) Bh Gesamt 6104 - Bh Öl 261 - Ölwechsel - - Nachfüllung - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 62 - Chrom mg/ kg 1 - Kupfer mg/ kg 553 - Blei mg/ kg 2 - Zinn mg/ kg 1 - Aluminium mg/ kg 2 - Nickel mg/ kg 0 - Molybdän mg/ kg 0 - PQ-Index - <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 4 0 Natrium mg/ kg 2 0 Kalium mg/ kg 1 0 Wasser (IR) Gew.-% <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 236,5 382,6 Viskosität bei 100°C mm²/ s 19,8 27,8 Viskositätsindex VI - 96 99 Oxidation A/ cm 4 - Additive Kalzium mg/ kg 136 0 Magnesium mg/ kg 6 0 Bor mg/ kg 12 0 Zink mg/ kg 65 0 Phosphor mg/ kg 871 1102 Barium mg/ kg 0 0 Schwefel mg/ kg 20.354 23.541 Zusatz-Tests Säurezahl mgKOH/ g 1,25 1,40 Tabelle 8.5: Laborergebnisse zur Fahrgetriebeöl-Überwachung einer Planierraupe 205 8. 5. Getriebeöl des Fahrgetriebes einer Planierraupe <?page no="209"?> 8. 6. Achsgetriebeöl eines Radladers Es handelt sich um eine Routinekontrolle des Achsgetriebeöls eines Radladers. • Radlader • • Getriebeöl SAE 85W-90, API GL-5 LS • • Ölfüllmenge von 42 Liter • Anwendung Es handelt sich um ein Getriebeöl eines typischen Radlader-Achsantriebes. Das Öl schmiert sowohl das Differential als auch die Rad-Köpfe. Die im Ölbad integrierten Bremsen erfor‐ dern ein Öl mit LS-Additiven. Probenintervall Entsprechend der hohen Anforderungen wird das Öl je nach Fahrleistung alle 500 bis 1000 Stunden untersucht. Die letzte Probe wurde nach bereits 221 Bh eingesandt. Offensichtlich handelt es sich um eine Kontrollprobe, um die aufgrund der Ergebnisse der Vor‐ gänger-Probe eingeleiteten Maßnahmen auf ihre Wirksamkeit zu prüfen. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Alle Verschleißwerte sind sehr niedrig. • • Die Viskosität ist im Vergleich zum Frischöl kaum verändert. • • Auch die in der Vorgänger-Probe leicht erhöhten Werte für Verunreinigungen liegen • wieder im Normalbereich. • Das Öl braucht nicht gewechselt werden. • • Bitte senden Sie uns die nächste Probe spätestens nach weiteren 500 Bh zur Trend‐ • beobachtung zu. Praxis-Tipp Wasser, die häufigste Form flüssiger Verunreinigungen, ruft nicht nur Korrosion hervor. Es verringert die Lebensdauer von Wälzlagern erheblich und beschleunigt die Ölalterung. In Systemen mit im Ölbad integrierten Lamellenbremsen oder -kupplungen führt ein erhöhter Wassergehalt zusätzlich zur Schädigung der Reibbeläge. 206 8 Ölanalysen praktisch <?page no="210"?> Probe Ergebnisse Datum 10.04.17 02.03.17 18.10.16 15.03.16 (Frischöl) Bh Gesamt 5682 5461 4484 3512 - Bh Öl 221 977 1955 983 - Ölwechsel - - Ja - - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 37 239 127 57 - Chrom mg/ kg 1 4 2 1 - Kupfer mg/ kg 2 36 6 2 - Blei mg/ kg 0 2 0 0 - Zinn mg/ kg 3 12 1 0 - Aluminium mg/ kg 2 13 3 0 - Nickel mg/ kg 0 1 0 0 - Molybdän mg/ kg 5 17 13 6 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 2 23 7 2 0 Natrium mg/ kg 1 5 2 1 0 Kalium mg/ kg 1 3 1 1 0 Wasser (IR) Gew.-% <0,1 0,14 <0,1 <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 192,8 194,7 195,6 193,3 193,2 Viskosität bei 100°C mm²/ s 17,0 17,4 17,5 17,4 17,2 Viskositätsindex VI - 93 96 96 97 94 Oxidation A/ cm 4 2 3 1 - Additive Kalzium mg/ kg 4 11 5 2 0 Magnesium mg/ kg 1 2 1 0 0 Bor mg/ kg 0 1 0 0 0 Zink mg/ kg 5 19 12 4 0 Phosphor mg/ kg 2271 2122 2237 2212 2396 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 23.354 20.358 22.950 23.240 23.981 Zusatz-Tests Säurezahl mgKOH/ g 1,8 1,7 1,9 1,8 1,9 Tabelle 8.6: Laborergebnisse zur Achsgetriebeöl-Überwachung eines Radladers 207 8. 6. Achsgetriebeöl eines Radladers <?page no="211"?> 8. 7. Getriebeöl eines Rührwerk-Antriebs in der Lebensmittelproduktion Es handelt sich um eine Routineüberwachung des Rührwerksantriebs in der Lebensmittel‐ produktion: • Industriegetriebe, 86 kW • • Schmieröl CLP HC 220 mit H1-Approval • • Ölfüllmenge von 48 Liter • Anwendung Es handelt sich um ein Getriebeöl eines Rührwerksantriebes in der Lebensmittelproduktion. Dieses ist in der Produktionshalle aufgestellt, das Getriebe befindet sich oben auf dem Re‐ aktor. Das gemäß NSF H1-zertifizierte Schmieröl ist auf vollsynthetischer Basis hergestellt. Probenintervall Entsprechend der Sicherstellung der saisonalen Produktion wird das Getriebeöl einmal jährlich, nach der Kampagne untersucht. Dann wird entschieden, ob das Öl auch in der nächsten Kampagne im Einsatz bleibt und ob weitere Maßnahmen erforderlich sind, um den störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Der Eisenwert ist ungewöhnlich stark erhöht. • • Die Viskosität ist im Trendverlauf zunächst leicht gesunken, nun jedoch leicht an‐ • gestiegen. • Die Elementanalyse (und das FT-IR) zeigen Abweichungen zum Frischöl und zum • Trendverlauf, wahrscheinlich durch eine Vermischung bzw. Verunreinigung mit einem anderen Schmierstoff. • Barium ist typisch für Korrosionsschutzprodukte oder Schmierfett-Verdicker. • • Das Öl sollte gewechselt werden. • • In der anstehenden Saison-Pause sollte das Getriebe auf fettartige Verunreinigungen • inspiziert werden. Bitte senden Sie uns die nächste Probe spätestens nach ca. 10 Bh Probelauf im Anschluss nach dem erfolgten Ölwechsel, jedoch vor der kommenden Saison zur Kontrolle zu. Praxis-Tipp Derartige Kontaminationen können vielfältige Ursachen haben. Beispielsweise das Nach‐ füllen von Öl mit unsauberen Behältern bzw. Werkzeugen. Deshalb sollten Behälter und Werkzeuge für jede Ölsorte gesondert verwendet und gekennzeichnet werden. Andernfalls sind diese vor der Verwendung zu reinigen, was in der Praxis jedoch selten funktioniert und vor allem dann nicht, wenn zur Vermeidung von Störungen Eile geboten ist. 208 8 Ölanalysen praktisch <?page no="212"?> Probe Ergebnisse Datum 17.12.18 15.12.17 17.12.16 16.12.15 (Frischöl) Bh Gesamt 18.456 16.475 14.467 12.512 - Bh Öl 1981 2008 1955 1983 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 317 7 4 7 - Chrom mg/ kg 3 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 4 1 1 2 - Blei mg/ kg 0 0 0 0 - Zinn mg/ kg 1 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 1 0 0 0 - Nickel mg/ kg 2 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - 106 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 5 2 2 2 1 Natrium mg/ kg 0 0 0 0 0 Kalium mg/ kg 5 0 0 0 0 Wasser (IR) Gew.-% <0,1 0,14 <0,1 <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 229,2 216,9 217,5 219,6 218,6 Viskosität bei 100°C mm²/ s 26,8 24,4 24,6 25,0 24,7 Viskositätsindex VI - 151 141 142 144 142 Oxidation A/ cm 7 3 3 2 - Additive Kalzium mg/ kg 9 0 0 0 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 3 1 1 0 0 Zink mg/ kg 23 4 4 3 0 Phosphor mg/ kg 668 721 733 747 764 Barium mg/ kg 13 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 977 544 571 560 556 Zusatz-Tests Säurezahl mgKOH/ g 0,8 0,7 0,7 0,6 0,5 Tabelle 8.7: Laborergebnisse zur Getriebe-Überwachung eines Rührwerks 209 8. 7. Getriebeöl eines Rührwerk-Antriebs in der Lebensmittelproduktion <?page no="213"?> 8. 8. Industriegetriebe eines Walzgerüsts Es handelt sich um eine Routineüberwachung des Industriegetriebes aus einem Walzgerüst: • Industriegetriebe, 256 kW • • Schmieröl CLP 220 (Mineralöl) • • Ölfüllmenge von 180 Liter • Anwendung Es handelt sich um ein Schmieröl eines Industriegetriebes aus einem Walzgerüst. Alle Ge‐ triebe der „24x7“ arbeitenden Anlage sind systemkritisch. Deshalb werden auch die Schmie‐ röle regelmäßigen Routineuntersuchungen unterzogen, um frühzeitig auf Unregelmäßig‐ keiten reagieren zu können. Probenintervall Entsprechend der Sicherstellung der Produktion wird das Getriebeöl alle 3 Monate unter‐ sucht. Es geht darum, sowohl das Ölwechselintervall zu optimieren als auch, Verunreini‐ gungen und frühzeitige Komponentenschäden zu erkennen. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Der Eisenwert ist deutlich erhöht. Der Trendverlauf lässt eine dynamische Entwick‐ • lung erkennen. • Der PQ-Index ist jedoch unauffällig. • • Die Viskosität ist im Trendverlauf zunächst stabil, steigt dann jedoch deutlich an. • • Es ist ein stetiger Additivabbau ersichtlich. • • Die Säurezahl fällt zunächst, um anschließend anzusteigen. • • Diese 3 Symptome zusammen, weisen auf einen klassischen Verlauf der tempera‐ • turinduzierten Öloxidation hin. • Das Verhältnis Eisen (hoch) zu PQ (niedrig) bestätigt den überwiegend oxidations‐ • bedingten „chemischen“ Verschleiß. • Der niedrige, nicht mit dem Fe-Wert gleichermaßen angestiegene Chromwert ist ein • Indiz dafür, dass es sich nicht um erhöhten Wälzlagerverschleiß handelt. • Eine Kontrolle der Schwingungsmessung sollte zur Bestätigung herangezogen • werden. • Das Öl sollte möglichst bald gewechselt werden. • Praxis-Tipp Auch die zusätzlich beauftragte Bestimmung der Reinheitsklasse zeigt eine Größen‐ klassen-Verteilung, die für „Soft Contaminants“ typisch ist. In diesem Fall handelt es sich um Ölalterungsprodukte (Varnish). Das mag angesichts des niedrig erscheinenden Wertes für die IR-Oxidation erstaunen. Diese klassische IR-Methode zur Bestimmung der Oxidation ist für Motorenöle entwickelt worden und für Industrieöle nicht sensitiv genug. Eine besser geeignete IR-Methode zur Oxidationsbestimmung ist in Erprobung. / 10/ 210 8 Ölanalysen praktisch <?page no="214"?> Probe Ergebnisse Datum 17.02.18 15.11.17 13.08.17 09.05.17 (Frischöl) Bh Gesamt 33.535 31.327 29.143 26.887 - Bh Öl 18.834 16.626 14.446 12.190 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 151 87 44 35 - Chrom mg/ kg 2 2 1 0 - Kupfer mg/ kg 8 5 2 3 - Blei mg/ kg 0 0 0 0 - Zinn mg/ kg 2 1 0 1 - Aluminium mg/ kg 1 0 0 0 - Nickel mg/ kg 1 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 3 3 2 2 1 Natrium mg/ kg 1 1 0 0 0 Kalium mg/ kg 3 0 0 0 0 Wasser (IR) Gew.-% <0,1 <0,10 <0,1 <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 239,8 228,9 221,8 219,6 220,2 Viskosität bei 100°C mm²/ s 19,7 19,0 18,9 18,3 18,6 Viskositätsindex VI - 94 93 95 92 93 Oxidation A/ cm 4 3 1 1 - Additive Kalzium mg/ kg 4 4 2 8 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 9 18 23 27 34 Zink mg/ kg 41 21 11 5 0 Phosphor mg/ kg 168 233 261 287 306 Barium mg/ kg 0 1 0 0 0 Schwefel mg/ kg 9.770 9.987 10.198 10.141 10.194 Zusatz-Tests Säurezahl mgKOH/ g 1,1 0,8 0,5 0,6 0,7 Reinheitsklasse (ISO 4406) 24/ 23/ 15 - - - - Tabelle 8.8: Laborergebnisse zur Überwachung des Getriebeöls aus einem Walzgerüst 211 8. 8. Industriegetriebe eines Walzgerüsts <?page no="215"?> 8. 9. Dieselmotor einer Lokomotive Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus dem Dieselmotor einer Lokomotive: • DAK/ MAK 306 • • Motorenöl SAE 15W-40 • • Ölfüllmenge von 205 Liter • Anwendung Motorenöle unterliegen einem komplexen Alterungsprozess. Neben den klassischen Proz‐ essen wie Oxidation und thermische Zersetzung, die jedoch auf einem deutlich höheren Niveau laufen als beispielsweise in Getrieben, führt der direkte Kontakt von Verbren‐ nungsprodukten mit dem Öl zu zusätzlichen Beanspruchungen. Gerade dieser Prozess er‐ laubt es, anhand von Ölanalysen nicht nur das Ölwechselintervall zu steuern, sondern auch Unregelmäßigkeiten im Verbrennungsprozess frühzeitig zu erkennen. Die Beurteilung der Ergebnisse von Ölanalysen aus Verbrennungsmotoren erfordert daher, deutlich mehr Kennwerte und Zusammenhänge im Blick zu haben als in anderen Anwendungen. Probenintervall Es handelt sich um die Routineüberwachung des Motorenöls für dieses Gerät. Die Proben werden in einem Abstand von ca. 3 Monaten regelmäßig untersucht. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Die Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. Der Trendverlauf ist • stabil. • Der Kraftstoffgehalt ist leicht angestiegen. • • Es ist kein Eintrag von Kühlerfrostschutzmittel ersichtlich. • • Oxidation und Nitration liegen im Normalbereich. • • Der Rußgehalt ist normal. • • Die Basenzahl ist im Vergleich zum Frischöl nur geringfügig gesunken. • • Das Öl wurde bereits gewechselt. • • Bitte senden Sie uns die nächste Probe spätestens nach weiteren 3 Monaten zur • Trendbeobachtung zu. Praxis-Tipp In dieser Anwendung kommt der Früherkennung eines erhöhten Kraftstoffeintrags, eines anomalen Rußgehalts und eines Eintrags von Kühlerfrostschutzmittele besondere Bedeu‐ tung zu. Die Lokomotiven erreichen in kurzer Zeit hohe Laufleistungen. Deshalb sollen sowohl erhöhte Verschleißwerte als auch Unregelmäßigkeiten möglichst früh erkannt werden. Wurde das Öl zwischenzeitlich gewechselt, ist die natürliche Trendlinie gebrochen. In diesem Fall bietet es sich an, die Ergebnisse von Proben mit ähnlicher Öleinsatzzeit mitei‐ nander zu vergleichen. Unter vergleichbaren Einsatzbedingungen sollten nach ähnlichen Laufzeiten auch ähnliche Ergebnisse zu erwarten sein. 212 8 Ölanalysen praktisch <?page no="216"?> Probe Ergebnisse Datum 14.03.18 05.12.17 22.09.17 30.06.17 (Frischöl) Bh Gesamt 14.000 13.000 12.000 11.000 - Bh Öl 2.000 1.000 2.000 1.000 - Ölwechsel Ja Nein Ja Nein - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 4 3 4 2 - Chrom mg/ kg 0 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 1 1 2 1 - Blei mg/ kg 2 1 2 0 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 1 0 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 39 43 39 46 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 7 8 7 8 5 Natrium mg/ kg 3 3 3 1 0 Kalium mg/ kg 1 1 1 1 0 Wasser Gew.-% <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 Dieselkraftstoff Vol.-% 2,5 1,3 1,9 1,2 - Bio-Diesel Vol.-% <0,3 <0,3 <0,3 <0,3 - Rußgehalt Gew.-% 0,2 0,1 0,2 <0,1 - Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 92,1 96,4 91,0 97,8 104,5 Viskosität bei 100°C mm²/ s 12,8 13,2 12,7 13,5 14,0 Viskositätsindex VI - 136 135 136 138 135 Oxidation A/ cm 2 1 3 2 - Nitration A/ cm 1 1 1 1 - IR-Glykol neg. neg. neg. neg. - Dispergierfähigkeit % 100 91 100 94 - Additive Kalzium mg/ kg 2931 3283 3081 2583 2912 Magnesium mg/ kg 16 17 23 132 21 Bor mg/ kg 352 402 376 327 389 Zink mg/ kg 1057 1174 1115 1129 1102 Phosphor mg/ kg 863 971 932 958 929 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 2524 2544 2478 2776 2522 Zusatz-Tests Basenzahl mgKOH/ g 10,1 10,5 10,2 11,1 11,2 Tabelle 8.9: Laborergebnisse zur Motorenöl-Überwachung einer Lokomotive 213 8. 9. Dieselmotor einer Lokomotive <?page no="217"?> 8. 10. Dieselmotor einer Baumaschine Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus dem Dieselmotor einer Baumaschine: • Turbo-Dieselmotor Tier IV • • Motorenöl SAE 10W-40 nach OEM-Vorschrift • • Ölfüllmenge von 48 Liter • Anwendung Motorenöle in Baumaschinen arbeiten, verglichen mit dem Autobahneinsatz eines LKW im Fernverkehr, unter erschwerten Bedingungen. Stark wechselnde Beanspruchung, Feuch‐ tigkeit, Staub, schweres Gelände oder gar besonders staubintensiver Tunnelbetrieb produ‐ zieren ein sehr spezielles Einsatzprofil, welches von Baustelle zu Baustelle auch sehr un‐ terschiedlich sein kann. Probenintervall Es handelt sich um die erste Analyse des Motorenöls für dieses Gerät. Anhand der Angaben zu den Betriebsstunden geht eindeutig hervor, dass das Motorenöl erst jetzt, anlässlich der Probenentnahme, gewechselt wurde. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Der Kupfergehalt ist ungewöhnlich deutlich erhöht. • • Die anderen Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Oxidation und Nitration liegen im Normalbereich. • • Kraftstoffgehalt und Rußgehalt sind normal. • • Die Basenzahl ist im Vergleich zum Frischöl nur geringfügig gesunken. • • Das Öl wurde bereits gewechselt. • • Der hohe Kupfer-Wert kann durch eine Erst-Reaktion neuer Buntmetall-Teile mit • dem heißen, reaktiven Motorenöl hervorgerufen werden, die eine Art „Passivierung“ hervorruft. Es kann jedoch auch andere Ursachen haben. • Bitte senden Sie uns die nächste Probe spätestens nach weiteren 250 Stunden zur • Trendbeobachtung zu. Praxis-Tipp Die Analyse der ersten Ölfüllung aus Verbrennungsmotoren weist oft einige Besonder‐ heiten auf. Leicht erhöhte Werte für Verschleiß sind dem Einlaufprozess zuzuordnen, hohe Siliziumwerte oftmals der Verwendung spezieller, silikonbasierter Dichtungsmaterialen, andere Verunreinigungselemente können beispielsweise durch Konservierungs- und an‐ dere Betriebsstoffe hervorgerufen werden. Das detergierende Motorenöl hat eine sehr gute Reinigungswirkung! Daher ist in diesem Fall stets eine Folgeanalyse nach kürzerer Laufzeit empfehlenswert, bevor kostenintensive Maßnahmen eingeleitet werden. 214 8 Ölanalysen praktisch <?page no="218"?> Probe Ergebnisse Datum 16.05.17 (Frischöl) Bh Gesamt 512 - Bh Öl 512 - Ölwechsel Ja - Nachfüllung - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 11 - Chrom mg/ kg 0 - Kupfer mg/ kg 91 - Blei mg/ kg 0 - Zinn mg/ kg 0 - Aluminium mg/ kg 10 - Nickel mg/ kg 0 - Molybdän mg/ kg 40 - PQ-Index - <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 7 5 Natrium mg/ kg 5 0 Kalium mg/ kg 21 0 Wasser Gew.-% <0,1 <0,1 Dieselkraftstoff Vol.-% <0,3 - Bio-Diesel Vol.-% <0,3 - Rußgehalt Gew.-% <0,1 - Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 91,1 97,7 Viskosität bei 100°C mm²/ s 12,6 13,3 Viskositätsindex VI - 134 135 Oxidation A/ cm 9 - Nitration A/ cm 5 - IR-Glykol neg. - Dispergierfähigkeit % 96 Additive Kalzium mg/ kg 1318 1326 Magnesium mg/ kg 714 687 Bor mg/ kg 1 0 Zink mg/ kg 1245 1202 Phosphor mg/ kg 957 899 Barium mg/ kg 0 0 Schwefel mg/ kg 2068 2122 Zusatz-Tests Basenzahl mgKOH/ g 10,1 11,6 Tabelle 8.10: Laborergebnisse zur Motorenöl-Überwachung einer Baumaschine 215 8. 10. Dieselmotor einer Baumaschine <?page no="219"?> 8. 11. Ottomotor eines PKW Es handelt sich um die Analyse des Schmieröls aus dem Ottomotor eines PKW anlässlich der Begutachtung eines Motorschadens: • Turbo-Benzinmotor 2.0L, 162 kW • • Motorenöl SAE 5W-30 nach OEM-Vorschrift • • Ölfüllmenge von 5 Liter • Der Motorschaden (Pleuel-Abriss) ist nach einer Gesamtlaufleistung von nur 10.054 km eingetreten. Das Öl wurde der Laufleistung entsprechend noch nicht gewechselt. Der Motor wies bei der Öffnung einen deutlich erhöhten Ölstand auf. Es wurden ca. 7,5 Liter Öl abgelassen. Die normale Füllmenge wurde lt. Motorhersteller mit 5 Litern angegeben. Probenintervall Es handelt sich um eine Einmal-Analyse, ein Trendverlauf liegt nicht vor. Als Ölsorte ist nur „OEM-Erstbetriebsöl, SAE 5W-30“ bekannt. Die Frischöl-Werte beziehen sich darauf. Bewertung Die aktuelle Probe wird wie folgt bewertet: • Aluminium leicht erhöht. • • Die anderen Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Der Kraftstoffgehalt ist erhöht, kann jedoch nicht für die Überfüllung des Motors • verantwortlich sein. • Der hohe Natrium-Wert in Verbindung mit dem hohen Wassergehalt ist ein deutli‐ • ches Anzeichen für einen Kühlerfrostschutzmittel-Eintrag. Möglicherweise daher die Überfüllung. Anders als beim Kraftstoffeintrag mischt sich Wasser nicht ho‐ mogen mit dem Öl. Daher ist ein deutlich höherer Wasseranteil in Relation zur Öl‐ füllmenge nicht ungewöhnlich. • Wurde aufgrund einer Verschlammung die Öl-Kontrollleuchte aktiviert, kann das • zu einem Nachfüllen von Öl geführt haben. Beides, Frostschutzmittel-Eintrag und Nachfüllen, kann den stark erhöhten Ölstand verursacht haben. • Der Pleuel-Abriss kann durch eine Verschlammung der Kolbenringe und nachfol‐ • gende Ablagerungsbildung hervorgerufen sein, was jedoch angesichts der normalen Verschleißwerte unwahrscheinlich ist. • Ein stark erhöhter Füllstand kann einen Flüssigkeitsschlag und den Pleuel-Abriss ver‐ • ursachen. • Der hohe Wert für das Dispergiervermögen („Tüpfel-Test“) und die niedrigen Ver‐ • schleißwerte weisen darauf hin, dass der Frostschutzmitteleintrag nur sehr kurze Zeit im Öl war und damit als Ursache mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht in Frage kommt. • Die Werte sind eher typisch dafür, dass beim Schadens-Eintritt eine große Menge • an Frostschutzmittel ins Öl gelangte, d. h. als eine Folge des Schadens. • Beim Zerlegen des Motors ist zu prüfen, ob der plötzliche Eintritt einer großen • Menge an Frostschutzmittel als Folge der Schädigung der Komponenten wahr‐ scheinlich ist, z. B. durch einen Durchschlag. 