Additive

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Wirkung von Additiven

Laboranalysen beweisen, ob und wie Additive wirken

Additive und ihre Wirksamkeit sind für Maschinenbauer und Endverbraucher noch schwieriger zu kalkulieren als ein Schmierstoff ohne Zusätze. Die Prüfverfahren für die Wirksamkeit von Additiven sind sehr aufwendig und kostspielig. Es gibt kaum Berechnungsverfahren, bei denen die Wirksamkeit von Additiven bei der Konstruktion von Maschinenelementen berücksichtigt wird. Da bereits für Frischöle kaum messbare und vergleichbare Aussagen zur Wirksamkeit der Additive vorhanden sind, ist eine Aussage über den Zustand einer weiteren Gebrauchsfähigkeit eines Additivpaketes oder des gesamten Schmierstoffes umso schwieriger. Es haben sich aber dennoch einige standardisierte Analyseverfahren etabliert, mit deren Hilfe es möglich ist, die Wirkung von Additiven abzuschätzen.

Laboranalysen für Additive

Unter dem Begriff „Laboranalysen“ sollen hier nicht kostspielige Langzeituntersuchungen mit großen Schmierstoffmengen in aufwändigen mechanischen Prüfmaschinen verstanden werden. Der Anlagenbetreiber möchte eine klare Information über die Wirksamkeit der Additive erhalten. Für ihn sollen die Untersuchungen kostengünstig, schnell und präzise mit einer kleinen Ölmenge von weniger als 100 ml erfolgen. Außerdem müssen durch eine Trendbeobachtung des Schmierstoffes in der gleichen Maschine oder in ähnlichen Anwendungen Rückschlüsse auf die Wirkungsweise und auf eine verbleibende Restlebensdauer der zugegebenen Wirkstoffe gezogen werden können.

Prüfgerät, Verfahren bestimmt Messwert informiert über
AES nach ICP oder RDE, XRF Additivmetalle: Phosphor, Schwefel, Zink, Kalzium Magnesium, Bor, Barium, Silizium, Molybdän, Natrium Menge des Elementes in mg/kg Wirkung dieser Additive: indirekt über Verschleiß direkt durch Ausfiltrieren und Absetzen von Reaktionsprodukten
Viskosität, Viskositätsindex Viskositäts-Temperatur-Verhalten Viskosität in mm²/s, VI Abbau von VI-Verbesseren
FT-IR Spektroskopie Vergleich mit dem Frischöl, zeigt Abweichungen in der Additivierung Oxidation, Additv- Reaktionsprodukte Veränderung von Molekülverbindungen, Reaktionsprodukte aus Additivabbau
RULER Menge der Antioxidantien % des verbleibenden Additives vorraussichtliche Restlebensdauer einer Ölfüllung
BN Menge der alkalisch wirkenden Additive Menge der Säure, die neutralisiert werden kann Reduzierung des Neutralisationsvermögens von Motorenölen
AN Menge der sauer reagierenden Bestandteile Menge KOH, die zum Neutralisieren benötigt wird Anstieg durch Reaktionsprodukte aus der Additivewirkung und der Oxidation
Schaumtest Wirkung von Antischaumzusätzen Zeit zum Abbau von Oberflächenschaum Vorhandensein von schaumverhindernden Additiven
SRV, VKA, Brugger Verschleißschutzeigenschaften Materialabtrag an Prüfkörpern Veränderung der Ausbildung von Verschleißkalotten zeigt EP-Eigenschaften
Tüpfeltest Dispergiervermögen und Schmutztragevermögen in Motorenölen % Schmutztrage-

fähigkeit

Ausbreitung von Schmutz- und Rußpartikeln auf einem Filter
PQ-Index magnetisierbares Eisen Menge von allen Eisenpartikeln Im Vergleich mit der AES Aussage zum Korrosionschutzverhalten
OPA EP- und HD-Eigenschaften Größe und Form von Abriebspartikeln Erhöhter Gleitverschleiß lässt auf mangelnden Verschleißschutz schließen
Pourpoint, Cloudpoint Tieftemperatur-Verbesserer wann wird Öl bei tiefen Temperaturen fest