216 8 Ölanalysen praktisch <?page no="220"?> Praxis-Tipp Die Ölanalyse kann zur Klärung einer Schadensursache beitragen. Es kommt darauf an, beides, die Laborergebnisse und die Schadensdetails in Einklang zu bringen. Probe Ergebnisse Datum 17.03.18 (Frischöl) Km Gesamt 10.054 - Km Öl 10.054 - Ölwechsel - - Nachfüllung - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 95 - Chrom mg/ kg 3 - Kupfer mg/ kg 31 - Blei mg/ kg 0 - Zinn mg/ kg 7 - Aluminium mg/ kg 43 - Nickel mg/ kg 1 - Molybdän mg/ kg 2 - PQ-Index - <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 18 Natrium mg/ kg 238 0 Kalium mg/ kg 13 0 Wasser Gew.-% 4,1 <0,1 Ottokraftstoff Vol.-% 1,9 - Rußgehalt Gew.-% <0,1 - Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 54,2 69,2 Viskosität bei 100°C mm²/ s n/ a 11,7 Viskositätsindex VI n/ a 165 Oxidation A/ cm 4 - Nitration A/ cm 12 - IR-Glykol neg. - Dispergierfähigkeit % 94 - Additive Kalzium mg/ kg 1116 1139 Magnesium mg/ kg 7 6 Bor mg/ kg 32 60 Zink mg/ kg 820 624 Phosphor mg/ kg 543 495 Barium mg/ kg 0 0 Schwefel mg/ kg 1360 1525 Zusatz-Tests Basenzahl mgKOH/ g 6,4 6,7 Tabelle 8.11: Laborergebnisse zur Ölprobe aus einem defekten PKW-Ottomotor 217 8. 11. Ottomotor eines PKW <?page no="221"?> 8. 12. Bio-Gasmotor Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus einem Bio-Gasmotor: • Jenbacher Biogas-Motor JMS 320 GS • • Gasmotorenöl SAE 40 (API Gr. II) • • Ölfüllmenge von 350 Liter • • Automatische Nachfüllung • Anwendung Bio-Gasmotoren werden in Blockheizkraftwerken zur Erzeugung von Elektroenergie und Wärme eingesetzt. Oft werden sie im Dauerbetrieb auf höchstem Leistungsniveau einge‐ setzt. Der Kraftstoff - das Biogas - wird in einem komplizierten Gär-Prozess in einem Reaktor aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen. Das Erreichen eines wirtschaftlichen Ölwechselintervalls bei gleichzeitig sicherem Betrieb ist das Primärziel der Ölüberwachung. Mögliche Schwankungen in der Gasqualität sollen durch die Ölanalysen genauso sicher erkannt werden wie anomale Verschleißzustände. Probenintervalle Die Proben werden zunächst alle 500 Bh untersucht, um einen möglichst zuverlässigen Trend aufzubauen. Anschließend werden auch die Probenintervalle durch die Ergebnisse der Ölanalysen gesteuert. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Die Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs und sind im Trendver‐ • lauf stabil. • Das Öl zeigt der Laufzeit angemessene Alterungserscheinungen. • • Die Viskosität ist nur leicht angestiegen, angesichts der Laufleistung ebenfalls völlig • normal. • Die Basenzahl ist im Vergleich zum Frischöl deutlich gesunken, die Säurezahl ist • erhöht. • Das Öl ist jedoch noch weiter einsatzfähig, ein Ölwechsel ist nicht notwendig. • • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 300 Stunden zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Wundern Sie sich nicht, wenn bei sehr langen Laufzeiten in Motorenölen die Elementge‐ halte etwas steigen, vor allem für Kalzium, manchmal auch, etwas schwächer Zink und Phosphor. Das ist ein Anzeichen für ein normales Ausdampfen von Grundölen bei hohen Dauertemperaturen. Dadurch verändert sich das Verhältnis Additiv - Öl etwas. Beim Schwefel ist das in Bio-Gasmotoren oft anders: Ein steigender Schwefelgehalt kann sowohl vom permanenten Eintrag verbrannter und unverbrannter Gasbestandteile, z. B. durch Blow-By als auch vom Nachfüllen mit einem anderen Öltyp stammen. 218 8 Ölanalysen praktisch <?page no="222"?> Probe Ergebnisse Datum 12.11.18 30.10.18 16.10.18 01.10.18 (Frischöl) Bh Gesamt 18.503 18.167 17.854 17.421 - Bh Öl 2.583 2.247 1.934 1.501 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung Auto Auto Auto Auto - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 3 3 3 3 - Chrom mg/ kg 0 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 0 0 0 0 - Blei mg/ kg 0 0 0 0 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 2 2 1 2 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 2 2 2 2 8 Natrium mg/ kg 2 2 1 2 0 Kalium mg/ kg 1 1 1 1 0 Wasser Gew.-% <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 138,0 137,0 135,7 134,0 126,5 Viskosität bei 100°C mm²/ s 15,2 15,0 14,9 14,8 14,0 Viskositätsindex VI - 112 111 111 111 109 Oxidation A/ cm 11 10 9 8 - Nitration A/ cm 6 5 5 4 - IR-Glykol - Neg. Neg. Neg. Neg. - Additive Kalzium mg/ kg 3287 2984 2956 2935 2530 Magnesium mg/ kg 22 22 20 19 17 Bor mg/ kg 72 70 69 72 91 Zink mg/ kg 405 380 366 372 328 Phosphor mg/ kg 301 300 285 282 272 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 2140 2143 1912 1742 883 Zusatz-Tests Basenzahl mgKOH/ g 6,0 6,3 6,6 7,2 10,0 Säurezahl mgKOH/ g 4,0 3,9 3,8 3,6 2,1 ipH-Wert (Acidität) - 5,5 5,6 5,5 5,7 5,6 Tabelle 8.12: Laborergebnisse zur Überwachung des Motorenöls aus einem Bio-Gasmotor 219 8. 12. Bio-Gasmotor <?page no="223"?> 8. 13. Erdgasmotor Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus einem Erdgasmotor: • MTU GL 227 N5 • • Gasmotorenöl SAE 40 (Mineralöl) mit OEM-Freigabe • • Ölfüllmenge von 200 Liter • • Automatische Nachfüllung • Anwendung Erdgasmotoren werden seit vielen Jahren in BHKW zur Energieerzeugung eingesetzt. Immer dann, wenn sowohl Elektroals auch Wärmeenergie benötigt werden, sind Kraft-Wärme-Kopplungen wie Blockheizkraftwerke (BHKW) erste Wahl. Das zum Einsatz kommende Erdgas ist in der Regel „sauberer“ als Schwachgase wie Bio-, Deponie- oder Klärgas. Im Dauerbetrieb wird das Öl sehr hohen Belastungen und Temperaturen ausge‐ setzt. Das Gasmotorenöl muss eine hervorragende Oxidationsstabilität und thermische Be‐ ständigkeit aufweisen, um in diesen Anwendungen bestehen zu können. Die Proben werden je nach Wartungsstrategie und Laufleistung zunächst alle 500 Bh untersucht. Je nach Ergebnis und Stabilität im Trendverhalten werden die Proben- und Ölwechselintervalle dynamisch gesteuert. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Chrom ist im Trend leicht erhöht, aber nicht kritisch. • • Die anderen Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Das Öl zeigt eine der langen Laufzeit entsprechende Oxidation. • • Der Wert für die Nitration ist deutlich höher als der Oxidationswert. • • Die Viskosität ist angestiegen, liegt jedoch innerhalb des zulässigen Bereichs. • • Die Basenzahl ist im Vergleich zum Frischöl gesunken, zeigt jedoch ebenfalls noch • Reserven. • Das Öl wurde bereits gewechselt. • • Wir raten, die nächste Probe spätestens nach 2.500 Bh zu entnehmen. Aufgrund des • hohen Nitrations-Wertes ist eine zusätzliche Überwachung des ipH-Werts sinnvoll. Praxis-Tipp Steigt der Chrom-Wert bei gleicher Öl-Laufzeit weiter an, sollte das Intervall verkürzt werden. In Erdgasmotoren mit hohen Nitrations-Werten oder auch bei Verwendung bzw. Zugabe von „Bio-Methan“ ist die Bestimmung des ipH-Wertes wichtig. 220 8 Ölanalysen praktisch <?page no="224"?> Probe Ergebnisse Datum 09.11.18 12.06.18 11.04.18 06.02.18 (Frischöl) Bh Gesamt 49997 47251 46189 44828 - Bh Öl 2746 2423 1361 2672 - Ölwechsel Ja Ja Nein Ja - Nachfüllung Auto Auto Auto Auto - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 6 4 3 6 - Chrom mg/ kg 4 2 1 2 - Kupfer mg/ kg 0 1 0 1 - Blei mg/ kg 2 4 1 8 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Aluminium mg/ kg 2 2 1 3 - Nickel mg/ kg 2 0 0 1 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 3 3 2 4 4 Natrium mg/ kg 1 0 0 1 0 Kalium mg/ kg 0 0 0 0 0 Wasser Gew.-% <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 166,9 171,1 151,6 208,4 133,6 Viskosität bei 100°C mm²/ s 16,2 16,5 15,3 18,6 13,8 Viskositätsindex VI - 100 102 102 99 109 Oxidation A/ cm 10 14 4 28 - Nitration A/ cm 18 23 10 37 - IR-Glykol - Neg. Neg. Neg. Neg. - Additive Kalzium mg/ kg 1503 1539 1372 1721 1192 Magnesium mg/ kg 15 15 13 9 6 Bor mg/ kg 1 2 2 0 0 Zink mg/ kg 453 446 396 491 340 Phosphor mg/ kg 328 345 308 358 275 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 6326 5630 5594 7696 5021 Zusatz-Tests Basenzahl mgKOH/ g 3,9 3,3 4,8 2,5 6,5 Tabelle 8.13: Laborergebnisse zur Überwachung des Motorenöls aus einem Erdgasmotor 221 8. 13. Erdgasmotor <?page no="225"?> 8. 14. Schmieröl einer Dampfturbine Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus einer Dampfturbine: • Siemens Dampfturbine • • Schmieröl L-TD 46 (API Gr. II) • • Ölfüllmenge von 22.000 Liter • Anwendung Das Schmieröl einer Dampfturbine dient hauptsächlich zur Schmierung der Lager und falls vorhanden - des Getriebes. Es handelt sich um ein großvolumiges Umlaufschmiersystem. Sehr wichtig sind neben den klassischen Schmierstoffkenngrößen Kennwerte wie das Schaumverhalten, Wasser- und Luftabscheidevermögen. Die dominierenden Ölalterungs‐ mechanismen sind Oxidation und - je nach Temperaturauch thermische Zersetzung. Mit zunehmendem Alterungsfortschritt neigen Schmieröle zur Bildung von Ablagerungen. Deshalb ist auch die Prüfung der Ablagerungsbildung von großem Interesse. Probenintervalle Turbinenöle werden in der Regel in 6-monatigem Abstand untersucht. Einmal pro Jahr wird eine detaillierte Prüfung vorgenommen, gefolgt von einer halbjährlichen „Zwischenprobe“, die ggf. mit etwas reduziertem Umfang durchgeführt wird. Je nach Fragestellung und Prüf‐ ergebnis werden diese Intervalle je nach Bedarf auch verkürzt. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Die Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Die Säurezahl ist stabil. • • Die phenolischen Antioxidantien sind deutlich gesunken, die aminischen sind je‐ • doch noch in gutem Zustand. • Schaum, LAV und WAV sind im zulässigen Toleranzbereich. • • Die Reinheitsklasse ist ausreichend. • • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 6 Monaten zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Aminische und phenolische Antioxidantien (AO) arbeiten synergistisch zusammen. In mo‐ dernen Turbinenölen sind im RULER-Diagramm des Frischöls meist ein starker Peak für die Amine sichtbar und nur ein relativ kleiner Peak für die Phenole. Diese Flächenverhält‐ nisse sind in der Bewertung zu berücksichtigen: Sind trotz deutlich abgebauter phenolischer AO die aminischen AO noch in gutem Zustand, soll sich die Bewertung der „Gesamt-AO“ an dem Zustand der aminischen AO orientieren. Im Zweifelsfall kann das FT-IR zu Rate gezogen werden. Zeigt das RULER-Diagramm des Frischöls nur wenig Amine und einen starken, dominierenden Phenol-Peak, so ist der Zustand der Phenole in der Gesamt-AO-Be‐ wertung stärker zu gewichten. 222 8 Ölanalysen praktisch <?page no="226"?> Probe Ergebnisse Datum 15.10.18 27.07.18 04.07.18 18.04.18 (Frischöl) Bh Gesamt 52.851 50.931 50.387 48.543 - Bh Öl 12.549 10.629 10.085 8.241 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung 2000 2000 - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 0 0 0 0 - Chrom mg/ kg 0 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 0 0 0 0 - Blei mg/ kg 0 0 0 0 - Zinn mg/ kg 0 0 0 0 - Antimon mg/ kg 0 0 0 0 Aluminium mg/ kg 0 0 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 0 0 0 0 0 Natrium mg/ kg 3 2 1 3 0 Kalium mg/ kg 0 0 0 1 0 Wasser (KF) ppm 36 31 34 38 31 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 44,1 44,0 44,1 44,2 44,6 Viskosität bei 100°C mm²/ s 6,8 6,7 6,7 6,8 6,9 Viskositätsindex VI - 111 109 108 109 110 Oxidation A/ cm 1 1 1 1 - Additive Kalzium mg/ kg 0 1 0 1 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 0 0 0 0 0 Zink mg/ kg 0 1 1 1 0 Phosphor mg/ kg 1 2 1 2 0 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 29 33 27 25 12 Zusatz-Tests Säurezahl NZ mgKOH/ g 0,06 0,04 0,05 0,04 0,08 Reinheitsklasse (ISO 4406) 18/ 16/ 13 18/ 17/ 14 16/ 15/ 12 21/ 20/ 17 18/ 15/ 12 LAV Minuten 3,9 3,2 3,5 3,1 1,4 WAV Sekunden 283 255 258 245 141 Schaumverhalten Seq. I ml/ ml 300/ 0 220/ 0 170/ 0 330/ 0 0/ 0 RULER AO-I % 74 89 95 98 100 RULER AO-II % 31 53 57 84 100 MPC-Test - 39 22 16 10 0 Tabelle 8.14: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung einer Dampfturbine 223 8. 14. Schmieröl einer Dampfturbine <?page no="227"?> 8. 15. Schmieröl einer Gasturbine Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus einer Gasturbine: • Solar T-60 • • Schmieröl L-TD 32 (API Gr. III) • • Ölfüllmenge von 1.000 Liter • Anwendung Das Schmieröl einer Gasturbine dient allermeist nicht nur zur Schmierung der Lager und - falls vorhanden - des Getriebes. In fast allen heutigen Gasturbinen-Typen wird es zugleich als Hydrauliköl im Steuer- und Regelkreislauf verwendet. In großen Gasturbinen kann das Ölvolumen durchaus 30.000 Liter und mehr betragen. Die dominierenden Ölalterungsme‐ chanismen sind Oxidation und thermische Zersetzung. Deshalb ist neben der Überwachung der Öloxidation, meist anhand der Antioxidantien, auch die Prüfung der Ablagerungsbil‐ dung von großem Interesse. Ebenfalls sehr wichtig sind neben den klassischen Schmier‐ stoffkenngrößen wie beispielsweise die Viskosität, Kennwerte wie das Schaumverhalten, Wasser- und Luftabscheidevermögen. Probenintervalle Gasturbinenöle werden - wie Dampfturbinen auch - in der Regel in 6-monatigem Abstand untersucht. Einmal pro Jahr wird eine detaillierte Prüfung vorgenommen, gefolgt von einer halbjährlichen „Zwischenprobe“, die ggf. mit etwas reduziertem Umfang durchgeführt wird. Je nach Fragestellung und Prüfergebnis werden diese Intervalle je nach Bedarf auch verkürzt. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Die Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Die Säurezahl ist stabil. • • Die Antioxidantien sind in gutem Zustand. • • Der MPC-Test ist sehr niedrig. • • Schaum ist weiter etwas angestiegen, jedoch nicht kritisch. • • Das LAV ist sehr niedrig. • • Die Reinheitsklasse ist sehr gut. • • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 6 Monaten zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Das Beispiel zeigt sehr gut, wozu eine Trendbewertung nützlich ist. Die Probe direkt nach dem Ölwechsel für die Reinheitsklasse etwas höhere Werte als für ein „neues Öl“ erwartet. Jedoch zeigt schon die nächste Analyse eine deutliche Verbesserung. Offensichtlich brauchte es etwas länger als 2 Stunden, um die sehr gute Reinheitsklasse nach dem Öl‐ wechsel im System zu erreichen. Sind lediglich die Schaumwerte leicht erhöht, ist das im Trend weiter zu beobachten, jedoch nicht als kritisch anzusehen, wenn im Betrieb keine mit einem erhöhten Luftge‐ halt in Verbindung zu bringenden Unregelmäßigkeiten zu beobachten sind. So mag bei‐ 224 8 Ölanalysen praktisch <?page no="228"?> spielsweise die Ausbildung eines leichten Schaumteppichs an der Flüssigkeitsoberfläche des Ölbehälters nicht schön aussehen, ist jedoch kein kritisches operatives Problem. Probe Ergebnisse Datum 07.11.18 12.06.18 09.03.18 29.11.17 (Frischöl) Bh Gesamt 23.024 19.795 17.617 17.615 - Bh Öl 5409 2180 2 17.615 - Ölwechsel - - Ja - - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 0 0 0 0 - Chrom mg/ kg 0 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 0 0 0 0 - Blei mg/ kg 0 0 1 1 - Zinn mg/ kg 1 0 1 0 - Antimon mg/ kg 0 0 0 0 Aluminium mg/ kg 0 0 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 0 0 0 0 0 Natrium mg/ kg 0 1 0 0 0 Kalium mg/ kg 0 0 0 0 0 Wasser (KF) ppm 31 42 30 33 29 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 32,4 32,0 32,2 32,1 30,5 Viskosität bei 100°C mm²/ s 6,0 5,9 6,0 5,9 5,7 Viskositätsindex VI - 130 130 131 131 130 Oxidation A/ cm 2 2 1 2 - Additive Kalzium mg/ kg 0 1 0 4 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 0 0 0 0 0 Zink mg/ kg 1 1 1 14 0 Phosphor mg/ kg 1196 1147 1158 1038 1172 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 24 25 27 68 15 Zusatz-Tests Säurezahl NZ mgKOH/ g 0,07 0,06 0,08 0,15 0,08 Reinheitsklasse (ISO 4406) 14/ 12/ 10 15/ 13/ 10 20/ 18/ 13 21/ 19/ 13 18/ 16/ 12 LAV Minuten 2,2 - 2,5 2,6 1,6 Schaumverhalten Seq. I ml/ ml 390/ 0 300/ 0 220/ 0 490/ 0 20/ 0 RULER AO-I % 82 89 97 35,2 100 RULER AO-II % 69 81 94 5,6 100 MPC-Test - 8 11 18 46 - Tabelle 8.15: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung einer Gasturbine 225 8. 15. Schmieröl einer Gasturbine <?page no="229"?> 8. 16. Schmieröl eines Turbokompressors Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus einem Turbokompressor: • Atlas Copco GT 050 • • Schmieröl L-TD 46 (API Gr. II) • • Ölfüllmenge von 1.000 Liter • Anwendung Das Schmieröl eines Turbokompressors dient hauptsächlich zur Schmierung der Lager und des Antriebs. Mit dem im Verdichtungsraum zu verdichtenden Gas kommt das Öl in der Regel nicht in Berührung. Die dominierenden Ölalterungsmechanismen sind Oxidation und - je nach Temperaturauch thermische Zersetzung. Mit zunehmendem Alterungsfort‐ schritt neigen Schmieröle zur Bildung von Ablagerungen. Deshalb ist auch die Prüfung der Ablagerungsbildung von großem Interesse. In großen Turbokompressoren werden hydro‐ dynamisch geschmierte Gleitlager verwendet. Daher sind ggf. auch Luftabscheidever‐ mögen und Schaumbildung von Interesse. Probenintervalle Schmieröle aus Turbokompressoren, meist handelt es sich um Turbinenöle, werden in der Regel in 6-monatigem Abstand untersucht. Einmal pro Jahr wird eine detaillierte Prüfung vorgenommen, gefolgt von einer halbjährlichen „Zwischenprobe“, die ggf. mit etwas redu‐ ziertem Umfang durchgeführt wird. Je nach Fragestellung und Prüfergebnis werden diese Intervalle je nach Bedarf auch verkürzt. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Die Verschleißwerte liegen innerhalb des normalen Bereichs. • • Die Säurezahl ist auf Frischöl-Niveaustabil. • • Die Reinheitsklasse ist sehr gut • • Es sind keine Anzeichen einer erhöhten Öloxidation oder eines erhöhten Additiv‐ • verbrauchs ersichtlich. • Bitte senden Sie uns die nächste Probe nach weiteren 6 Monaten zur Trendbeo‐ • bachtung zu. Praxis-Tipp Turbokompressoren, z. B. in der Chemischen Industrie, arbeiten „24 x 7“, d. h. rund um die Uhr, auch am Wochenende. Ein Ausfall des Kompressors zieht möglicherweise den Pro‐ duktionsstillstand einer ganzen Produktionslinie nach sich. Deshalb kommt der Überwa‐ chung besondere Bedeutung zu. Deshalb ist es empfehlenswert, neben den in der Tabelle dargestellten Untersuchungsumfang ähnlich wie für Schmieröle von Dampf- oder Gastur‐ binen, stets auch die Antioxidantien und die Ablagerungsneigung zu prüfen. Auf diesem Wege wird die Früherkennung oxidations- und ablagerungsbedingter Probleme erheblich verbessert. 226 8 Ölanalysen praktisch <?page no="230"?> Probe Ergebnisse Datum 19.02.18 16.06.17 06.02.17 18.07.16 (Frischöl) Bh Gesamt 183.006 177.252 174.290 169.909 - Bh Öl 5.097 22.244 19.282 14.901 - Ölwechsel - - - - - Nachfüllung - - - - - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 2 1 1 1 - Chrom mg/ kg 0 0 0 0 - Kupfer mg/ kg 3 10 7 7 - Blei mg/ kg 0 1 1 0 - Zinn mg/ kg 0 1 0 0 - Antimon mg/ kg 0 0 0 0 Aluminium mg/ kg 0 0 0 0 - Nickel mg/ kg 0 0 0 0 - Molybdän mg/ kg 0 0 0 0 - PQ-Index - <25 <25 <25 <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 0 0 0 0 0 Natrium mg/ kg 1 2 4 1 0 Kalium mg/ kg 1 0 1 0 0 Wasser (KF) ppm 36 31 34 38 31 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 46,1 46,1 46,1 46,1 46,1 Viskosität bei 100°C mm²/ s 7,0 7,0 6,9 7,0 7,0 Viskositätsindex VI - 108 108 107 108 108 Oxidation A/ cm 1 1 1 1 - Additive Kalzium mg/ kg 2 1 3 2 0 Magnesium mg/ kg 0 0 0 0 0 Bor mg/ kg 0 0 0 0 0 Zink mg/ kg 79 55 67 63 84 Phosphor mg/ kg 127 115 124 128 124 Barium mg/ kg 0 0 0 0 0 Schwefel mg/ kg 1477 1227 1358 1412 1482 Zusatz-Tests Säurezahl NZ mgKOH/ g 0,19 0,12 0,14 0,15 0,2 Reinheitsklasse (ISO 4406) 19/ 16/ 11 20/ 18/ 12 19/ 16/ 12 18/ 16/ 13 18/ 15/ 12 Tabelle 8.16: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung eines Turbokompressors 227 8. 16. Schmieröl eines Turbokompressors <?page no="231"?> 8. 17. Schmieröl eines Luft-Schraubenkompressors Es handelt sich um die Routineüberwachung des Schmieröls aus einem Schraubenkom‐ pressor zur Erzeugung von Druckluft: • Schraubenverdichter mit Öleinspritzkühlung • • Schmieröl ISO VG 46 nach OEM-Vorschrift • • Ölfüllmenge von 22 Liter • Anwendung Das Schmieröl eines Schraubenverdichters mit Öleinspritzkühlung dient einerseits zur Schmierung des Antriebs und der Lager der Schrauben, wird jedoch auch in den Verdich‐ tungsraum eingespritzt, um die Schrauben zu schmieren, abzudichten und zu kühlen. Damit ist es extremen Oxidationsbeanspruchungen ausgesetzt. Das möglichst lange Ölwechse‐ lintervall kann deshalb nur durch eine exzellente Ölqualität erreicht werden. Probenintervalle Die Kompressorenöle werden zunächst idealerweise etwa zur Hälfte des prognostizierten Intervalls untersucht. So lassen sich frühzeitig Unregelmäßigkeiten erkennen und ggf. Ab‐ hilfemaßnahmen ergreifen. Später, nach Vorliegen von ausreichend Analysen, kann auch auf eine Kontrollanalyse beim Ölwechsel umgeschwenkt werden. Bei sehr langen Inter‐ vallen und schweren Betriebsbedingungen können die Untersuchungsintervalle den Er‐ fordernissen angepasst werden. In diesem Beispiel handelt es sich um eine einzelne Analyse, die anlässlich einer Wartung aufgrund der bereits sichtbaren Öl-Eindickung entnommen wurde. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Der Eisen-Wert ist deutlich erhöht. • • Auch Chrom ist leicht erhöht. • • Die Säurezahl und die Viskosität sind um ein Vielfaches höher als zulässig. • • Das FT-IR-Spektrum zeigt einen ungewöhnlich hohen Oxidationswert. • • Die starke Öleindickung und der extrem hohe Säuregehalt weisen deutlich auf Oxi‐ • dation als Ursache dafür hin. Trendbeobachtung zu. • Entweder ist das Ölwechselintervall für die konkreten Bedingungen viel zu lang • gewählt oder die Oxidationsbeanspruchung liegt um ein Vielfaches höher als normal, z. B. durch ungewöhnlich stark erhöhte Temperaturen. • Das Öl sollte sofort gewechselt und der Verdichter inspiziert werden. • • Es sollte kontrolliert werden, welche Ölwechselintervalle unter den gegebenen Ein‐ • satzbedingungen und der eingesetzten Ölsorte realistisch zu erreichen sind. • Ölanalysen helfen, das in praxi zu überprüfen. • Praxis-Tipp Ölüberflutete Luftverdichter zählen zu den effektivsten „Öl-Oxidations-Maschinen“. Oft werden für lange Ölwechselintervalle Spezialöle vom Verdichter-Hersteller vorge‐ schrieben. Der Einfluss erschwerter Einsatzbedingungen, z. B. sehr hoher Auslastung und 228 8 Ölanalysen praktisch <?page no="232"?> gleichzeitig hohen Umgebungstemperaturen wird oft unterschätzt und das Standard-Öl‐ wechselintervall verwendet. Auch die Qualität der Ansaugluft kann den Alterungsprozess erheblich beschleunigen. Probe Ergebnisse Datum 16.10.18 (Frischöl) Bh Gesamt 2698 - Bh Öl 2698 - Ölwechsel - - Nachfüllung - Testparameter Einheit - Verschleißmetalle Eisen mg/ kg 37 - Chrom mg/ kg 5 - Kupfer mg/ kg 0 - Blei mg/ kg 0 - Zinn mg/ kg 0 - Aluminium mg/ kg 0 - Nickel mg/ kg 0 - Molybdän mg/ kg 0 - PQ-Index - <25 - Verunreinigungen Silizium mg/ kg 0 0 Natrium mg/ kg 6 0 Kalium mg/ kg 1 0 Wasser (IR) Gew.-% <0,1 <0,1 Ölzustand Viskosität bei 40°C mm²/ s 219,1 46,9 Viskosität bei 100°C mm²/ s 16,3 7,0 Viskositätsindex VI - 72 107 Oxidation A/ cm >50 Additive Kalzium mg/ kg 0 0 Magnesium mg/ kg 0 0 Bor mg/ kg 3 0 Zink mg/ kg 4 0 Phosphor mg/ kg 7 85 Barium mg/ kg 0 0 Schwefel mg/ kg 1413 2352 Zusatz-Tests Säurezahl NZ mgKOH/ g 42,8 0,27 Tabelle 8.17: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung eines Luftkompressors 229 8. 17. Schmieröl eines Luft-Schraubenkompressors <?page no="233"?> 8. 18. Isolieröl aus einem elektrischen Leistungstransformator Es handelt sich um die Routine-Überwachung des Isolieröls aus einem elektrischen Trans‐ formator: • ABB, Modell XCC • • Ölbezeichnung Nynas Nytro Lyra X • • Füllmenge von 602 Liter • Anwendung Die Hauptaufgaben eines Isolieröls sind Isolieren und Wärme abführen. Damit ist ein Iso‐ lieröl dem Anwendungsbereich der Funktionsflüssigkeiten zuzurechnen, es handelt sich nicht um ein Schmieröl. Bei der Untersuchung geht es einerseits um den Ölzustand, der maßgeblich durch Oxidationsprozesse geprägt ist, bei entsprechend hohen lokalen Tem‐ peraturen ggf. auch durch thermische Zersetzung. Andererseits spielen Verunreini‐ gungen, wie z. B. Wasser eine große Rolle. Zur Überwachung des Öls dienen neben den klassischen Ölzustands-Kenngrößen wie Viskosität, Oxidation und Säurezahl auch spezielle Methoden wie beispielsweise die Durchschlagspannung und der dielektrische Verlust‐ faktor. Zum Condition Monitoring des Transformators selbst dient die Gas-in-Öl-Analyse. Probenintervalle Die Überwachung von Isolierölen wird einmal jährlich empfohlen. Kritische Anlagen bzw. Anlagen mit erhöhten Werten werden ggf. in kürzeren Intervallen überwacht, weniger kritische Anlagen mit normalen Testergebnissen eher in längeren Abständen. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Das Fluid ist klar und weist keine sichtbaren Verunreinigungen auf. • • Es ist keine außergewöhnliche Öloxidation feststellbar. • • Der Wassergehalt ist OK. • • Durchschlagspannung und dielektrischer Verlustfaktor sind im Normalbereich. • • Die Gas-in-Öl-Analyse zeigt keine Auffälligkeiten. • • Es ist nicht notwendig, das Öl zu wechseln. • • Die nächste Probe sollte nach 1 Jahr entnommen und untersucht werden. • Praxis-Tipp Ein dauerhaft niedriger Wassergehalt ist nicht nur für eine hohe Durchschlagspannung wichtig. Je niedriger der Wassergehalt, umso höher ist die Lebensdauer der Zellulose-Iso‐ lierung. Ein im Trend ansteigender Wassergehalt kann in einem üblicherweise hermetisch geschlossenen Isolieröl-Kreislauf auch auf feuchtes Isoliermaterial hinweisen, die perma‐ nente Trocknung des Öls kann helfen, die Lebensdauer der Zellulose zu erhöhen. 230 8 Ölanalysen praktisch <?page no="234"?> Probe Ergebnisse Datum 14.03.18 (Frisch, getr.) Bh Gesamt 2 a - Bh Füllung 2 a - Wechsel am - - Nachfüllung - - Testparameter Einheit - Ölzustand Farbe Farbzahl 0,5 0,5 Kin. Viskosität @40°C mm²/ s 8,43 8,45 IR-Oxidation A/ cm 1 - Phenolische AO (IR) % 87 100 Neutralisationszahl NZ mgKOH/ g < 0,01 < 0,01 Durchschlagspannung kV 69,8 72,3 Dielektr. Verlustfaktor - 0,0104 0,001 Grenzflächenspannung mN/ m 36,96 40 Verunreinigungen Wassergehalt ppm 4 < 6 Elementanalyse ICP Kupfer mg/ kg 0 - Schwefel mg/ kg 301 < 300 Gas-in-Öl-Analyse (DGA) Stickstoff ppm 17046 - Sauerstoff ppm 7015 - Wasserstoff ppm 18 - Kohlenmonoxid ppm 59 - Kohlendioxid ppm 507 - Methan ppm 16 - Ethan ppm 9 - Ethen ppm 5 - Ethin ppm 13 - Gas Gesamt ppm 24688 - DGA-Faktoren C 2 H 2 / C 2 H 4 - 2,6 - CH4/ H2 - 0,89 - C2H4/ C2H6 - 0,56 - Duval CH4 - 47,06 - Duval C2H4 - 14,71 - Duval C2H2 - 38,24 - Duval Fehlerklasse - D1 - Tabelle 8.18: Laborergebnisse zur Überwachung eines Isolieröls 231 8. 18. Isolieröl aus einem elektrischen Leistungstransformator <?page no="235"?> 8. 19. Kühlerfrostschutzmittel aus einem PKW-Ottomotor Es handelt sich um die Überwachung des Kühlerfrostschutzmittels aus einem PKW anläss‐ lich einer Begutachtung: • PKW mit 2.0L-Ottomotor • • Kühlerfrostschutzmittel nach OEM-Vorschrift • • Füllmenge von 6 Liter • Anwendung Das Kühlerfrostschutzmittel eines PKW-Verbrennungsmotors dient gleichermaßen als Frostschutz- und Kühlerschutzmittel. Der Frostschutz wird über die Mischung aus (aller‐ meist) Monoethylenglykol und Wasser sichergestellt. Durch diese Mischung wird auch der Siedepunkt erhöht, was für die thermodynamische Auslegung des Systems und zur Ver‐ meidung von Kavitationsschäden sehr wichtig ist. Den Korrosionsschutz im Kühlsystem übernehmen spezielle Additivkombinationen. Bewertung Die aktuelle Probe wurde wie folgt bewertet: • Das Fluid ist klar und weist keine sichtbaren Verunreinigungen auf. • • Der pH-Wert ist deutlich gesunken. • • Der Sulfat- und Chloridgehalt sind deutlich erhöht. • • Die Werte für Eisen und Chrom sind deutlich erhöht, Kupfer und Zink stark ange‐ • stiegen. • Das Fluid zeigt deutliche Alterungserscheinungen (Glykol- und Additivabbau). • • Es liegt eine Vermischung mit einem anderen Fluid-Typ vor. • • Es sind Flussmittelreste nachweisbar. • • Das Kühlmittel sollte gewechselt werden. • Praxis-Tipp Kühlerfrostschutzmittel verschiedenen Typs sollten aufgrund unterschiedlicher Additivie‐ rung nicht miteinander vermischt werden. Ausnahme: Die Verträglichkeit beider Flüssig‐ keiten wurde vom Hersteller geprüft und als verträglich freigeben. Andernfalls besteht die Gefahr der Lebensdauerminderung, in einigen Fällen gar der Ablagerungsbildung im Kühl‐ kreislauf. 232 8 Ölanalysen praktisch <?page no="236"?> Probe Ergebnisse Datum 22.10.19 (Frisch) Bh Gesamt 100081 - Bh Füllung - - Wechsel am - - Nachfüllung - - Testparameter Einheit - Zustand Farbe dunkel‐ braun - Brechungsindex @20°C mg/ kg 1,384 - Glykolkonzentration % [Vol/ Vol] 48,9 - Dichte @20°C Kg/ m³ 1072 pH-Wert @25°C - 6,9 - Leitfähigkeit @25°C µS/ cm 5121 - Gefrierpunkt °C -33,4 - Wasserqualität Wasserhärte °dH 2,8 Erdalkalien mmol/ l 0,51 Kalzium mg/ l 6,5 Magnesium mg/ l 8,4 Sulfat mg/ l 63,0 Chlorid mg/ l 39,1 Additive Natrium mg/ l 1142,1 Phosphor mg/ l 142,6 Bor mg/ l 0,0 Kalium mg/ l 5909,4 Silizium mg/ l 72,4 Molybdän mg/ l 352,2 Nitrat mg/ l 52,6 Nitrit mg/ l < 5,0 Phosphat mg/ l 372,5 Adipinsäure mg/ l 124,2 Acetat mg/ l 136,3 Verschleiß Eisen mg/ l 7,2 Chrom mg/ l 1,2 Aluminium mg/ l 1,4 Nickel mg/ l 0,2 Kupfer mg/ l 1,3 Blei mg/ l 0,1 Zink mg/ l 4,3 Zinn mg/ l 0,0 Abbauprodukte Glycolat mg/ l 1152,8 233 8. 19. Kühlerfrostschutzmittel aus einem PKW-Ottomotor <?page no="237"?> Formiat mg/ l 314,5 Oxalat mg/ l 57,3 Verunreinigungen Fluorid mg/ l 15,6 Bromid mg/ l 46,9 Mangan mg/ l 0,1 Titan mg/ l 0,0 Vanadium mg/ l 0,0 Silber mg/ l 0,0 Lithium mg/ l 0,0 Tabelle 8.19: Laborergebnisse zur Überwachung eines Kühlerfrostschutzmittels 234 8 Ölanalysen praktisch <?page no="238"?> 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor Die zur Überwachung von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten zur Verfügung ste‐ henden Verfahren lassen sich nach dem Ort der Anwendung in 3 Gruppen unterteilen: • In einem externen, d. h. von der zu prüfenden Anlage entfernten Labor (In-Lab) • • Mit einem mobilen Messgerät, direkt an der zu prüfenden Anlage (On-Site) • • Mit einem permanent in die Anlage integrierten Sensor (Online) • Alle 3 Gruppen von Verfahren haben ihre Berechtigung. Im Zuge der nächsten Stufe der industriellen Revolution (Industrie 4.0) werden Digitalisierung und Vernetzung auch in der Ölüberwachung immer weiter vorangetrieben. Bereits seit einigen Jahren sind Öl-Sensoren verfügbar, die sich in einigen Bereichen mangels Erfahrungen und Konzepten nur schlep‐ pend durchsetzen, während andere Bereiche Vorreiter bei der Umsetzung von „Ölüberwa‐ chung 4.0“ sind. Dieser Abschnitt kann und soll das Gebiet der On-Site und Online-Überwachung von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten nicht umfassend darstellen. Es soll den Leser zum Thema hinführen und ihm durch pragmatische, praxisorientierte Hinweise den Einstieg in diese Welt erleichtern. Im folgenden Abschnitt werden die 3 Gruppen zunächst pragmatisch miteinander ver‐ glichen, bevor dann auf einzelne Verfahren und Sensoren im Bereich On-Site und Online eingegangen wird. 9.1. Online, On-Site oder In-Lab Öl-Proben, die in einem darauf spezialisierten Labor untersucht werden (‚In-Lab“), müssen vor Ort entnommen werden, mit ausreichenden Informationen zur Probe, der Anwendung und dem Grund der Analyse ans Labor versandt werden. Innerhalb von wenigen Tagen erhält der Absender den Laborbericht mit den Ergebnissen und einer darauf basierenden Diagnose. „On-Site“ bedeutet, entweder ebenfalls eine Öl-Probe zu entnehmen und mit mobilen Prüfgeräten zu analysieren oder ein Prüfgerät kurzzeitig mit dem Öl-System zu verbinden und kurzzeitig online zu analysieren. Auf diesem Wege kann zeitnah eine Diagnose erstellt werden. Die Untersuchungen können sowohl vom Personal des Anlagenbetreibers vorge‐ nommen werden als auch von darauf spezialisierten Dienstleistungsunternehmen. „Online“ heißt, dass ein Sensor permanent mit dem System verbunden ist. So kann die Messgröße praktisch pausenlos ermittelt (an dieser Stelle sei der Begriff „Echtzeitmessung“ großzügig ausgelegt), in Datenbanken abgelegt und ausgewertet werden. Die Bewertung kann sowohl vom Sensor-System selbst als auch durch externe Routinen oder externe Dienstleister erfolgen. Die prinzipiellen Vor- und Nachteile dieser 3 Gruppen sind in Tabelle 9.1 dargestellt und in den nachfolgenden Kapiteln erläutert. <?page no="239"?> In-Lab (externer Dienst‐ leister) On-Site (internes IH-Personal) Online (integrierter Öl‐ sensor) Investitionskosten (Beschaffung + Installation) Niedrig Mittel Hoch Response-Zeit (Wartezeit bis zum Ergebnis) Hoch Niedrig Sehr niedrig Anzahl kombinierbarer Test‐ verfahren (Testumfang) Hoch Mittel Mittel Standardisierte Prüfverfahren (Vergleichbarkeit) Hoch Mittel Mittel Kontakt zum Öl und zum System Kurz Kurz Permanent Einfluss Probenentnahme Hoch Hoch - Einfluss Einbauort - - Hoch Kontakt zum IH-Personal (Informationen, Fragen) Niedrig Hoch Mittel Berücksichtigung lokaler Besonderheiten (Vor-Ort-Ein‐ druck) Niedrig Hoch Mittel Tabelle 9.1: Laboranalyse, On-Site- und Online-Messung im Vergleich 9.1.1. In-Lab-Ölüberwachung Die Untersuchung von Öl- oder Fettproben in einem darauf spezialisierten Labor erlaubt es, eine ganze Reihe präziser, meist nach international anerkannten Standards arbeitender Testgeräte miteinander zu kombinieren. Details sind in den Kapiteln 4 bis 6 dargestellt. Hier soll nur eine kurze Auswahl angeführt werden: • Elementanalyse (Verschleiß, Verunreinigungen, Additivelemente) • • Infrarot-Spektroskopie (Oxidation, Nitration, Rußgehalt, Wassergehalt) • • PQ-Index • Kinematische Viskosität, Viskositätsindex VI • Wassergehalt • • Reinheitsklasse • • Säurezahl, Basenzahl, ipH-Wert • • Luft- und Wasserabscheidevermögen • • Schaumverhalten • • MPC-Test • • … • 236 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="240"?> Der hohe Probendurchsatz derartiger Labors führt trotz der hohen Kosten für die Beschaf‐ fung und den Betrieb dieser Messgeräte zu niedrigen Kosten pro Probe für den Anwender. Professionelle, auf Gebrauchtöl-Analysen spezialisierte Laboratorien unterhalten einen Technischen Dienst, der die praxisorientierte Bewertung der Analysenergebnisse vorn‐ immt. Gleichzeitig stehen die Experten dem Anwender für Fragen wie beispielsweise be‐ züglich der Auswahl geeigneter Prüfverfahren als auch für Rückfragen zum Laborbericht zur Verfügung. Abb. 9.1: Laborbericht mit einer Kombination anwendungsorientiert ausgewählter Messwerte 237 9.1. Online, On-Site oder In-Lab <?page no="241"?> Die wesentlichen Vorteile der „In-Lab“-Untersuchung sind: • Die Kombination leistungsfähiger Prüfverfahren kann alle relevanten Ölverände‐ • rungen bestmöglich erfassen • Experten stehen vor und nach der Analyse als Berater zur Verfügung • • Niedrige Kosten • Die Nachteile sind • Proben-Entnahme und -Handling kann das Ergebnis verfälschen • • Ergebnis ist eine „detaillierte Momentaufnahme“ • • Zeit zwischen Probe und Ergebnis • • Experte sieht die Anlage und Umgebung nicht • Eine korrekte Probenentnahme ist die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Analyse. Die Beachtung einfacher Grundregeln stellt dies größtmöglich sicher. Deshalb ist es uner‐ lässlich, das damit beauftragte Personal zu schulen und praktisch zu unterweisen. Die „detaillierte Momentaufnahme“ resultiert aus der Tatsache, dass die Probe mit der Entnahme von dem System und damit auch den weiter stattfindenden Veränderungen ge‐ trennt ist. Diesen Umstand kann auch die Kombination moderner Prüfverfahren nicht än‐ dern. In diesem Zusammenhang spielt die Zeit zwischen Probe und Ergebnis insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen, im Fall von Produktionsstillständen o. ä. eine große Rolle. Professionelle Laboratorien bieten einen Express-Service an, der diese Zeitspanne größt‐ möglich verkürzt. Die mit der Auswertung beauftragten externen Experten kennen in der Regel die ein‐ zelnen Anwendungen, deren spezifischen Alterungseinflüsse auf das Öl und auch typische Verschleißvorgänge. Die konkreten Bedingungen vor Ort können dem noch einen eigenen Stempel aufdrücken, der nur über eine gute Kommunikation zwischen Anwender und Ex‐ perten erfasst werden kann. 9.1.2. On-Site-Ölüberwachung Die technischen Möglichkeiten zur Vor-Ort-Prüfung von Schmierstoffen haben sich in den letzten Jahren erheblich verbessert. Bis auf wenige Ausnahmen gibt es praktisch für jeden typischen Kennwert der Ölüberwachung Geräte, die dessen Bestimmung vor Ort erlauben. Zusätzlich können fast alle Öl-Sensoren, ggf. nach einer kleinen Anpassung an die Mes‐ sumgebung, auch zur Vor-Ort-Messung benutzt werden. So sind beispielsweise Geräte zur Messung folgender Kenngrößen verfügbar: • Kinematische oder dynamische Viskosität • • Oxidation, Nitration, Wassergehalt und andere, per Infrarot-Spektrometer bestimm‐ • bare Größen • Veränderungen von BN, AN und der Viskosität durch die Anwendung chemomet‐ • rischer Verfahren in der IR-Auswertung • Ferromagnetischer Metallabriebs, z. B. PQ-Index • • Reinheitsklasse durch Partikelzähl-Geräte • • … • 238 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="242"?> Die Bandbreite der verfügbaren Geräte reicht von klassischen „Handheld“-Geräten in Smartphone-Größe über etwas größere Geräte mit vereinfachten „Screening“-Prüfver‐ fahren bis hin zu portablen Messgeräten, die den klassischen Laborgeräten ähnlich sind. Abb. 9.2: Multi-Parameter-Testkit (CM Technologies GmbH, Elmshorn) Die Vorteile der On-Site-Prüfung liegen klar auf der Hand: • Kaum Zeitverlust zwischen Prüfung und Ergebnis • • Bei Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit den Laborgeräten können die klassischen • Ölanalyse-Grenzwerte weiter benutzt werden • Direkter Kontakt zu Personal, Maschine und Umgebung • Folgende Nachteile sind mit der On-Site-Prüfung verbunden • Proben-Entnahme und -Handling kann das Ergebnis verfälschen • • Detaillierte Momentaufnahme, wie auch bei der Labor-Analyse • • Hohe Erwartungshaltung an das Expertenwissen zur Bewertung „live“ vor Ort • Wie auch bei der In-Lab-Ölanalyse muss das Personal sowohl in der Probenentnahme als auch im Umgang mit den Messgeräten geschult und praktisch unterwiesen werden, um die Aussagekraft der Verfahren nicht zu beeinträchtigen. Die „detaillierte Momentaufnahme“ bleibt. Werden Probenvolumen oder Messgerät vom System getrennt, gilt prinzipiell dasselbe wie bei der Ölanalyse: Öl und System verändern sich weiter, die entnommene Probe dokumentiert nur den Moment der Entnahme. Jedoch ist die Zeit zwischen Prüfung und Ergebnis deutlich kürzer als bei der Labor-Analyse. Führt 239 9.1. Online, On-Site oder In-Lab <?page no="243"?> das eigene Personal die Messung durch, lässt sich das Prüfintervall unkompliziert um ein Vielfaches verkürzen. Eine dazu notwendige nochmalige Probenentnahme würde prinzi‐ piell auch eine In-Lab-Analyse erlauben, deren Zeitbedarf bis zum Eintreffen des Laborbe‐ richts jedoch deutlich größer ist. Zur Bewertung einfacher Kenngrößen wie beispielsweise des Wassergehalts ist kein Ex‐ pertenwissen notwendig. Die dafür gültigen Grenzwerte können vereinbart werden, ggf. sogar im Gerät hinterlegt werden. Je mehr Prüfergebnisse miteinander kombiniert werden, um die Aussagekraft zu erhöhen oder je komplexer die hinter der Prüfung stehende Fra‐ gestellung ist, umso mehr Kenntnisse über die Zusammenhänge, Eigenheiten der Öltypen etc. ist vom Anwender gefordert. 9.1.3. Online-Ölüberwachung Öl-Sensoren sind prädestiniert für die „Ölüberwachung 4.0“. Die Sensoren können prinzi‐ piell in zwei Gruppen eingeteilt werden: • Einzelkennwert-Sensoren, z. B. zur Bestimmung von • - Wassergehalt - Viskosität Partikel (allgemein oder speziell Verschleißpartikel) • Ölzustands-Sensoren, d. h. Multi-Parameter-Sensoren, z. B. • - Infrarot-Sensoren - Leitfähigkeits-Sensoren (elektrische und dielektrische Leitfähigkeit, Tempe‐ ratur) Auch Einzelkennwert-Sensoren können durch geschickte Kombinationen zu Multi-Para‐ meter-Systemen werden. Generell gilt, wie auch bei einer Ölanalyse: Je mehr (relevante) Kennwerte überwacht werden, umso höher ist die Aussagekraft. Abb. 9.3: Ölsensor zur Bestimmung des integralen Ölzustands Die Online-Überwachung bietet folgende Vorteile: • Zeitverzug zwischen Messung und Ergebnis vernachlässigbar • 240 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="244"?> • Praktisch lückenlose Überwachung „24 h x 7 Tage pro Woche“ • • Kenngrößen können direkt in interne oder externe Überwachungssysteme integriert • werden Im pragmatischen Vergleich zwischen den 3 Gruppen erlaubt der Sensor über die Kombi‐ nation der Schnelligkeit und der praktisch lückenlosen Messwertkette am besten die Er‐ fassung plötzlicher, zufälliger Ereignisse und die kürzeste Reaktionszeit. Des Weiteren ist die Einbindung in bestehende Überwachungs- und Steuerungssysteme einfach machbar. Selbst eine Anbindung an externe Systeme oder der Zugriff externer Experten auf die Mes‐ sergebnisse erlaubt, das Expertenwissen sozusagen ebenfalls vor Ort verfügbar zu machen. Mit der Online-Überwachung können folgende Nachteile verbunden sein: • Einbau-Ort und -Bedingungen können die Messung verfälschen • • Sensor-Messung und Laboranalyse korrelieren nicht immer miteinander, d. h. der • Anwender muss „neu lernen“, die Ergebnisse zu interpretieren • Öl-Sensoren müssen für die Messung in unterschiedlichen Öltypen ggf. angepasst • oder kalibriert werden Was bei der In-Lab- oder On-Site-Überwachung die Probenentnahme ist, das ist bei der Sensor-Anwendung die Wahl des Einbauortes und der Einbaubedingungen. Diesbezügliche Hinweise der Sensorhersteller sind, falls verfügbar, unbedingt zu beachten. Der Vorteil eines Labormessgerätes, den Wassergehalt zweifellos genauer bestimmen zu können wird in zeitkritischen Anwendungen von der Zeitspanne zwischen Labormessung und Ergebnis neutralisiert. So paradox es klingt: Online-Systeme spielen ihre Stärken durch die zeitnahe Messwerterfassung und sofortige Trendbewertung durch den Abgleich mit der Historie gegenüber der Genauigkeit der Labormessgeräte aus. In der Praxis nicht selten geführte, zeitraubende Diskussionen, welche der beiden Messwerte, Sensor-Ergebnis oder Laboranalyse sei denn nun „richtig“, berücksichtigen diesen Umstand meist nicht. Selbst Online-Messgeräte, deren Sensor-Typ identisch mit dem eines Labormessgerätes ist, womit auch die Messgenauigkeit vergleichbar sein sollte, kann aufgrund der abweichenden Mess‐ bedingungen andere Ergebnisse liefern. Gleiches gilt im übertragenen Sinne für die On-Site-Messung. 9. 2. Sensor-Typen Eine Darstellung aller marktverfügbaren Sensor-Typen würde den Rahmen dieses Buches sprengen. Des Weiteren entwickelt sich der Markt aufgrund des starken Bezugs zum Thema „Industrie 4. 0“ sehr dynamisch und die an dieser Stelle gegebenen Darstellungen verlieren schnell ihre Aktualität. An dieser Stelle wird lediglich auf eine Auswahl der oft Anwendung findenden Sensor-Typen zur Überwachung von Verunreinigungen und des Ölzustandes eingegangen. 241 9. 2. Sensor-Typen <?page no="245"?> 9. 2. 1. Partikel-Sensoren Partikel in Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten sind eine der am Häufigsten auftre‐ tenden Ursachen für Störungen, ungeplante Ausfälle und Komponenten-Schäden, z. B. an Lagern und Ventilen. Deshalb ist es keine Überraschung, dass die sensorgestützte Überwa‐ chung von Partikeln inzwischen eine lange Tradition besitzt. 9. 2. 1. 1. Partikelzähl-Sensoren Partikelzähl-Sensoren arbeiten allermeist nach einem der folgenden beiden Messprinzipien • Optischer Partikelzähler (z. B. Lichtblockade) • • Sieb-Blockade-Sensor • Beim Lichtblockade-Prinzip wird die von dem Öl durchströmte Messzelle mit einem La‐ serlicht beaufschlagt. Partikel blockieren das Auftreffen des Laserlichts auf einer hochauf‐ lösenden Photozelle. Die mit einem Teststaub kalibrierten Sensoren geben die Reinheits‐ klasse aus, meist nach ISO 4406 oder auch 4059. Siebblockade-Sensoren sind mit kaskadiert geschalteten Spezial-Siebfiltern ausgestattet. Die unterschiedliche Feinheit der Siebe produziert je nach Partikelbeaufschlagung spezielle Differenzdrücke, die ausgewertet und mit den Kalibrations-Daten eines Teststaubs abge‐ glichen werden. Siebblockade-Sensoren werden meist dort eingesetzt, wo die widrigen Be‐ dingungen den Einsatz optischer Partikelzähler nicht erlauben. Abb. 9.4: Online-Partikelzähler OLS4031 (PAMAS GmbH, Rutesheim) Partikelzähler erfassen die Partikel-Anzahl und -Größe. Die Zusammensetzung oder die Härte der Partikel ist nicht bekannt. Detaillierte Hinweise sind im Abschnitt 4. 4 gegeben. 9. 2. 1. 2.Verschleißpartikel-Sensoren In dieser Sensor-Gruppe dominieren ebenfalls 2 verschiedenen Messprinzipien: • Induktive Partikelzähler • 242 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="246"?> • Chip-Detektoren • Nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Partikelzähler erkennen elektrisch leitende Par‐ tikel, die in dem den Sensor durchströmenden Flüssigkeits-Strom enthalten sind. Sie er‐ kennen Partikel ab einer Größe von ca. 50µm und sind in der Lage, diese nach ihrer Größe zu klassifizieren. Die Erkennung funktioniert unabhängig von Luft oder Wasser im Öl. Auch Öltemperatur, -farbe, Viskosität und Volumenstrom können variabel sein. Nach dem ferromagnetischen Prinzip arbeitende Chip-Detektoren üben eine Anzie‐ hungskraft auf die ferromagnetischen Partikel aus. Werden die Partikel am Mess-System des Sensors erfasst, blockieren sie einen elektrischen Kontakt und lösen ein Signal aus. Der Abstand zwischen den Kontakten liegt je nach Sensorhersteller im typischen Bereich von ca. 70 bis 90 µm. Abb. 9.5: Wear-Scanner (Wirbelstrom-Prinzip) zur Erkennung von Verschleißpartikeln im Öl (PRÜF‐ TECHNIK Dieter Busch GmbH, Ismaning) Die Kombination der Ergebnisse von klassischen Partikelzähl-Sensoren und Verschleiß‐ partikel-Sensoren erlaubt im Trendverlauf eine mehr detaillierte Betrachtung, ob es sich um metallische oder nichtmetallische Partikel handelt. Die unterschiedlichen Größen‐ klassen der Partikel sind dabei zu berücksichtigen. 9. 2. 2. Wasser-Sensoren Wasser ist die mit Abstand am Häufigsten vorkommende Form der flüssigen Verunreini‐ gung von Schmier- und Hydraulikflüssigkeiten. Deshalb ist die permanente Überwachung des Wassergehalts sensitiver Systeme von zunehmender Wichtigkeit. 243 9. 2. Sensor-Typen <?page no="247"?> 9. 2. 2. 1. Überwachung der Relativen Feuchte Sensoren zur Bestimmung der relativen Feuchte sind mit einer wasser-sensitiven Schicht ausgestattet, die in einer kapazitiv arbeitenden Messzelle angeordnet sind. Verbleibt der Sensor eine ausreichend lange Zeit in dem Öl, stellt sich in dem wassersensitiven Material dieselbe relative Feuchte ein wie in dem Öl. Die Messung des Sättigungsgrades wird auf kapazitivem Wege gemessen. Abb. 9.6: Sensor zur Messung der relativen Feuchte (Wasser-Sättigung) im Öl MMP8 (Vaisala OYI, Helsinki) Die Messung der relativen Feuchte erfordert keine öltyp-bezogene Kalibration des Sensors. Das Ergebnis ist jedoch nicht mit dem im Labor ermittelten absoluten Wassergehalt vergleichbar. Soll das Messergebnis des Sensors ebenfalls als absoluter Wassergehalt in ppm ausgegeben werden, kann in vielen Systemen eine fluidspezifische, temperatur- (und druck-) abhängige Sättigungskurve hinterlegt werden. Zur Überwachung des Trendver‐ laufs ist dies jedoch nicht nötig. Zusätzlich verstehen Praktiker nach einer Erklärung den Umgang mit der relativen Feuchte oft besser als die öltypabhängigen Grenzwerte für „ppm“. 9. 2. 2. 2.Überwachung des absoluten Wassergehalts Zur Messung des absoluten Wassergehalts haben sich Infrarot- und Leitfähigkeitssensoren etabliert. Infrarot-Sensoren erfordern einen hohen messtechnischen Aufwand, erlauben jedoch auch die Ermittlung anderer Ölkennwerte. Infrarot- und Leitfähigkeits-Sensoren müssen ölspezifisch auf die Bestimmung des ab‐ soluten Wassergehalts kalibriert werden. Zu beachten ist, dass bei einem sehr hohen Was‐ sergehalt in den meisten Hydraulik- und Schmierölen davon auszugehen ist, dass sich das Wasser nicht homogen im System verteilt. 9. 2. 3. Ölzustands-Sensoren Der Ölzustand kann nicht hinreichend genau durch eine Einzelkenngröße erfasst werden, Veränderungen des Ölzustandes hingegen schon. Sei es nun der Anstieg der Viskosität, der Öloxidation oder des Rußgehaltes, so ist deren Einfluss auf den Ölzustand gut bekannt. Die 244 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="248"?> Änderung der elektrischen oder der dielektrischen Leitfähigkeit ist ebenfalls ein guter In‐ dikator, dass sich etwas verändert hat. An dieser Stelle sollen nur einige der marktverfüg‐ baren Sensoren dargestellt werden. 9. 2. 3. 1. Infrarot-Sensoren Heutige Labor-Spektrometer arbeiten überwiegend nach dem Prinzip der Fourier-Trans‐ formation. Deren Mess-System lässt sich jedoch nicht endlos miniaturisieren und für den Feldeinsatz nicht geeignet. Infrarot-Sensoren arbeiten in der Regel mit Filtern und ist er‐ fassen die Ölveränderungen im Vergleich zu den Laborgeräten nur an einer begrenzten Anzahl an Messpunkten bzw. Wellenzahlen. Abgestimmt auf den Öltyp, die zu erwartenden Ölveränderungen, oft unterstützt durch chemometrische Modelle, sind sie gut geeignet, die Ölveränderungen abzubilden. So können sie beispielsweise auf folgende Ölveränderungen ausgelegt werden: • Oxidation, Nitration oder Sulfation • • Abbau bestimmter Additive • • Veränderung von Viskosität, Säure- oder Basenzahl (chemometrische Modelle) • Chemometrische Modelle heißt, dass auf der Basis von Labordaten für beispielsweise Vis‐ kosität, Säure- oder Basenzahl und FT-IR-Spektren mit Hilfe multivariater Datenanalyse Modelle zur Vorhersage der erstgenannten Kenngrößen erstellt werden. IR-Sensoren finden ebenfalls als tragbare On-Site-Geräte Verwendung. Abb. 9.7: Infrarot-Sensor MIRST zur Inline-Überwachung von Schmierölen (Spectrolytic GmbH, Wernberg-Koeblitz) 9. 2. 3. 2.Leitfähigkeits-Sensoren Die meisten Schmier- und Hydraulikflüssigkeiten sind praktisch nichtleitend. Trotzdem besitzen sie eine, wenn auch eine sehr geringe Leitfähigkeit, die für das Frischöl vor allem vom Grundöltyp und der Additivierung abhängig ist. Diese Leitfähigkeit ändert sich wäh‐ rend des Einsatzes sowohl durch Ölalterung, z. B. Säurebildung oder Additivreaktionen, als auch durch Verunreinigungen wie beispielsweise Wasser. Auf diesem Wege ist die Leitfä‐ higkeit, ob elektrisch oder dielektrisch, ein sehr gut geeigneter Wert, integrale Ölverände‐ rungen zu detektieren und beispielsweise in einem einfachen Ampelsystem anzuzeigen. Die hochauflösende Erfassung und der Vergleich der Veränderungen von elektrischer Leit‐ 245 9. 2. Sensor-Typen <?page no="249"?> fähigkeit und relativer Permittivität erlauben es, die Alterungsprozesse detaillierter zu be‐ urteilen. Abb. 9.8: Sensor zum Online Oil Condition Monitoring WearSens® (cmc Instruments GmbH, Esch‐ born) Im Vergleich zu Infrarot-Sensoren sind diese Leitfähigkeits-Sensoren preiswerter und ein‐ facher in ihrer Handhabung. IR-Sensoren dagegen bieten die Möglichkeit, die Ölverände‐ rungen nicht nur in einem integralen Summensignal zusammenzufassen, sondern durch Auswahl der zu überwachenden Wellenzahlen gezielt auf bestimmte Aspekte der Ölalte‐ rung abgestimmt zu werden. Leitfähigkeits-Sensoren können sowohl fest in das System und die Anzeige oder Steue‐ rung integriert werden als auch als Handheld-Geräte zur Vor-Ort-Prüfung verwendet werden. 9. 2. 3. 3.Viskositäts-Sensoren Die Viskosität ist der wichtigste physikalische Einzelkennwert eines Schmieröls bzw. einer Hydraulikflüssigkeit. Ändert sich die Viskosität während des Einsatzes signifikant, ist die Leistungsfähigkeit des Öls direkt betroffen. Zur Überwachung der Viskosität finden ver‐ schiedene Prinzipien Anwendung, z. B.: • Ultraschall-Sensoren (Biegeschwinger) • • Seismische Sensoren • Die Sensoren sind auf den Viskositätsbereich abzustimmen. Die gemessene Viskosität wird anhand der zeitgleich erfassten Temperatur auf eine genormte Bezugstemperatur umge‐ rechnet, um die Vergleichbarkeit sicherzustellen. 246 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="250"?> Abb. 9. 9: Viskositäts- und Ölzustands-Sensor LubCos Vis+ (Argo-Hytos Management & Consulting GmbH, Baar) On-Site-Geräte zur Viskositätsbestimmung mit verschiedensten Messprinzipien sind eben‐ falls verfügbar. Die Bandbreite reicht von einfachen, auf Vergleichsmessungen abgestimmte Kugelfallviskosimeter bis hin zu transportablen Labor-Messgeräten. 9. 2. 3. 4.Multi-Parameter-Systeme Durch die Kombination von Sensoren können mehr Aspekte der Ölalterung erfasst werden. Dadurch wird die Aussagekraft deutlich erhöht. Derartige Systeme erfassen beispielsweise folgende Kennwerte: • Temperatur • • Leitfähigkeit • • Viskositätsänderungen • • Relative Feuchte • • Partikel / Reinheitsklasse • Die Temperatur wird ohnehin benötigt, um einige der gemessenen Kennwerte auf genormte Bezugstemperaturen umzurechnen. Die Trendbewertung der anderen Parameter erlaubt eine zuverlässige Zustandsüberwachung der in vielen Systemen stattfindenden generellen Ölveränderungen. Im Prinzip gilt: Je mehr Kennwerte erfasst werden, umso besser die Aussagekraft. Multi-Parameter-Sensor-Systeme werden zukünftig eine größere Rolle spielen. Eine weitere Senkung der Investitionskosten und kundenorientierte Unterstützung bei der In‐ tegration der Sensoren in die bestehenden Systeme und bei der Auswertung der Kennwerte sind dazu notwendig. 247 9. 2. Sensor-Typen <?page no="251"?> 9. 3. Online, On-Site, in-Lab: Was ist möglich Aus der in vielen gemeinsamen Projekten gewonnen Erfahrungen stellt die folgende ta‐ bellarische Übersicht dar, ausgehend von den für In-Lab-Analysen typischen Kennwerten, welche dieser Kennwerte heute bereits als On-Site- oder Online-Version verfügbar sind und welche Besonderheiten mit der einen oder anderen Lösung verbunden sind. Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Kenngröße In-Lab On-Site Online Elementanalyse (OES) ✓ PQ-Index ✓ ✓ Kinematische Viskosität ✓ 1 Dynamische Viskosität ✓ ✓ 2 Wassergehalt ✓ 3 ✓ 3 Reinheitsklasse ✓ ✓ Säurezahl (NZ/ AN) ✓ 4,5 ✓ 5 Basenzahl (BN) ✓ 4,5 ✓ 5 Oxidation (FT-IR) ✓ ✓ 5 Nitration (FT-IR) ✓ ✓ 5 Rußgehalt (FT-IR) ✓ 6 ✓ 7 Kraftstoffgehalt (GC) ✓ 8 Flammpunkt ✓ Koksrückstand ✓ Antioxidantien (FT-IR) ✓ 8 ✓ 8 Ablagerungsneigung (MPC-Test) ✓ Integraler Ölzustand (In-Lab nicht üblich) ✓ 5,9 ✓ 5,9 Tabelle 9.2: Typische Öl-Prüfverfahren In-Lab, On-Site und Online In der Praxis werden neue Verfahren üblicherweise mit den bereits vorhandenen und be‐ kannten abgeglichen. Von den In-Lab-Analysen auszugehen, folgte diesem Prinzip und soll keine Wertigkeit widerspiegeln. Es geht in der Regel lediglich darum, die Arbeitsweise der neuen Technologie kennenzulernen und die Übertragbarkeit bereits bestehender Erfah‐ rungen darauf zu prüfen. Nachfolgend einige Erläuterungen dazu: 248 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="252"?> 1 Vor allem in stark verschmutzten oder erheblich mit Verschleißpartikeln belasteten Ge‐ brauchtölen reagieren einige miniaturisierte Viskosimeter empfindlich. 2 Die Genauigkeit der Viskositätsmessung hängt für viele Sensor-Typen stark vom Mess‐ bereich ab. Vor allem in hochviskosen Schmierölen liefern einige Sensoren nur mit Ein‐ schränkungen zuverlässige Werte. 3 Einige Sensor-Typen messen die relative Feuchte, nicht den absoluten Wassergehalt. 4 Zur Vor-Ort-Bestimmung der Neutralisationszahl NZ (AN) und der Basenzahl BN sind spezielle Test-Kits verfügbar. Der Anwender hat eine chemische Substanz in eine kleine Probenmenge einzubringen und bekommt eine Farbindikation. Nicht alle Test-Kits funk‐ tionieren in unterschiedlichen Basisölen. 5 Miniaturisierte FT-IR-Sensoren funktionieren in sehr dunklen Ölen nicht zuverlässig. 6 Die verschiedenen Verfahren liefern teilweise deutlich abweichende Ergebnisse. 7 Reine Partikelzähl-Sensoren zur Ermittlung der Reinheitsklasse können auch Verschleiß‐ partikel erkennen. Sie können jedoch nicht unterscheiden, ob es sich um Verschleißpar‐ tikel oder andere, z. B. nichtmetallische Partikel handelt. 8 Die verschiedenen Verfahren liefern je nach Öl- und Additivtyp teilweise erheblich ab‐ weichende Ergebnisse. 9 Sensoren, deren Messprinzip auf Veränderungen der elektrischen oder dielektrischen Leitfähigkeit basiert, reagieren auf eine Vielzahl verschiedener Veränderungen oder Ver‐ unreinigungen des Öles. Weiterführende und detailliertere Informationen können den Literaturangaben ent‐ nommen werden / 19/ , / 20/ . 9. 4. Praktische Hinweise Angesichts der Vielzahl verfügbarer Prüfverfahren, ob nun In-Lab, On-Site oder Online, stellt sich dem Anwender schnell die Frage, welches er nun bevorzugen soll oder welche Lösung die beste ist. 9. 4. 1. Welcher Kennwert soll überwacht werden Eine bewährte Herangehensweise fängt mit der Anwendung und den Randbedingungen an. Ganz gleich, ob am Ende die Laboranalyse, das On-Site-Messgerät oder ein Sensor zum Einsatz kommt: Die Anwendung gibt über die spezifischen Ölalterungseinflüsse vor, wel‐ cher Kennwert zu prüfen ist. Wie im Kapitel beschrieben, altern Öle in verschiedenen Maschinen sehr unterschiedlich. Abbildung 9. 10 zeigt, wie verschieden die Relevanz einzelner Kenngrößen für die Ölüber‐ wachung sein kann. 249 9. 4. Praktische Hinweise <?page no="253"?> Abb. 9.10: Typische Alterungskenngrößen verschiedener Anwendungen Nachfolgende Fragen dienen dazu, zunächst den Fokus auf die von der Anwendung ge‐ stellten Anforderungen zu legen und diese nach Relevanz für systemkritische oder sicher‐ heitsrelevante Veränderungen zu bewerten: • Welche Alterungsmechanismen und Verunreinigungs-Szenarien sind zu erwarten? • • Welche Folgen haben diese? • • Welche davon sind wie kritisch? • • Welche sind mit welchen Kennwerten bzw. Prüfmethoden erfassbar? • • Passen Präzision und Messbereich zu meinen Anforderungen? • • Was kostet die Überwachung? • Liegen bereits Erfahrungen vor, d. h. es ist bekannt, was passiert und es sind lediglich Op‐ timierungen vorzunehmen, kann das entsprechend abgekürzt werden, indem mindestens die letzten 3 Fragen auf die Problemfelder angewandt werden. 9. 4. 2. Die zu überwachende Kenngröße im Fokus Ein Aspekt wird bei der Zustandsüberwachung oft übersehen: 250 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="254"?> • Wie ändert sich die zu überwachende Kenngröße? • Klassische Ölkennwerte wie z. B. die Viskosität, die Säurezahl und die Öloxidation ändern sich in der Regel kontinuierlich, jedoch allmählich. (Bild 9. 11) Abb. 9.11: Kontinuierliche, allmähliche Veränderungen Deren Überwachung ist in der Regel mittels Ölanalysen, die in regelmäßigen Abständen in das Labor geschickt werden, einfach und kostengünstig zu realisieren. Verändern sich einzelne Kenngrößen sehr dynamisch, können diese prinzipiell auch durch Laboranalysen abgedeckt werden (Bild 9. 12) Abb. 9.12: Kontinuierliche, dynamische Veränderungen Ab einer bestimmten Anzahl an Proben pro Zeitabschnitt oder wenn die Zeitspanne zwi‐ schen Probenentnahme und Ergebnis zu lang ist, können On-Site-Messungen zu über‐ schaubaren Kosten die bessere Lösung sein. Verändert sich eine Messgröße jedoch nicht kontinuierlich, in vorher nicht bekannten Abständen, können Laboranalysen und Vor-Ort-Messungen keine zuverlässige Erfassung 251 9. 4. Praktische Hinweise <?page no="255"?> bieten. Das ist weniger eine Frage des Prüfverfahrens als der Probenentnahme: Das zufällig generierte Partikel wird nur dann mit der Probe erfasst, wenn Zeit und Ort mit dem der Probenentnahme exakt zusammenfallen. Abb. 9.13: Diskrete Veränderungen, zufällige, ggf. in Betrag und Häufigkeit zunehmend In diesem Fall ist eine permanente Online-Überwachung am besten geeignet, zuverlässig und frühzeitig die Veränderungen zu detektieren. Das geschieht, indem nicht nur das Einzel-Ereignis erfasst wird, sondern im Abgleich mit der Historie auch die Zunahme der Häufigkeit der Ereignisse und ggf. auch des Betrags der Kenngröße. 9. 5. Big Data - Über den Tellerrand hinausschauen Heute kommen sehr verschiedene Methoden zur Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen zur Anwendung. Im Vertrieb der einzelnen Werkzeuge steht oft im Fokus „Was kann ich besser als der andere? “. So benutzt der Anwender verschiedene Fachärzte, die alle Spezialisten auf ihrem Gebiet sind. Wichtig ist, das Wissen und die Erfahrungen aller zu bündeln. Deshalb sollte die Frage besser so formuliert werden: • Wie können sich Werkzeug A und B ergänzen? • Nicht nur, weil kein Werkzeug alles überwachen kann. Gerade im Zeitalter der „Big Data“ stehen leistungsfähige Analysewerkzeuge zur Verfügung, um aus der Menge der produ‐ zierten Daten etwas herauszulesen, was die isolierte Sichtweise und die Kapazität des menschlichen Gehirns allein nicht erlaubt. Zwei Beispiele: Ein Hersteller von Industriegetrieben setzt im Condition Monitoring auf die Kombina‐ tion von • Ölzustand (Öl-Sensorik, -analytik) • • Maschinenzustand (Schwingungs-, Performance-Monitoring) • • Schmiersituation (Überwachung Öldruck, Ölmenge, Öltemperatur) • 252 9 Laboranalyse, Vor-Ort-Check oder Online-Sensor <?page no="256"?> Die Daten werden in eine gemeinsame Datenbasis geschrieben, im Trend überwacht und mit den Erfahrungswerten des Getriebeherstellers abgeglichen / 21/ . Eine Betreibergesellschaft von Windkraftanlagen überwacht die Anlagen mit verschie‐ denen Tools, ähnlich wie im Beispiel 1. Beim Auftreten von Unregelmäßigkeiten werden unter Abgleich mit den Betriebsdaten mit KI-Werkzeugen störungstypische Muster gesucht und gleichzeitig ähnliche Anlagen „unter die Lupe genommen“, um ähnlichen Störungen proaktiv entgegen zu treten / 22/ . 9. 6. Schlussfolgerungen Jede Anwendung produziert über die Art(en) und die Charakteristik(en) der Beanspru‐ chung(en) ein eigenes, spezifisches Alterungsszenario. Abb. 9.14: Öl- und Anlagenüberwachung: Auf die Kombination kommt es an Bild 9. 14 verdeutlicht, dass erst die optimale Kombination der Verfahren und Methoden in der Lage ist, wirklich alle relevanten Aspekte der Ölalterung zu erfassen. Kein einzelnes Prüfverfahren, ob nun In-Lab, On-Site oder Online, kann das allein. Das gilt in ähnlicher Art und Weise auch für die Art der Überwachung. Alle 3 Gruppen von Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile. In-Lab-, On-Site- und Online-Verfahren er‐ gänzen sich sehr gut, um die verschiedenen Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Nach‐ weisgrenzen, Zeitspanne zwischen Prüfung bzw. Probenentnahme und Ergebnis und die Erfordernisse der Digitalisierung, nicht zuletzt auch der Kosten, zu genügen. 253 9. 6. Schlussfolgerungen <?page no="258"?> 10 Wissen von A bis Z A A/ cm Absorption pro cm Maßeinheit in der Infrarot-Spektroskopie: Schichtdicke Öl ACEA Association des Constructeurs Européens d’Automobiles Vereinigung der euro‐ päischen Automobilhersteller. Gibt die bekannten ACEA-Spezifikationen für Motorenöle heraus. AES Atomic Emission Spectroscopy (deutsche: OES = Optische Emissionsspektroskopie). Verfahren zur Bestimmung des Elementgehaltes, z.B. in Schmierölen oder Schmierfetten. AGMA American Gear Manufacturer Assoziation Verband der Amerikanischen Ge‐ triebehersteller. Herausgeber der AGMA-Spezifikationen. AN Acid Number („Säurezahl“) Gehalt freier Säuren in einem Öl, angegeben in mgKOH/ g. ASTM D 664. Siehe auch: NZ. ANSI American National Standard Institute. Amerikanische Organisation zur Standardisierung. www.ansi.org AO-Additive Antioxidantien Den meisten Ölen zugegebene Wirkstoffe (Additive) zur Erhöhung der Oxida‐ tionsstabilität, d.h. der erzielbaren Öleinsatzzeit. API American Petroleum Institute Herausgeber der API-Spezifikationen für Motoren- und Fahrzeuggetriebeöle. ww w.api.org ASTM American Standard for Testing Material Standardisiertes Prüfverfahren, ähnlich DIN und ISO in Deutschland bzw. Eu‐ ropa. Früher auf die USA begrenzt, versteht sich die ASTM heute als weltweit tätiges Normungsgremium. www.astm.org ATF Automatik Transmission Fluid Schmieröl und Funktionsfluid für Automatikgetriebe. Wegen der spezifischen Anforderungen automatischer Getriebe sind die Spezifikationen der Ge‐ triebehersteller unbedingt zu beachten. AW-Additive Anti Wear (Verschleißschutz)-Additive d.h. Schmierölen zugegebene Wirkstoffe, zur Verbesserung der Verschleißschut‐ zeigenschaften. B BN Base Number: Basenzahl, früher auch als Total Base Number (Gesamtbasenzahl TBN) be‐ zeichnet. Kennwert für die alkalische (basische) Additivreserve, d.h. das Neut‐ ralisationsvermögen von Motorenölen. Einheit mgKOH/ g. DIN ISO 3771. <?page no="259"?> C CCMC Comité des Constructeurs d’Automobile du Marché Commun. Früherer Verband der europäischen Automobilhersteller, ist heute durch den ACEA abgelöst. Die früher gebräuchlichen Motorenölspezifikationen des CCMC sind seit 1996 nicht mehr gültig. CCR Conradson Carbon Residue Kurzbezeichnung für die Bestimmung der Verkokungsneigung (Koksrückstand) nach der Conradson-Methode (DIN 51551) CCS-Viskosität Cold Cranking Simulator Messgerät für Tieftemperatur-Viskosität, ASTM D 5293. Für die Einstufung in die Winter-SAE-Klassen gebräuchliche Methode zur Messung der Tieftempe‐ ratur-Viskosität. CEC Coordinating European Council for the Development of Performance Tests for Lubricants and Engine Fluids. Europäischer Fachausschuss zur Entwicklung von Prüfmethoden für Mo‐ toren-Schmier- und Kraftstoffen. www.cectests.org cSt Centi-Stokes Maßeinheit für die kinematische Viskosität. Gültige SI-Einheit ist mm²/ s. 1 cSt = 1 mm²/ s cP Centi-Poise Maßeinheit für die dynamische Viskosität. SI-Einheit ist Pa·s bzw. mPa·s. 1 cP = 1 mPa·s CFPP Cold Filter Plugging Point. Standardisierter Test zur Kältefiltrierbarkeit von Kraftstoffen. DIN EN 116. CLP Kurzbezeichnung für Schmierstoffe nach DIN 51502 bzw. 51517/ 3. Bezeichnet ein Umlaufschmieröl, oft auch vereinfacht als Industriegetriebeöl bezeichnet. COC Cleveland Open Cup Meßmethode zur Bestimmung des Flammpunkts im offenen Tiegel. DIN ISO 2592. D DAB Deutsches Arzneibuch Regelt Anforderungen, Qualität und Umgang mit Arzneien und deren Ausgangs‐ stoffe. Öle zur Herstellung von Cremes unterliegen z.B. diesen Anforderungen. DGMK Deutsche wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e. V. www. dgmk.de DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Bedeutendste nationale Normungsorganisation der Bundesrepublik Deutsch‐ land. Herausgeber der deutschen DIN-Normen. Siehe: www.din.de oder www.beuth.de (Verlag für vertrieb der DIN-Normen) DKIN Deutsches Komitee für Instandhaltung e. V. Mittlerweile aufgelöstes Netzwerk zur Förderung der Instandhaltung DOT United States Department of Transportation. Herausgeber von DOT-Spezifikationen, z.B. für Bremsflüssigkeiten. 256 10 Wissen von A bis Z <?page no="260"?> E E/ cm Extinktion pro cm Maßeinheit in der FT-IR-Spektroskopie chichtdicke Öl (siehe auch: A/ cm) EHD Elasto-Hydrodynamik Schmierungsregime, das die unter sehr hohem Drücken stattfindenden lokalen und temporären Verformungen von Maschinenelementen berücksichtigt. Insbe‐ sondere für Wälzlager, z.B. auch für Nocken-Stößel-Paarungen und andere Tri‐ bosysteme ELGI European Lubricating Grease Institute Unabhängiges europäisches Forschungs-Institut rund um die Herstellung, An‐ wendung und Tribologie von Schmierfetten. www.elgi.org EN Europäische Norm Durch eines der 3 europäischen Standardisierungskomitees CEN, CENELEC oder ETSI ratifizierte Norm, die durch einen öffentlichen Normungsprozess ent‐ standen ist. Zunehmend werden nationale oder internationale Normen bei der Überarbeitung mit den europäischen Normungsgremien abgestimmt oder über‐ nommen. EP-Additive Extrem Pressure Additives Kurzzeichen für Additive, d.h. Schmierölen zugegebene Wirkstoffe zur Verbes‐ serung der Verschleißschutzeigenschaften unter sehr hohem Drücken. F FAME Fatty acid methyl ester Fettsäuremethylester. Entstehen durch Umsteuerung von Fetten oder Ölen mit Methanol. Eines der bekanntesten Produkte ist Bio- Diesel, oft auch als RME (Rapsmethylester) bezeichnet. FDA Food and Drug Administration FM-Additive Friction Modifier Kurzzeichen für Additive, d.h. Schmierölen zugegebene Wirkstoffe, zur Erzie‐ lung bestimmter Reibwert-Eigenschaften. FT-IR Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie Verfahren der Infrarot-Spektro‐ skopie. FVA Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Gemeinnütziger Verein zum Zweck der Gemeinschaftsforschung und Ausbil‐ dung im Bereich der Antriebstechnik. Dachorganisation ist der VDMA. www.fva-net.de FVI Forum Vision Instandhaltung e. V. Netzwerk der Instandhaltung in Deutschland. www.ipih.de FZG Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau der TU München www.fzg.mw .tum.de G GC Gaschromatographie auch GLC. Chomatographisches Verfahren zum Auftrennen von Stoffgemischen in deren Einzelkomponenten. Säulenchromatographie unter Verwendung von 257 10 Wissen von A bis Z <?page no="261"?> Inert-Gasen als mobile Phase. Für gebrauchte Schmierstoffe z.B. zur Bestimmung des Kraftstoffgehaltes angewandt. GC-MS Gaschromatographie mit Kopplung an ein Massenspektrometer Methode zur Strukturaufklärung, d. h. Zusammensetzung von Stoffen. Gf T Gesellschaft für Tribologie e. V. Gesellschaft zur Förderung und Verbreitung des tribologischen Wissens. He‐ rausgeber der Gf T-Arbeitsblätter, z.B. zur Wälzlagerschmierung. www.gft-ev.de H HEES Standardisierte Kurzbezeichnung für umweltschonende Hydrauliköle auf der Basis synthetischer Ester nach ISO 15380. Nachgestellt wird die Viskosität als ISO VG, z. B. HEES 46. HEPG Standardisierte Kurzbezeichnung für umweltschonende Hydrauliköle auf der Basis von Polyglykolen nach ISO 15380. Nachgestellt wird die Viskosität als ISO VG, z. B. HEPG 46. HEPR Standardisierte Kurzbezeichnung für umweltschonende Hydrauliköle auf der Basis von PAO und artverwandten Kohlenwasserstoffen nach ISO 15380. Nach‐ gestellt wird die Viskosität als ISO VG, z. H. HEPG 46. HETG Standardisierte Kurzbezeichnung für umweltschonende Hydrauliköle auf der Basis natürliche (nativer) Ester nach ISO 15380. Nachgestellt wird die Viskosität als ISO VG, z. B. HETG 32. HFA Standardisierte Kurzbezeichnung für wässrige schwerentflammbare Hydraulikf‐ lüssigkeiten auf der Basis von Öl-in-Wasser-Emulsionen (HFAE) bzw. -Lösungen (HFAS) mit einem Wassergehalt von mehr als 80 %. HFB Standardisierte Kurzbezeichnung für wässrige schwerentflammbare Hydraulikf‐ lüssigkeiten auf der Basis von Wasser-in-Öl-Emulsionen mit einem Wassergehalt von 40 %. In Deutschland nicht als schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeit zugelassen. HFC Standardisierte Kurzbezeichnung für wässrige schwerentflammbare Hydraulikf‐ lüssigkeiten auf der Basis von Glykol-Wasser-Lösungen mit einem Wassergehalt von mehr als 35 % (HFC) bzw. etwa 20 % (HFC-E). HFD Standardisierte Kurzbezeichnung für nichtwässrige schwerentflammbare Hyd‐ raulikflüssigkeiten auf der Basis von Phosphorsäure-Estern (HFD-R) bzw. Fett‐ säureestern oder anderen synthetischen Flüssigkeiten wie z. B. nichtwasserlös‐ liche Glykolen (HFD-U) oder chlorierten Kohlenwasserstoffen (HFD-S) bzw. Mischungen aus HFD-R und HFD-S (HFD-T) HLP Standardisierte Kurzbezeichnung für Hydrauliköle mit Antioxidantien, Korrosi‐ onsschutz- und Verschleißschutzzusätzen. Können zinkfrei oder zinkhaltig ad‐ ditiviert sein. HLPD Standardisierte Kurzbezeichnung für detergierende HLP-Hydraulik-Öle. Können sowohl zinkfrei oder zinkhaltig additiviert sein. HTHS-Visko‐ sität High-Temperature-High-Shear-Viscosity Spezielle Hochtemperatur-Viskosität, die unter motornahen Bedingungen (hohe Temperatur, hohe Drehzahlen) getestet wird. Sie ist Bestandteil vieler Motoren‐ ölspezifikationen. HVLP Standardisierte Kurzbezeichnung für ein HLP-artiges Hydrauliköl, welches zu‐ sätzlich mit viskositätsverändernden Additiven versehen ist (VI-Verbesserer) 258 10 Wissen von A bis Z <?page no="262"?> Diese Öle sind am deutlich höheren Viskositätsindex VI (>> 100) zu erkennen. Je nach Art der verwendeten VI-Verbesserer kann die Viskosität im Betrieb durch thermische oder Scherbeanspruchung sinken. Können zinkfrei oder zinkhaltig additiviert sein. HVLPD Standardisierte Kurzbezeichnung für ein detergierendes HLP-artiges Hydrau‐ liköl, welches zusätzlich mit viskositätsverändernden Additiven versehen ist (VI-Verbesserer) Diese Öle sind am deutlich höheren Viskositätsindex VI (>> 100) zu erkennen. Je nach Art der verwendeten VI- Verbesserer kann die Visko‐ sität im Betrieb durch thermische oder Scherbeanspruchung sinken. Können zinkfrei oder zinkhaltig additiviert sein. I ICP Inductiv Coupled Plasma Induktiv gekoppeltes Plasma. Verfahren zur Elementbestimmung in Schmierölen und anderen Flüssigkeiten. DIN 51396/ 1 ILSAC International Lubricant Standardization and Approval Committee Herausgeber internationaler Motorenölspezifikationen. Diese sind vorwiegend in Asien üblich und basieren auf den API-Klassifizierungen, werden jedoch durch eigene Test‐ kriterien erweitert. IP Institute of Petroleum (GB) ipH-Wert Initial pH Anfangs-pH-Wert. Charakterisiert praxisnäher als die SAN den Gehalt starker Säuren in einem Schmieröl. Insbesondere für die Untersuchung gebrauchter Mo‐ torenöle aus Biogas-, Klärgas-, oder Deponiegasmotoren übliche Prüfmethode. Standard ist in Vorbereitung.. IR Infrarot Kurzbezeichnung für Infrarot-Spektroskopie, einem molekülspektroskopischen Verfahren der Überwachung von Neu- und Gebrauchtölen. Siehe auch: FT-IR. Grundlagen: DIN 51451, Weitere relevante Normen: DIN 51452, 51452, ASTM E 2412-10 ISO Internationale Standardisierungs-Organisation (International Organization for Standardization). www.iso.org ISO VG Viskositätsklassifizierung nach DIN ISO 3448, bezogen auf die Mittelpunkts-Vis‐ kosität bei 40 °C. Für Industrieschmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten ge‐ bräuchlich. J JASO Japanese Automotive Standards Organization Herausgeber von Öl-Spezifikati‐ onen im asiatischen Raum. L LAV Luftabscheidevermögen Prüfverfahren lb (pound, Pfund) = 0,453592 kg LS Limited Slip 259 10 Wissen von A bis Z <?page no="263"?> „Begrenzter Schlupf “. Kurzbezeichnung für Fahrzeug-Achsgetriebe mit Diffe‐ renzialen, die bei Notwendigkeit meist über im Ölbad laufende Lamellenkup‐ plungen überbrückt werden können und dafür geeignete Öle („LS-Öle“). Ge‐ bräuchlich hauptsächlich für Geländefahrzeuge, Radlader u.ä. M m-Wert Anstieg der Viskositäts-Temperatur-Geraden im V-T-Diagramm nach Walther. Kenngröße zur Berechnung des V-T-Verhaltens von Schmier- und Hydraulikölen. Siehe auch: Viskositätsindex VI MEG Mono-Ethylen-Glykol Ausgangsprodukt zur Herstellung von Kühlerfrostschutzmitteln. mg/ kg Maßeinheit für die Konzentration von Inhaltsstoffen, insbesondere für sehr nied‐ rige Konzentrationen üblich, wie z. B. Gehalt an Additiven oder Verunreini‐ gungen. mgKOH/ g Maßeinheit für die AN oder BN. Gibt das saure Äquivalent der in einem Gramm Öl enthaltenen Säuren (AN, NZ) bzw. Basen (BN) an. MIL Kurzbezeichnung für Standards (MIL-STD), Performance- Spezifikationen (MIL-PRF) oder Defense-Spezifikationen (MIL- SPEC) des US Militärs. (United Staates Military), MoS 2 Molybdän-Di-Sulfid. Festschmierstoff-Additiv, Gebräuchlich z. B. in Schmier‐ pasten, Schmierfetten und einigen Schmierölen zur Verbesserung der Schmier‐ eigenschaften im Grenz- oder Mischreibungszustand („Notlaufeigenschaften“) MOZ Motor-Oktan-Zahl Kennzahl für die Klopffestigkeit von Ottokraftstoff. MTF Manual Transmission Fluid MWV Mineralöl-Wirtschafts-Verband e. V. Verband der Unternehmen mit Sitz in Deutschland, die Rohöl in eigenen bzw. konzernverbundenen Raffinerien verarbeiten. www.mwv.de N NAS National Aerospace Standard NASA National Aerospace Assoziation NFPA National Fluid Power Assoziation NLGI National Lubricating Grease Institute NSF National Sanitary Foundation Unabhängige US-amerikanische Gesellschaft zur Prüfung und Zertifizierung von Produkten hinsichtlich der menschlichen Gesundheit u.ä. Ist z.B. für die Prüfung von Schmierstoffen für den Einsatz im Lebensmittelbereich zuständig. www.nsf .org NZ Neutralisationszahl Gibt die Anzahl der in einem Schmierbzw. Hydrauliköl enthaltenen Säuren in der Einheit mgKOH/ g an. Siehe auch: AN, SAN, ipH 260 10 Wissen von A bis Z <?page no="264"?> O OEM Origin Equipment Manufacturer Weltweit gebräuchliche Abkürzung für Hersteller von Maschinen, Anlagen oder Fahrzeug bzw. Komponenten dafür. OES Optische Emissionsspektroskopie. (Englisch: AES, Atomic Emission Spectros‐ copy). Verfahren zur Bestimmung des Elementgehaltes, z. B. in Schmierölen oder Schmierfetten. OPEC Organization of the Petroleum Exporting Countries. Organisation erdölexpor‐ tierender Länder. www.opec.org P PAG Polyalkylenglykol. Basisflüssigkeit zur Herstellung vollsynthetischer Schmier‐ stoffe und Funktionsflüssigkeiten. Je nach Zusammensetzung überwiegend was‐ sermischbar und dann mit den meisten anderen, z. B. Mineralöl- oder PAO-basi‐ schen Schmierstoffen nicht mischbar. PAO Poly-Alpha-Olefin. Basisflüssigkeit zur Herstellung vollsynthetischer Schmier‐ stoffe und Funktionsflüssigkeiten. Gebräuchlichste Basisölkomponente zur Her‐ stellung vollsynthetischer Motorenöle und anderer Schmierflüssigkeiten. PGLP Umlaufbzw. Industriegetriebeöl auf der Basis eines Polyglykol- Grundöles. Meist nicht mit Mineralölen und anderen Öltypen mischbar. PIB Poly-Iso-Butylen. Vollsynthetischer Bestandteil von Schmierölen (Grundölen) und Additiven (PIB-Succinimide). PM Pensky-Martens. Meßmethode zur Bestimmung des Flammpunkts im geschlossenen Tiegel. DIN EN ISO 2719. ppm parts per million. „Ein Millionstel Teil“. 1 % = 10.000 ppm. Für die ICP-Elementanalyse gilt: 1 ppm = 1 mg/ kg. PQ-Index Bestimmung des ferromagnetischen Metall-Abriebes in Schmierölen und Hyd‐ raulikflüssigkeiten mittels PQ-Analyzer. psi (pound per square inch), = 0,06895 bar, 14. 5 psi = 1 bar PTFE Poly-Tetra-Fluor-Ethylen (Teflon). Kunststoff, auch Verwendung als Fest‐ schmierstoff-Additiv in Schmierölen und -fetten. R RAL Reichs-Ausschuss für Lieferbedingungen (ehemals) Deutsches Institut für Gü‐ tesicherung und Kennzeichnung e. V., Unabhängige Organisation, Herausgeber von Prüfzeichen, z. B. Umweltprüfzeichen für Schmierstoffe, Hydraulikflüssig‐ keiten u.a. („Blauer Engel“) Auch das RAL-Farbsystem wurde dort entwickelt. REM-EDX energy dispersive X-ray spectroscopy. (Energiedispersive Röntgenspektro‐ skopie), gekoppelt mit einem Elektronenmikroskop. , Verfahren zur Element‐ analyse im mikroskopischen Maßstab, z. B. einzelner Partikel oder partikulärer Rückstände. RFA Röntgenfluoreszens-Analyse Verfahren zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung (Elementana‐ lyse). 261 10 Wissen von A bis Z <?page no="265"?> RME Rapsmethylester Siehe FAME. ROZ Research Octane Number Kennzahl für die Klopffestigkeit von Ottokraftstoff. RPVOT Rotary Pressure Vessel Oxidation Test (frühere Bezeichnung: RBOT) Prüfverfahren zur Beurteilung der Oxidationsstabilität von Schmierölen, z.B. Turbinen- oder Hydraulikölen. S SRV Schwingungs-Reibverschleiß Testgerät zur Ermittlung mechanisch-dynamischer Kenngrößen von modell‐ haften Prüfkörpern unterschiedlicher Geometrie und variabler Beanspruchungs‐ profile. STLE Society of Tribologists and Lubrication Engineers US-amerikanische Gesell‐ schaft der Tribologen und Schmierungsingenieure. STOU Super Tractor Oil Universal Universal-Schmier- und Hydrauliköl für Traktoren und andere landwirtschaft‐ liche Geräte unter besonderer Berücksichtigung der Anforderungen von im Ölbad laufenden Bremsen („Nassbremsen“). Ist im Vergleich zu UTTO-Ölen auch für den Einsatz als Motoröl geeignet. Firmenspezifikationen sind besonders zu beachten. SUS (auch SSU) Saybolt Seconds Universal Veraltete, vorwiegend in Nord-Amerika gebräuchliche Viskositätseinheit. Zur Umrechnung in z.B. mm²/ s (cSt) sind je nach Messtemperatur verschiedene For‐ meln und Tabellen gebräuchlich. SRV Schwingungs-Reibverschleiß Testgerät zur Ermittlung mechanisch-dynamischer Kenngrößen von modell‐ haften Prüfkörpern unterschiedlicher Geometrie und variabler Beanspruchungs‐ profile. STLE Society of Tribologists and Lubrication Engineers US-amerikanische Gesell‐ schaft der Tribologen und Schmierungsingenieure. STOU Super Tractor Oil Universal Universal-Schmier- und Hydrauliköl für Traktoren und andere landwirtschaft‐ liche Geräte unter besonderer Berücksichtigung der Anforderungen von im Ölbad laufenden Bremsen („Nassbremsen“). Ist im Vergleich zu UTTO-Ölen auch für den Einsatz als Motoröl geeignet. Firmenspezifikationen sind besonders zu beachten. SUS (auch SSU) Saybolt Seconds Universal Veraltete, vorwiegend in Nord-Amerika gebräuchliche Viskositätseinheit. Zur Umrechnung in z.B. mm²/ s (cSt) sind je nach Messtemperatur verschiedene For‐ meln und Tabellen gebräuchlich. T TAN (AN) Total Acid Number Veraltete, noch oft anzutreffende Abkürzung für die Gesamt-Säurezahl. Siehe: AN TBN (BN) Total Base Number 262 10 Wissen von A bis Z <?page no="266"?> Veraltete, noch oft anzutreffende Abkürzung für die Gesamt- Basenzahl. Siehe: BN. TOF-SIMS Time of Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy Verfahren der Massenspektroskopie zur Charakterisierung der Zusammenset‐ zung von Stoffen. TOST-Test Turbine Oil Oxidation Stability Test Für verschiedene Schmierstoffe gültiger Anforderungstest zur Prüfung der Oxi‐ dationsstabilität nach DIN EN ISO 4263, z.B. für Turbinen- oder Hydrauliköle. TOU Tractor Oil Universal Siehe UTTO. U UNITI Bundesverband mittelständischer Mineralölunternehmen e. V. www.uniti.org USDA United States Department of Agriculture Regelt in Bezug auf Schmierstoffe z.B. Anforderungen an Schmierstoffe für die Lebens- und Futtermittelindustrie, die nach NSF freigegeben werden. www.usda .gov UTTO Universal Tractor Transmission Oil Mehrzweck-Öl für Getriebe und Hydrauliken von Traktoren und landwirtschaft‐ lichen Geräten. In diesen Ölen sind insbesondere auch die besonderen Schmier‐ anforderungen für im Ölbad laufende Bremsen („Nassbremsen“) berücksichtigt, wobei die Spezifikationen der einzelnen Hersteller zu beachten sind. Siehe auch: TOU V VCI Vapor Corrosion Inhibitants Korrosionsschutz-Additive, die in der Dampfbzw. Gas-Phase wirken. Werden Schmierölen, aber auch festen Verpackungs-materialien u.ä. beigegeben, um den Korrosionsschutz auch an Maschinenteilen zu gewährleisten, die nicht ständig oder gar nicht direkt vom Öl benetzt werden. VDI Verein Deutscher Ingenieure Berufsverband und Branchennetzwerk für Ingenieure. www.vdi.org VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau Dienstleister und Bran‐ chen-Netzwerk für mehr als 3000 Industrieunternehmen in Europa. www.vdma. org VKA Vier-Kugel-Apparat Testgerät zur Ermittlung mechanisch-dynamischer Kennzahlen wie der VKA-Schweißkraft u.a. DIN 51530 VSI Verband Schmierstoff-Industrie e. V. Zusammenschluss aller bedeutenden Hersteller von Automotive- und Industrie‐ schmierstoffen in Deutschland. www.vsi-schmierstoffe.de VZ Verseifungszahl Gehalt an freien und gebundenen Säuren und Ester im Öl, angegeben in mgKOH/ g. DIN 51559/ 1, DIN EN ISO 3657 263 10 Wissen von A bis Z <?page no="267"?> W WAV Wasserabscheide-Vermögen Vermögen eines Öles, eingetragenes Wasser oder Wasserdampf wieder abzu‐ scheiden. Bestimmung nach DIN ISO 6614 (Wasser) bzw. DIN 51589 (Wasser‐ dampf) Z ZnDDP Zink-dithio-Phosphat, oft auch als ZnDP abgekürzt. Bekanntes Öladditiv zur Verbesserung der Verschleißschutzeigenschaften (AW) und der Oxidationsbe‐ ständigkeit. 264 10 Wissen von A bis Z <?page no="268"?> 11 Verzeichnis der zitierten Standards und Normen In diesem Kapitel sind die zitierten Standards aufgeführt. Der Laie weiß oft nicht sicher, ob es sich beispielsweise um eine DIN-Norm oder eine DIN ISO-Norm handelt und erinnert sich möglicherweise nur an die Nummer der Norm. Deshalb sind in den nachfolgenden Tabellen für die Bereiche • DIN, DIN EN, DIN ISO, DIN EN ISO • • ISO • • ASTM • • Sonstige • die angeführten Normen, nach der Nummer der Norm aufsteigend sortiert. Normen werden regelmäßig aktualisiert. Deshalb sei an dieser Stelle auf das Online-An‐ gebot des Beuth-Verlag hingewiesen ( www.beuth.de ). 11. 1. DIN, DIN EN, DIN ISO, EN Norm DIN, DIN EN, DIN ISO, EN… Titel DIN ISO 2049 Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Farbe (ASTM-Skala) (ISO 2049: 1996) DIN ISO 2137 Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe - Bestimmung der Konuspenet‐ ration von Schmierfetten und Petrolatum (ISO 2137: 2007) DIN EN ISO 2592 Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte - Bestimmung des Flamm- und Brennpunktes - Verfahren mit offenem Tiegel nach Cleve‐ land (ISO 2592: 2017); Deutsche Fassung EN ISO 2592: 2017 DIN EN ISO 2719 Bestimmung des Flammpunktes - Verfahren nach Pensky-Martens mit geschlossenem Tiegel (ISO 2719: 2016); Deutsche Fassung EN ISO 2719: 2016 DIN ISO 2909 Mineralölerzeugnisse - Berechnung des Viskositätsindex aus der kine‐ matischen Viskosität (ISO 2909: 2002) DIN EN ISO 3679 Bestimmung des Flammpunktes mit dem Ja/ Nein-Verfahren - Nach dem schnellen Gleichgewichtsverfahren mit geschlossenem Tiegel (ISO 3679: 2015); Deutsche Fassung EN ISO 3679: 2015 DIN ISO 3733 Mineralölerzeugnisse und bituminöse Bindemittel - Bestimmung des Wassergehaltes - Destillationsverfahren (ISO 3733: 1999) DIN ISO 6614 Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Wasserabscheidevermögens von Mineralölen und synthetischen Flüssigkeiten (ISO 6614: 1994) DIN ISO 6618 Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe - Bestimmung von Säure- oder Basenzahl - Farbindikator-Titration (ISO 6618: 1997) <?page no="269"?> DIN ISO 9120 Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte - Bestimmung des Luft‐ abscheidevermögens von Dampfturbinen- und anderen Ölen - Im‐ pinger-Verfahren (ISO 9120: 1997) DIN EN ISO 10370 Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Koksrückstandes - Mikrover‐ fahren (ISO 10370: 2014); Deutsche Fassung EN ISO 10370: 2014 EN 12634 Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe - Bestimmung der Säurezahl - Potentiometrische Titration in nichtwässrigen Medien; Deutsche Fassung EN 12634: 1998 DIN EN ISO 12937-B Mineralölerzeugnisse - Bestimmung des Wassergehaltes - Coulometri‐ sche Tritration nach Karl Fischer (ISO 12937: 2000); Deutsche Fassung EN ISO 12937: 2000 DIN 51369 Prüfung von Metallbearbeitungsflüssigkeiten - Bestimmung des pH-Wertes von wassergemischten Metallbearbeitungsflüssigkeiten DIN 51399-1 Prüfung von Schmierölen - Bestimmung der Elementgehalte aus Addi‐ tiven, Abrieb und sonstigen Verunreinigungen - Teil 1: Direkte Bestim‐ mung durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv gekop‐ peltem Plasma (ICP OES) DIN 51451 Prüfung von Mineralölerzeugnissen und verwandten Produkten - Infra‐ rotspektrometrische Analyse - Allgemeine Arbeitsgrundlagen DIN 51542 Prüfung von Schmierstoffen; Bestimmung des Rußgehaltes in ge‐ brauchten Dieselmotorenölen; Infrarotspektrometrie DIN 51453 Prüfung von Schmierstoffen - Bestimmung der Oxidation und Nitration von gebrauchten Motorenölen - Infrarotspektrometrisches Verfahren DIN 51551-1 Prüfung von Schmierstoffen und flüssigen Brennstoffen - Bestimmung des Koksrückstandes - Teil 1: Verfahren nach Conradson DIN 51575 Prüfung von Mineralölen - Bestimmung der Sulfatasche DIN 51589 Prüfung von Schmierstoffen und verwandten Erzeugnissen; Bestimmung des Wasserabscheidevermögens nach Dampfbehandlung; Prüfung von Schmierölen und schwerentflammbaren Flüssigkeiten DIN 51639-1 Prüfung von Schmierstoffen - Prüfverfahren - Teil 1: Bestimmung der Gesamtbasenzahl DIN 51777-1 Prüfung von Mineralöl-Kohlenwasserstoffen und Lösemitteln; Bestim‐ mung des Wassergehaltes nach Karl Fischer; Direktes Verfahren DIN 51777-2 Prüfung von Mineralöl-Kohlenwasserstoffen und Lösungsmitteln; Be‐ stimmung des Wassergehaltes, nach Karl Fischer, Indirektes Verfahren DIN 51803 Prüfung von Schmierstoffen; Bestimmung der Asche von Schmierfetten (zurückgezogen) DIN 51810-1 Prüfung von Schmierstoffen - Prüfung der rheologischen Eigenschaften von Schmierfetten - Teil 1: Bestimmung der Scherviskosität mit dem Ro‐ tationsviskosimeter und dem Messsystem Kegel/ Platte DIN 51820 Prüfung von Schmierstoffen - Infrarotspektrometrische Analyse von Schmierfetten - Aufnahme und Auswertung von Infrarotspektren DIN EN 60156 Isolierflüssigkeiten - Bestimmung der Durchschlagspannung bei Netz‐ frequenz - Prüfverfahren (IEC 10/ 1005/ CD: 2016) 266 11 Verzeichnis der zitierten Standards und Normen <?page no="270"?> DIN EN 60247 Isolierflüssigkeiten - Messung der Permittivitätszahl, des dielektrischen Verlustfaktors (tan δ) und des spezifischen Gleichstrom-Widerstandes (IEC 60247: 2004); Deutsche Fassung EN 60247: 2004 DIN EN 60567 Ölgefüllte elektrische Betriebsmittel - Probennahme von Gasen und Ana‐ lyse freier und gelöster Gase - Anleitung (IEC 60567: 2011); Deutsche Fas‐ sung EN 60567: 2011 DIN EN 60599 In Betrieb befindliche, mit Mineralöl befüllte elektrische Geräte - Leit‐ faden zur Interpretation der Analyse gelöster und freier Gase (IEC 60599: 2015); Deutsche Fassung EN 60599: 2016 DIN EN 61198 Isolieröle auf Mineralölbasis - Prüfverfahren zur Bestimmung von Fur‐ furol und verwandten Verbindungen (IEC 61198: 1993); Deutsche Fassung EN 61198: 1994 11. 2. ISO ISO-Norm Titel ISO 3104 Mineralölerzeugnisse - Durchsichtige und undurchsichtige Flüssig‐ keiten - Bestimmung der kinematischen Viskosität und Berechnung der dynamischen Viskosität ISO 3771 Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Basenzahl - Potentiometrische Titration mit Perchlorsäure ISO 4406 Fluidtechnik - Hydraulik-Druckflüssigkeiten - Zahlenschlüssel für den Grad der Verschmutzung durch feste Partikel ISO 9001 Qualitätsmanagementsysteme - Anforderungen ISO 11500 Fluidtechnik - Bestimmung des Partikelverschmutzungsgrades einer flüs‐ sigen Probe durch automatische Partikelzählung mit Lichtabsorption ISO 12152 Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte - Bestimmung der Schäum- und Entlüftungseigenschaften von Industriegetriebeölen mittels einer Stirnrad-Prüfvorrichtung - Verfahren für die Flender-Schäumungs‐ prüfung DIN EN 12662 Flüssige Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Gesamtverschmutzung in Mitteldestillaten, Dieselkraftstoff und Fettsäure-Methylestern; Deut‐ sche Fassung EN 12662: 2014 ISO 15380 Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte (Klasse L) - Familie H (Hydraulische Systeme) - Anforderungen für hydraulische Flüssig‐ keiten der Kategorien HETG, HEPG, HEES und HEPR ISO 55000 Asset Management - Übersicht, Leitlinien und Begriffe ISO 55001 Asset-Management - Managementsysteme - Anforderungen ISO 55002 Asset-Management - Managementsysteme - Leitfaden für die Anwen‐ dung der ISO 55001 267 11. 2. ISO <?page no="271"?> 11. 3. ASTM ASTM-Norm Titel ASTM D 92 Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester ASTM D 93 Standard Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester ASTM E 168 Standard Practices for General Techniques of Infrared Quantitative Ana‐ lysis ASTM D 189 Mineralölerzeugnisse; Bestimmung des Koksrückstandes nach Con‐ radson ASTM D 217 Standard Test Methods for Cone Penetration of Lubricating Grease (ASTM D 217a) ASTM D 566 Bestimmung des Fließpunktes von Schmierfetten ASTM D 664 Bestimmung der Säurezahl von Mineralölerzeugnissen; potentiomet‐ rische Titration ASTM D 874 Bestimmung der Sulfatasche in Schmierölen und Zusatzstoffen (ASTM D 874a) ASTM D 892 Bestimmung der Schaumneigung von Schmierölen ASTM D 971 Bestimmung der Grenzflächenspannung von Öl gegenüber Wasser; Ring‐ methode ASTM D 974 Bestimmung der Säure- und Basenzahl mit Hilfe der Farbindikatortitra‐ tion ASTM D 1121 Prüfung von Frostschutzmitteln, Rostschutzmitteln und Kühlmitteln; Be‐ stimmung der potentiellen Alkalität ASTM D 1287 Prüfung von Motorfrostschutzmitteln, Rostschutzmitteln und Kühlmit‐ teln; Bestimmung des pH-Wertes ASTM D 1401 Bestimmung des Wasserabscheidevermögens von Erdöl und syntheti‐ schen Fluiden (ASTM D 1401b) ASTM D 1403 Bestimmung der Konuspenetration von Schmierfetten, mit Viertelkonus und Halbkonus ASTM D 1500 Bestimmung der ASTM-Farbe von Mineralölerzeugnissen (ASTM-Farbeinteilung) ASTM D 1816 Prüfung der Durchschlagsspannung von Isolierflüssigkeiten mittels VDE-Elektroden ASTM D 2265 Bestimmung des Tropfpunktes von Schmierfetten über einen weiten Tem‐ peraturbereich ASTM D 2270 Anleitung zur Berechnung des Viskositätsindexes auf der Basis der kine‐ matischen Viskosität bei 40 und 100 °C ASTM D 2272 Prüfung von Dampfturbinenölen; Bestimmung der Oxidationsbeständig‐ keit mittels rotierender Bombe (ASTM D 2272a) 268 11 Verzeichnis der zitierten Standards und Normen <?page no="272"?> ASTM D 2779 Standard Test Method for Estimation of Solubility of Gases in Petroleum Liquids. ASTM E 2412 Standard Practice for Condition Monitoring of In-Service Lubricants by Trend Analysis Using Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectrometry ASTM D 2896 Bestimmung der Basenzahl von Mineralölerzeugnissen mittels potentio‐ metrischer Perchlorsäure-Titration ASTM D 3278 Bestimmung des Flammpunktes von Flüssigkeiten im geschlossenen Tiegel (Setaflash-Tester) ASTM D 3321 Anleitung für den Gebrauch des Refraktometers zur Bestimmung des Erstarrungspunktes von wässrigen Motorkühlmitteln ASTM D 3427 Bestimmung der Gasabtrennungszeit von Ölen auf Erdölbasis (Anmer‐ kung: Luftabscheidevermögen. Siehe Original-Titel: Standard Test Me‐ thod for Air Release Properties of Hydrocarbon Based Oils) ASTM D 3612 Bestimmung von in Elektroisolierölen gelösten Gasen durch Gaschroma‐ tographie ASTM D 3827 Standard Test Method for Estimation of Solubility of Gases in Petroleum or other Organic Liquids ASTM D 4530 Bestimmung des Mikrokohlenstoffrückstands von Mineralölerzeugnissen ASTM D 4739 Standard Test Method for Base Number Determination by Potentiometric Hydrochloric Acid Titration ASTM D 5185 Standard Test Method for Multielement Determination of Used and Un‐ used Lubricating Oils and Base Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES) ASTM D 7593 Standard Test Method for Determination of Fuel Dilution for In-Service Engine Oils by Gas Chromatography ASTM D 5837 Bestimmung von Furanverbindungen in Elektroisolierflüssigkeiten durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) ASTM D 5931 Bestimmung der Dichte und und des Dichteverhältnisses von Frostschutz‐ mitteln und wässrigen Motorkühlmitteln mit Hilfe eines digitalen Dichtemessgeräts ASTM D 6130 Standard Test Method for Determination of Silicon and Other Elements in Engine Coolant by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy ASTM D 6304 Standard Test Method for Determination of Water in Petroleum Products, Lubricating Oils, and Additives by Coulometric Karl Fischer Titration ASTM D 6595 Standard Test Method for Determination of Wear Metals and Contami‐ nants in Used Lubricating Oils or Used Hydraulic Fluids by Rotating Disc Electrode Atomic Emission Spectrometry ASTM D 6971 Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic and Aro‐ matic Amine Antioxidant Content in Non-zinc Turbine Oils by Linear Sweep Voltammetry ASTM D 7236 Standard Test Method for Flash Point by Small Scale Closed Cup Tester (Ramp Method) (ASTM D 7236a) 269 11. 3. ASTM <?page no="273"?> ASTM D 7279 Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids by Automated Houillon Viscometer ASTM D 7590 Standard Guide for Measurement of Remaining Primary Antioxidant Content In In-Service Industrial Lubricating Oils by Linear Sweep Vol‐ tammetry ASTM D 7596 Standard Test Method for Automatic Particle Counting and Particle Shape Classification of Oils Using a Direct Imaging Integrated Tester ASTM D 7690 Standard Practice for Microscopic Characterization of Particles from In-Service Lubricants by Analytical Ferrography ASTM D 7843 Standard Test Method for Measurement of Lubricant Generated Insoluble Color Bodies in In-Service Turbine Oils using Membrane Patch Colori‐ metry ASTM D 7899 Standard Test Method for Measuring the Merit of Dispersancy of In-Ser‐ vice Engine Oils with Blotter Spot Method ASTM D 7946 Standard Test Method for Initial pH (i-pH)-Value of Petroleum Products ASTM D 8045 Standard Test Method for Acid Number of Crude Oils and Petroleum Pro‐ ducts by Catalytic Thermometric Titration ASTM D 8184 Standard Test Method for Ferrous Wear Debris Monitoring in In-Service Fluids Using a Particle Quantifier Instrument (ASTM D 8184-18e1) 11. 4. Sonstige Normen Norm Titel IP 396 Determination of dropping point of lubricating grease - Automatic ap‐ paratus method SAE 4059 Aerospace Fluid Power - Contamination Classification for Hydraulic Fluids (SAE AS 4059F: 2013-09-27) 270 11 Verzeichnis der zitierten Standards und Normen <?page no="274"?> 12 Literaturhinweise 12. 1. Literaturquellen [1] ICML 55. 1: Asset Management, Requirements for the Optimized Lubrication of Mechanical Physical Assets. International Council for Machinery Lubrication. www.lubecouncil.org [2] R.K. Jensen, S. Korcek u. a.: Initiation in hydrocarbon autooxidation at elevated tempera‐ tures. International Journal of Chemical Kinetics,Volume 22, Issue 10, pages 1095 - 1107, October 1990 [3] Mang, Theo; Dresel, W.: Lubricants and Lubrication. Viley-VCH, 2007. ISBN 978-3-527-31497-3 [4] Leslie R. Rudnick: Lubricant Additives. Chemistry and Applications. CRC Press. Taylor & Francis Group, 2017, ISBN 978-1-4987-3172-0 [5] Ameye, Jo, Krethe Rüdiger: Linear Sweep Voltammetry (RULER©) - An innovative ap‐ proach for Looking Forward to Lubricant Oxidation. Part I: Fundamentals, Part II: Deter‐ mination of Remaining Useful Lifetime of Lubricating Oils, Application and Examples. 15 th International Colloquium Tribology, Ostfildern, 2006 [6] OilDoc Symposium „Ablagerungen in Schmierstoffen“, Tagungsband, Brannenburg, 21./ 22. 11. 2017, www.oildoc.de [7] www.oelcheck.de. Internet-Seiten der OELCHECK GmbH, Abschnitt Prüfverfahren [8] www.beuth.de . Internet-Seiten des Beuth-Verlag (Vertrieb der Normen in Deutschland) [9] Leichnitz, Julia: Verschäumtes Hydrauliköl - Verfahren zur Messung des Ölverhaltens. Shaker Verlag, 2007. ISBN 978-3-8322-6779-4 [10] Krethe, Rüdiger: A new method for oxidation detection in hydraulic and lubricating oils. 22th International Colloquium Tribology, Ostfildern, Germany, 28. - 30. Januar 2020 [11] Fischer, Thomas: Oil Condition Monitoring based on chemometric evaluation of FT-IR-Spectra. OilDoc Conference and Exhibition, Rosenheim, 1. - 3. Februar 2011 [12] OilDoc GmbH: Grundlagen und Praxis der FT-IR-Spektroskopie. Seminarunterlagen. OilDoc GmbH, Brannenburg, 24./ 25. September 2019 [13] Totten, G.E.: Handbook of Hydraulic Fluid Technology. CRC Press Inc., 2011. ISBN 978-1420085266 [14] Krethe, Rüdiger; Bots, Steffen: Particle Counting of In-service lubricants: Lab analysis meets reality. Reliable Plant Conference, Louisville, April 5 - 7, 2016 [15] Parker Hannifin Corporation: Übersicht über Verschmutzungsstandards. Dokument Nr. DD0000015_DE, Ausgabe 2011 [16] Hans-Josef Knab: Die Betriebsüberwachung von Transformatoren. Bulletin SEV/ VSE 21/ 96 [17] VGB-S-416-00-2014-08-DE: VGB-Standard, Teil A: Überwachung von gebrauchten Turbi‐ nenölen in Dampf- und Gasturbinen. Teil B: Überwachung von schwer entflammbaren <?page no="275"?> Flüssigkeiten auf der Basis von Phosphorsäureestern in Turbinen. VGB Powertech, 2014, ISBN 978-3-86875-800-9 [18] VGB-S-169-11-2015-11-DE: VGB-Standard. Qualitätsanforderungen für Mineralöle in Leistungstransformatoren. VGB Powertech, Essen, 2015, ISBN 978-3-86875-878-8 [19] Krethe, Rüdiger: Oil can talk: Oil sensors meet lab analysis. 18 th International Colloquium Tribology, Ostfildern, Germany, January 2012 [20] Rohrwick, Norman: CM of oil and equipment status by the use of online oil sensors and multivariate data analysis. 22th International Colloquium Tribology, Ostfildern, Germany, 28. - 30. Januar 2020 [21] Michael Stroj, Eisenbeiss GmbH: Die 3 Säulen des Condition Monitoring von Getrieben. OilDoc Conference and Exhibition, Rosenheim, Januar 2019 [22] (Windkraft, Online und KI) 12. 2 Weiterführende Literatur [101] Thoms, L.A, Thoms A.M: Machinery Oil Analysis. STLE, 2008. ISBN 978-0-9817512-0-7 [102] OilDoc GmbH: Seminarunterlagen „Maschinenschmierung und Ölüberwachung“. www.oildoc.de [103] D. M. Pirro, M. Webster, E. Daschner: Lubrication Fundamentals. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2016. ISBN 978-1-4987-5290-9 [104] Uwe J. Möller, Jamil Nassar: Schmierstoffe im Betrieb. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2002. ISBN 978-3-642-62620-3, ISBN 978-3-642-56379-9 (e-book) [105] Bock, Wolfgang; Puhl, Christian: Kältemaschinenöle. VDE-Verlag, 2010. ISBN 978-3-800732-71-5 [106] Bartz, W.J.; Möller, J.U.; Expert Praxislexikon Tribologie Plus. Expert-Verlag, 2000. ISBN 3-8169-0691-5 [107] Bartz, W.J. u. a.: Schäden an geschmierten Maschinenelementen. Expert-Verlag, 1999. ISBN 978-3-816916-56-7 [108] The Lubrication Engineers Manual. AIST, 2010. ISBN 978-1-935117-05-6 [109] Rüdiger Krethe: Grundlagen und Praxis der Schmierung. Pre-Course Material. OilDoc GmbH, Brannenburg, 2019. www.oildoc.de [110] Will, D., Gebhard, N. (Hrsg.): Hydraulik - Grundlagen, Komponenten, Schaltungen. Springer-Verlag, 2011. ISBN 978-3642172427 [111] Schaeffler Technologies AG & Co. KG: Schmierung von Wälzlagern. Publikation WL 81115/ 4 DA. Ausgabe März 2013 [112] SKF AG: SKF Produkte für Wartung und Schmierung. PUB MP/ P1 03000 DE · Juli 2017, w ww.skf.com/ lubrication [113] Kolerus, Josef: Zustandsüberwachung von Maschinen. Das Lehr- und Arbeitsbuch für den Praktiker. Expert-Verlag, 2017, ISBN 978-3816933779 272 12 Literaturhinweise <?page no="276"?> 12. 3 Feedback und wie Sie auf dem Laufenden bleiben Den Autor… …erreichen Sie unter folgender Mailadresse: info@oildoc.de Nachfolgend einige Quellen aus dem Internet, die Ihnen helfen, auf dem Laufenden zu bleiben: Ölanalysen - Prüfverfahren, Typische Laborberichte etc. www.oelcheck.de Seminare und Tagungen rund um Schmierstoffe, Schmierung und Schmierstoff-Analysen www.oildoc.de www.tae.de Zeitschriften Schmierstoffe.Schmierung (expert-Verlag, www.narr.de ) Tribologie und Schmierungstechnik (expert-Verlag, www.narr.de ) TLT - Organ der STLE, www.stle.org DIN, ISO- und ASTM-Normen www.beuth.de www.iso.org www.astm.org Sonstige Gf T - Gesellschaft für Tribologie: www.gft-ev.de STLE - Society of Tribologists and Lubrication Engineers STLE: www.stle.org Machinery Lubrication (Noria): www.machinerylubrication.com 273 12. 3 Feedback und wie Sie auf dem Laufenden bleiben <?page no="277"?> Register Ablagerungen 21, 24, 43, 46, 47, 50, 52, 65, 120, 124, 125, 126, 222, 226, 271 Ablagerungsbildung 46, 70, 120, 124, 126, 216, 222, 224, 226, 232 Achsgetriebe 8, 181, 206, 207, 260 Additivabbau 43, 46, 50, 52, 59, 61, 76, 77, 78, 90, 102, 109, 115, 117, 143, 156, 159, 170, 200, 210, 232 Additive 39, 43, 46, 47, 48, 49, 52, 53, 54, 62, 78, 79, 85, 90, 92, 93, 117, 119, 120, 121, 125, 151, 159, 160, 162 Additivelemente 39, 236 Additiv-Typen 46, 48, 171, 172 Alterung 14, 70, 71, 87, 90, 91, 95, 102, 119, 120, 121, 122, 124, 125, 127, 128, 129, 131, 132, 133, 159, 167, 168, 196, 202, 212, 218, 222, 226, 229, 232, 238, 246, 250, 253 AN 51, 65, 66, 6, 88, 89, 90, 6, 90, 91, 92, 94, 151, 171, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 198, 238, 248, 249, 255, 259, 260, 262 Analytische Ferrographie 68, 104, 153 Anfangs-pH-Wert 91, 259 Anionen 156, 158, 160, 161 Anlagenmanagement 26 Antioxidantien 43, 44, 46, 49, 50, 51, 65, 69, 90, 120, 121, 122, 123, 152, 172, 190, 191, 192, 193, 200, 222, 224, 226, 248, 258 Anti-Schaum-Zusatz 48 Asset Management 26, 267, 271 Ausblutverhalten 150 Autooxidation 45, 49 Badewannenkurve 169 Basenzahl 49, 51, 66, 92, 93, 94, 95, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 212, 213, 214, 215, 217, 218, 219, 220, 221, 236, 245, 248, 249, 255, 263, 265, 267, 268, 269 Basisanalyse 20, 72 Benzinmotor 216 Bewertung 14, 15, 16, 23, 24, 28, 38, 39, 52, 72, 94, 97, 122, 142, 144, 151, 160, 165, 166, 167, 168, 169, 172, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 195, 196, 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 226, 228, 230, 232, 235, 237, 239, 240 BHKW 94, 8, 188, 189, 220 Big Data 252 BN 48, 51, 66, 91, 6, 92, 93, 94, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 238, 248, 249, 255, 260, 262, 263, 271, 272 Bodensatz 85 Brechungsindex 155, 157, 158, 233 Carbonizing 46, 149 Checkliste 15, 19, 28, 29 Chromatographie 49, 134 Condition Monitoring 11, 63, 64, 71, 92, 230, 246, 252, 269, 271, 272 Conradson 24, 70, 126, 127, 256, 266, 268 Contamination Control 64 Cracken 46, 125 Dampfturbine 61, 68, 70, 112, 113, 123, 190, 191, 222, 223, 224, 266, 268 Destillationsverfahren 67, 107, 108, 144, 265 Detergent 48, 52, 171, 172 DGA 36, 54, 71, 131, 132, 133, 231 Diagnose 21, 23, 142, 166, 168, 172, 235 Dichte 61, 82, 117, 131, 155, 157, 158, 199, 233, 269 <?page no="278"?> Dielektrischer Verlustfaktor 71, 130 Dieseleffekt 25, 46, 57, 58, 116, 117 Dieselmotor 21, 37, 41, 52, 55, 58, 68, 183, 184, 185, 186, 212, 214, 266 Dispersant 48, 49, 5, 52 Durchschlagspannung 71, 129, 230, 231, 266 Einzelwerte 72, 172 Elektrostatische Entladungen 46 Elementanalyse 24, 39, 48, 51, 53, 54, 64, 72, 74, 75, 76, 78, 79, 115, 140, 141, 142, 156, 158, 173, 196, 208, 231, 236, 248, 261 Elemente 64, 72, 73, 74, 78, 115, 141, 156, 158, 159, 170, 171, 174, 198, 204 Endantrieb 8, 182, 204 Entnahmestelle 34, 35, 36 ESD 46 Ester 47, 77, 78, 84, 85, 90, 125, 129, 171, 172, 198, 205, 258, 263 esterbasisch 43, 47, 77, 78, 178, 198 Ethylenglykol 79, 155, 157 Fahrgetriebe 8, 204, 205 Farbe 37, 85, 104, 125, 127, 128, 153, 163, 173, 231, 233, 265, 268 Farbumschlag 65, 88, 93 Farbzahl 70, 127, 128, 129, 231 Feste Fremdstoffe 68, 101 Feuchte 60, 111, 112, 244, 247, 249 Flammpunkt 24, 46, 70, 125, 126, 248, 256, 261, 265, 269 Fragestellung 18, 19, 21, 22, 23, 25, 34, 35, 36, 40, 63, 66, 166, 167, 168, 173, 195, 222, 224, 226, 240 Frostschutzmittel 54, 106, 115, 173, 216, 268, 269 FT-IR 39, 54, 55, 65, 72, 77, 78, 107, 110, 121, 124, 129, 141, 143, 144, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 204, 208, 222, 228, 245, 248, 249, 257, 259, 269, 271 Furfurol-Gehalt 71, 133 Gaschromatographie 61, 114, 115, 126, 134, 269 Gasmotor 33, 51, 66, 91, 94, 188, 189, 218, 219, 220 Gasturbine 33, 224, 225, 226, 271 Getriebe 36, 37, 38, 39, 42, 48, 51, 53, 68, 69, 78, 88, 90, 92, 102, 103, 106, 117, 119, 155, 165, 172, 179, 180, 181, 182, 204, 206, 208, 209, 210, 211, 212, 222, 224, 253, 255, 263, 272 Gleitlager 117, 226 Glykol 77, 128, 155, 156, 157, 158, 160, 183, 184, 185, 186, 213, 215, 217, 219, 221, 232, 233, 258 Grenzwerte 16, 39, 41, 49, 94, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 239, 240, 244 Hauptgetriebe 33, 8, 179 Hotspot 46 HPLC 133, 134, 156, 159, 160, 269 Hydraulik 175, 176, 177, 178, 204 Hydraulikbagger 198, 204 Hydrolyse 43, 47, 90, 198 ICP 49, 54, 55, 64, 74, 75, 140, 156, 158, 231, 259, 261, 266, 269 Industrie 4.0 235 Infrarot-Sensor 240, 244, 245, 246 Infrarot-Spektroskopie 48, 49, 53, 59, 60, 76, 78, 79, 109, 110, 115, 119, 121, 142, 236, 255, 257, 259 In-Lab 235, 236, 238, 239, 240, 241, 248, 249, 253 Intervalle 33, 222, 224, 226, 228, 230 Ionenchromatographie 156, 158, 161 i-pH-Wert 51, 66, 91, 92 Kalibration 100, 102, 156, 242, 244 275 Register <?page no="279"?> Kationen 158 Kavitation 57, 58, 60, 116, 117, 232 Konsistenz 137, 144, 7, 145, 146, 147, 148, 149 Kraftstoffgehalt 61, 65, 68, 114, 126, 183, 184, 185, 186, 187, 212, 214, 216, 248, 258 Labor 17, 18, 23, 24, 25, 28, 37, 38, 40, 97, 102, 111, 112, 165, 235, 236, 244, 251 Laborbericht 14, 16, 17, 20, 24, 25, 26, 28, 41, 48, 97, 168, 195, 235, 237, 240, 273 Lackbildung 61 LaserNet Fines 67, 102, 103 Limitwerte 72, 168, 170, 174 Luft 54, 56, 57, 59, 60, 116, 117, 118, 132, 243 Luftgehalt 57, 116, 224 Mehrbereichs-Additive 81 Microdieseling 46 Micro-Jet 58 Mobilbagger 177, 178, 196, 197, 198, 199 Motor 21, 24, 113, 216, 218 MPC 54, 55, 69, 70, 102, 121, 124, 125, 190, 191, 192, 200, 202, 223, 224, 225, 236, 248 Multi-Parameter-Testkit 239 Muster-Erkennung 172 Neutralisation 43, 48, 95, 162 Neutralisationszahl 50, 65, 87, 88, 89, 129, 131, 198, 231, 249 Neutralisatoren 48, 49, 51 Nitration 51, 65, 77, 79, 81, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 212, 213, 214, 215, 217, 219, 220, 221, 236, 238, 245, 248, 266 NLGI-Klasse 147 Notstromaggregat 185 OES 64, 74, 75, 76, 140, 141, 248, 255, 261, 266 Oil Condition Monitoring 64, 246, 271 Ölüberwachung 4.0 235, 240 Ölwechsel 24, 33, 41, 52, 63, 113, 121, 173, 195, 196, 198, 218, 224, 228 Ölzustand 121, 165, 173, 196, 244, 248, 252 Online-Sensor 102, 235 On-Site 16, 107, 110, 121, 235, 236, 238, 239, 241, 245, 247, 248, 249, 251, 253 Optische Partikelanalyse 102, 103 Ottomotor 24, 68, 187, 216, 217, 232 Oxidation 25, 39, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 61, 65, 69, 76, 77, 78, 79, 80, 87, 90, 91, 94, 102, 119, 120, 121, 122, 123, 125, 126, 129, 131, 149, 151, 171, 172, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 196, 197, 199, 200, 201, 202, 203, 205, 207, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 217, 219, 220, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 231, 236, 238, 245, 248, 255, 262, 263, 264, 266, 268, 271 Papiermaschine 21, 70, 119 Partikelzähl-Sensor 242, 243, 249 Penetration 145, 146, 147, 148, 149, 268 Phasentrennung 85 pH-Wert 51, , 66, 86, 87, 6, 91, , 92, , 93, 95, 156, 161, 162, 188, 189, 219, 220, 232, 233, 236, 259, , 266, 268 Pitting 105 Planierraupe 8, 204, 205 Polymerisation 46 potentiometrisch 66, 88, 93, 151, 268, 269 PQ-Index 54, 55, 65, 72, 75, 76, 103, 105, 142, 169, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 197, 199, 201, 203, 205, 207, 209, 210, 211, 213, 215, 217, 219, 221, 223, 225, 227, 229, 236, 238, 248, 261 Probenbegleitschein 23, 39, 40 Probenentnahme 14, 17, 22, 31, 32, 33, 35, 36, 38, 67, 76, 96, 97, 124, 132, 133, 214, 236, 238, 239, 240, 241, 251, 252, 253 Probenmenge 15, 37, 62, 68, 101, 107, 124, 145, 249 Propylenglykol 155, 157 Radikale 50 276 Register <?page no="280"?> Radlader 8, 181, 8, 183, 8, 206, 207, 260 Referenz 24, 28, 33, 49, 53, 76, 77, 83, 110, 122, 143, 158 Reinheitsklasse 35, 55, 67, 96, 97, 98, 99, 100, 102, 103, 104, 171, 175, 176, 177, 178, 179, 185, 189, 190, 191, 192, 196, 197, 198, 199, 201, 202, 203, 210, 211, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 236, 238, 242, 247, 248, 249 Routinekontrolle 25, 34, 206 RPVOT 69, 121, 123, 124, 172, 262 Ruhepenetration 147, 148 RULER 49, 50, 55, 69, 121, 122, 123, 124, 129, 152, 200, 202, 222, 223, 225, 271 SAE-Klasse 256 Schaum 118, 224 Schaumbildung 43, 69, 119, 226 Schlierenbildung 85, 163 Schmierfett 15, 38, 54, 74, 137, 7, 140, 141, 142, 144, 145, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 172, 208, 255, 257, 260, 261, 265, 266, 268 Schneckengetriebe 180 Schraubenverdichter 193, 228 Sensor 16, 59, 75, 102, 103, 111, 127, 128, 142, 156, 235, 238, 240, 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247, 249, 252 Soft Contaminants 52, 54, 61, 102, 196, 210 Spratz-Test 59, 110 Strong Acid Number 66, 90, 91 Sulfatasche 151, 152, 266, 268 Sulfation 65, 77, 79, 245 TAN 65, 66, 91, 262 TBN 51, 66, 255, 262 Temperatur 31, 32, 35, 37, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 53, 57, 61, 65, 68, 70, 81, 82, 83, 85, 92, 106, 111, 112, 113, 114, 116, 117, 123, 127, 134, 141, 144, 145, 150, 152, 154, 155, 158, 202, 220, 222, 226, 228, 230, 240, 246, 247, 258, 260, 268 Tensiometer 131 Thermische Zersetzung 43, 46, 47, 81, 149 thermometrisch 66, 88, 93 Titration 59, 65, 66, 88, 90, 91, 92, 93, 107, 108, 110, 111, 144, 151, 265, 266, 267, 268, 269, 270 Total Acid Number 91 Total Base Number 51, 255 Tribometer 62 Tropfpunkt 144, 145, 268 Turboverdichter 192 Umformpresse 21, 176, 202 Umlaufschmierung 21, 34, 36, 39 Varnish 52, 54, 102, 120, 200, 210 Verbrennungsmotoren 51, 55, 65, 66, 68, 70, 71, 78, 92, 93, 114, 121, 128, 155, 212, 214 Verbrennungsprozess 51, 92, 212 Verdicker 137, 142, 143, 144, 145, 147, 149, 151, 208 Versand 15, 20, 5, 23, 5 Verunreinigungen 14, 32, 43, 48, 52, 54, 55, 56, 59, 61, 62, 63, 64, 65, 68, 72, 76, 95, 96, 101, 103, 105, 106, 112, 117, 119, 128, 129, 151, 152, 153, 156, 158, 162, 163, 165, 168, 169, 172, 173, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 195, 196, 197, 199, 200, 201, 203, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 213, 215, 217, 219, 221, 223, 225, 227, 229, 230, 231, 232, 234, 236, 241, 245, 249, 260, 266 VI 65, 80, 83, 84, 198, 259 Viskosität 39, 43, 46, 47, 50, 51, 52, 53, 61, 62, 65, 72, 6, 80, 81, 82, 90, 113, 114, 150, 168, 171, 172, 173, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 196, 197, 198, 199, 201, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 213, 215, 217, 218, 219, 220, 221, 223, 225, 227, 228, 229, 231, 238, 243, 246, 258, 259, 265, 267, 268 Visuelle Kontrolle 65, 72, 157, 163 VI-Verbesserer 48, 53, 171, 258, 259 Walkpenetration 146, 147, 148 277 Register <?page no="281"?> Wasser 37, 43, 44, 47, 57, 59, 60, 66, 68, 76, 78, 79, 86, 91, 95, 102, 106, 107, 109, 110, 111, 112, 113, 123, 131, 155, 156, 157, 162, 175, 176, 178, 179, 180, 181, 182, 190, 192, 196, 197, 199, 201, 203, 205, 207, 209, 211, 216, 223, 225, 227, 229, 230, 232, 243, 244, 264 Wassergehalt 59, 60, 65, 66, 67, 76, 78, 79, 86, 102, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 128, 129, 144, 171, 173, 196, 198, 202, 206, 216, 230, 231, 236, 238, 240, 241, 243, 244, 248, 249, 258, 265, 266 Wasser-Sensor 243 Wear-Scanner 243 278 Register <?page no="282"?> Abbildungsverzeichnis Abb. 0.1: Öl kann mehr als Schmieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Abb. 1.1: Die Ölanalyse ganzheitlich betrachtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Abb. 1.2: Klassische Parameter zur Überwachung eines Gebrauchtöls . . . . . . . . 20 Abb. 1.3: Test-Kit für Ölanalysen - Probenbehälter, Begleitschein, Versandumschlag, Rückversand-Schein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Abb. 1.4: Ungeeignete Probengefäße sprechen für sich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Abb. 1.5: Blick in den Laborbetrieb eines modernen Öl-Labors . . . . . . . . . . . . . . . 23 Abb. 1.6: Beispiel eines Laborberichtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Abb. 1.7: Bereiche des Schmierungsmanagements nach ICML 55.1 / 1/ . . . . . . . . 27 Abb. 1.8: Checkliste zur Beauftragung einer Ölanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Abb. 2. 1: Schematisches Beispiel eines idealisierten Ölumlauf-Systems . . . . . . . . 34 Abb. 2.2: Probenbegleitschein zur Untersuchung von Hydraulikölen . . . . . . . . . 40 Abb. 3.1: Deutlich sichtbare Ölalterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Abb. 3.2: Teilprozesse der Ölalterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Abb. 3.3: Prozess der Autooxidation nach Korcek [3.2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Abb. 3.4: Reaktionsschema der Veresterung (Wikipedia, Kado6450) . . . . . . . . . . . 47 Abb. 3.5: Autooxidation und Antioxidantien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Abb. 3.6: Der Oxidationsprozess und seine Auswirkungen (nach FLUITEC & OilDoc, [5]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Abb. 3.7: Spontane Ausbildung von Blasen an einer Schiffsschraube (Wikimedia) 57 Abb. 3.8: Ausbildung eines Micro-Jet (4) durch Implosion einer Kavitationsblase in einer Flüssigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Abb. 3.9: Einflussfaktoren des Dieseleffekts / 9/ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Abb. 4.1: Prinzip der ICP-OES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Abb. 4.2: Optima 5300V ICP-OES, PerkinElmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Abb. 4.3: Analex PQ 90A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Abb. 4.4: IR-Spektren für Mineralöl (schwarz), Polyglykol (rot) und Ester (grün) in vereinfachter Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Abb. 4.5: Messprinzip FT-IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Abb. 4.6: Thermo Scientific FT-IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Abb. 4.7: Prinzip der Oxidationsbestimmung mittels Infrarot-Spektroskopie . . . 78 Abb. 4.8: ISL Houillon Viscometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Abb. 4.9: Dynamische Viskosität nach Isaac Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Abb. 4.10: Viskositäts-Temperatur-Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Abb. 4.11: Prinzip der Berechnung des Viskositätsindex VI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Abb. 4.12: Arbeitsplatz Visuelle Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Abb. 4.13: Mettler Titrator DL 25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Abb. 4.14: Metrohm Photometer für NZ-Bestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Abb. 4.15: Mettler Titrator für AN-Bestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Abb. 4.16: Mettler Titrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 <?page no="283"?> Abb. 4.17: Mettler Titrator mit Probenwechsler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Abb. 4.18: Mettler Titrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Abb. 4.19: Milipore Filteranlage, Waage, Exikator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Abb. 4.20: Klotz Partikelzähler mit Autosampler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Abb. 4.21: Spectro LaserNet Fines 200, ggf. Autosampler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Abb. 4.22: Olympus BX51 + XC10, AnalySIS-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Abb. 4.23: Spectro Ferrogram Maker, Mikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Abb. 4.24: Wasser in unterschiedlichen Schmierölen (1 Turbinenöl, 2 Motorenöl, 3 Polyglykol) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Abb. 4.25: Metrohm 774 Oven Sampler mit Coulometer 756 KF . . . . . . . . . . . . . . . 108 Abb. 4.26: Mettler Toledo V20 - Volumetric KF Titrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Abb. 4.27: Granat WN-PXP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Abb. 4.28: PerkinElmer Spectrum One + Autosampler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Abb. 4.29: CMT Digitales Wasser-in-Öl-Testgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Abb. 4.30: Heizplatte für Spratztest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Abb. 4.31: Petrotest WAV Messgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Abb. 4.33: Messzylinder im Wärmebad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Abb. 4.34: Gaschromatograph PerkinElmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Abb. 4.35: PerkinElmer Spectrum One + Autosampler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Abb. 4.36: PerkinElmer Clarus 580 mit HS-40 Modul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Abb. 4.37: Prüfgerät zur Bestimmung des LAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Abb. 4.38: Prüfgerät zur Bestimmung des Schaumverhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Abb. 4.39: Flender-Schaumtestgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Abb. 4.40: Allgemeiner Verlauf des Oxidationsprozesses (FLUITEC, OilDoc) . . . . 120 Abb. 4.41: FLUITEC RULER-Testgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Abb. 4.42: RULER-Diagramm eines Turbinenöles aus einem Turbokompressor . 122 Abb. 4.43: Reaktionsgefäß mit der Kupferwendel und Wärmebad . . . . . . . . . . . . . 123 Abb. 4.44: i-Lab Colorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Abb. 4.45: Prinzip der Farbauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Abb. 4.46: Cleveland Automatic NCL 440 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Abb. 4.47: Setaflash Prüfgerät nach Pensky Martens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Abb. 4.48: Micro Conradson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Abb. 4.49: WaveCheck 300 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Abb. 4.50: Prüfgerät DT 100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Abb. 4.51: Isolierölprüfgerät DPA 75 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Abb. 4.52 Prüfgerät Baur DTL-C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Abb. 4.53: Lauda TD 3 Tensiometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Abb. 4.54: PerkinElmer Clarus 680 mit einem TurboMatrix 40 Headspace-Sampler 132 Abb. 4.55: Gasdichte Spritze mit 3-Wege-Ventil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Abb. 4.56: Gasdichtes Probengefäß aus Metall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Abb. 4.57: Perkin Elmer Flexar Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Abb. 5.1: Prinzip der OES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Abb. 5.2: Spectroil Q 100, Spectro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Abb. 5.3: Analex PQ 90A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 280 Abbildungsverzeichnis <?page no="284"?> Abb. 5.4: ATR-Zelle des PerkinElmer Spectrum One . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Abb. 5.5: Agilent A2 Spektrometer mit geteilter Messzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Abb. 5.6: FT-IR-Spektrum eines frischen Mehrzweckfetts mit einem Li-OH-Verdicker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Abb. 5.7: Mettler-Toledo FP83HT, FP90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Abb. 5.8: Konsistenz im Vergleich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Abb. 5.9: Penetrationsmessung im Viertelkonus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Abb. 5.10: Petrotest PRN 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Abb. 5.11: Viertel- und Vollkonus im Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Abb. 5.12: Anton Paar Rheometer Physica MCR301, Prüfsystem Kegel-Platte . . . 150 Abb. 5.13: „Siemens-Ring“ auf einem Tüpfelpapier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Abb. 5.14: Phoenix Microwave Furnace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Abb. 5.15: RULER-Diagramm eines Schmierfettes (Grün: Frischfett. Rot: Gebrauchtfett) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Abb. 5.16: Filterpatch einer Schmierfettprobe und Bildausschnitt zur visuellen Beurteilung der enthaltenen Partikel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Abb. 5.17: Zylindrisches Prüfgefäß aus Metall zur Bestimmung der Ölabscheidung 154 Abb. 6.1: Mettler-Toledo Brechzahl-Modul RX40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Abb. 6.2: Mettler Dichtemessgerät DM40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Abb. 6.3: Spectro Arcos SOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Abb. 6.4 HPLC System UltiMate 3000 Thermo Fisher Scientific . . . . . . . . . . . . . . 160 Abb. 6.5: Integrion RFIC Thermo Fisher Scientific . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Abb. 6.6: Mettler-Toledo pH/ Ion bench meter SC S220-B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Abb. 6.7: Titrator Methrom RESAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Abb. 6.8: Visuelle Kontrolle (OELCHECK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Abb. 7.1: Teilbereiche im Fokus der Ölüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Abb. 7.2: Grundsätzliche Faktoren Bewertung einer Ölanalyse . . . . . . . . . . . . . . . 166 Abb. 7.3: Vorgehensweise zur Bewertung von Ölanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Abb. 7.4: „Badewannenkurve“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Abb. 7.5: Beispiele möglicher Trend-Verläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Abb. 9.1: Laborbericht mit einer Kombination anwendungsorientiert ausgewählter Messwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Abb. 9.2: Multi-Parameter-Testkit (CM Technologies GmbH, Elmshorn) . . . . . . . 239 Abb. 9.3: Ölsensor zur Bestimmung des integralen Ölzustands . . . . . . . . . . . . . . 240 Abb. 9.4: Online-Partikelzähler OLS4031 (PAMAS GmbH, Rutesheim) . . . . . . . . 242 Abb. 9.5: Wear-Scanner (Wirbelstrom-Prinzip) zur Erkennung von Verschleißpartikeln im Öl (PRÜFTECHNIK Dieter Busch GmbH, Ismaning) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Abb. 9.6: Sensor zur Messung der relativen Feuchte (Wasser-Sättigung) im Öl MMP8 (Vaisala OYI, Helsinki) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Abb. 9.7: Infrarot-Sensor MIRST zur Inline-Überwachung von Schmierölen (Spectrolytic GmbH, Wernberg-Koeblitz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 Abb. 9.8: Sensor zum Online Oil Condition Monitoring WearSens® (cmc Instruments GmbH, Eschborn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 281 Abbildungsverzeichnis <?page no="285"?> Abb. 9. 9: Viskositäts- und Ölzustands-Sensor LubCos Vis+ (Argo-Hytos Management & Consulting GmbH, Baar) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Abb. 9.10: Typische Alterungskenngrößen verschiedener Anwendungen . . . . . . . 250 Abb. 9.11: Kontinuierliche, allmähliche Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Abb. 9.12: Kontinuierliche, dynamische Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Abb. 9.13: Diskrete Veränderungen, zufällige, ggf. in Betrag und Häufigkeit zunehmend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Abb. 9.14: Öl- und Anlagenüberwachung: Auf die Kombination kommt es an . . . 253 282 Abbildungsverzeichnis <?page no="286"?> Tabellenverzeichnis Tabelle 2. 1: Sicherheits-Hinweise zur Probenentnahme für typische Anwendungen . . 31 Tabelle 2.2: Typische Probenentnahme-Intervalle zur Routineüberwachung . . . . . . . . 33 Tabelle 2.3: Beispiele zur Probenentnahme aus verschiedenen Systemen . . . . . . . . . . . 36 Tabelle 2.4: zeigt eine Übersicht für typische Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . 38 Tabelle 2.5: Wichtige Informationen in Kurzform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Tabelle 3.1: Temperatur und Ölwechselintervall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Tabelle 3.2: Klassische Folgen der Öloxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Tabelle 3.3: Ausgewählte Additiv-Typen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Tabelle 3.4: Praxisorientierte Einteilung von Verunreinigungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Tabelle 3.5: Luft im Öl - Ursachen und Folgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Tabelle 3.6: Wasser im Öl - Ursachen und Folgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Tabelle 4.1: Übersicht der Prüfverfahren für Gebrauchtöle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Tabelle 4.2: Klassische Elemente in Schmierölen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Tabelle 4.3: Elementanalyse nach dem ICP-OES-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Tabelle 4.4: Interpretation von Eisengehalt und PQ-Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Tabelle 4.5: Ausgewählte IR-Methoden nach ASTM E2412-10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Tabelle 4.6: Dynamische und kinematische Viskosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Tabelle 4.7: Viskositätsindex typischer Basisflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Tabelle 4.8: pH-Wert verschiedener Stoffe (siehe auch: https: / / de.wikipedia.org/ wiki/ P H-Wert, 14.02.2020) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Tabelle 4.9: Prüfverfahren zur Bestimmung des Säuregehalts in Schmierölen . . . . . . . 88 Tabelle 4.10: Prüfverfahren zur Bestimmung des Säuregehalts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Tabelle 4.11: Einflussfaktoren des Säuregehalts in Gebrauchtölen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Tabelle 4.12: Prüfverfahren zur Bestimmung der Basenzahl in Mineralölprodukten . . . 92 Tabelle 4.13: Einflussfaktoren des Basengehalts in Gebrauchtölen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Tabelle 4.14: Wichtigste Verfahren zur Bestimmung der partikulären Verunreinigungen 96 Tabelle 4.15: Reinheitsklassen nach ISO 4406 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Tabelle 4.16: Reinheitsklassen nach SAE AS 4059 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Tabelle 4.17: Reinheitsklassen nach NAS 1638 (veraltet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Tabelle 4.18: Zuordnung Partikelgrößen AFTD - ISO MTD, in Anlehnung an / 15/ . . . . 101 Tabelle 4.19: Partikelklassen und Verschleißmechanismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Tabelle 4.20: Screening-Tests und Mess-Methoden zur Detektion von Wasser . . . . . . . . 107 Tabelle 4.21: Karl-Fischer-Titration zur Bestimmung des Wassergehalts . . . . . . . . . . . . . 108 Tabelle 4.22: Verschiedene GC-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Tabelle 4.23: Verschiedene Prüfmethoden zum Schaumverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Tabelle 4.24 Verfahren zur Bestimmung des Flammpunktes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Tabelle 5.1: Übersicht der Prüfverfahren für Gebrauchtfette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Tabelle 5.2: Elementanalyse nach dem Rotrode-OES-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Tabelle 5.3: Konsistenzklassen nach NLGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Tabelle 5.4: Veränderung der Konsistenz und ihre möglichen Ursachen . . . . . . . . . . . . 149 <?page no="287"?> Tabelle 6.1: Übersicht der Prüfverfahren für Kühlerschutzmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Tabelle 6.2: Brechungsindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Tabelle 7.1: Vor- und Nachteile der Grenzwert-Typen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Tabelle 7.2: Beispiele zum Einfluss des Öl-Typs auf Grenzwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Tabelle 7.3: Beispiele zur Mustererkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Tabelle 7.4: Legende zu den in den Grenzwert-Tabellen benutzten Symbole . . . . . . . . 174 Tabelle 8.0: Symbole für das Kurzrating und deren Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Tabelle 8.1: Laborergebnisse zur Hydrauliköl-Überwachung eines Mobilbaggers . . . . 197 Tabelle 8.2: Laborergebnisse zur Bio-Hydrauliköl-Überwachung eines Mobilbaggers . 199 Tabelle 8.3: Laborergebnisse zur Hydrauliköl-Überwachung einer Spritzgießmaschine 201 Tabelle 8.4: Laborergebnisse zur Hydrauliköl-Überwachung einer Hydraulikpresse . . 203 Tabelle 8.5: Laborergebnisse zur Fahrgetriebeöl-Überwachung einer Planierraupe . . . 205 Tabelle 8.6: Laborergebnisse zur Achsgetriebeöl-Überwachung eines Radladers . . . . . 207 Tabelle 8.7: Laborergebnisse zur Getriebe-Überwachung eines Rührwerks . . . . . . . . . 209 Tabelle 8.8: Laborergebnisse zur Überwachung des Getriebeöls aus einem Walzgerüst 211 Tabelle 8.9: Laborergebnisse zur Motorenöl-Überwachung einer Lokomotive . . . . . . . 213 Tabelle 8.10: Laborergebnisse zur Motorenöl-Überwachung einer Baumaschine . . . . . . 215 Tabelle 8.11: Laborergebnisse zur Ölprobe aus einem defekten PKW-Ottomotor . . . . . . 217 Tabelle 8.12: Laborergebnisse zur Überwachung des Motorenöls aus einem Bio-Gasmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Tabelle 8.13: Laborergebnisse zur Überwachung des Motorenöls aus einem Erdgasmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 Tabelle 8.14: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung einer Dampfturbine . . . . . 223 Tabelle 8.15: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung einer Gasturbine . . . . . . . . 225 Tabelle 8.16: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung eines Turbokompressors . 227 Tabelle 8.17: Laborergebnisse zur Schmieröl-Überwachung eines Luftkompressors . . . 229 Tabelle 8.18: Laborergebnisse zur Überwachung eines Isolieröls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Tabelle 8.19: Laborergebnisse zur Überwachung eines Kühlerfrostschutzmittels . . . . . . 233 Tabelle 9.1: Laboranalyse, On-Site- und Online-Messung im Vergleich . . . . . . . . . . . . . 236 Tabelle 9.2: Typische Öl-Prüfverfahren In-Lab, On-Site und Online . . . . . . . . . . . . . . . 248 284 Tabellenverzeichnis <?page no="288"?> SPECTROLYTIC.COM Spectrolytic GmbH D-92442 Wackersdorf • Telefon +49 96 04 7 74 92 01 Quantitative Probenanalysen in 5 Minuten! 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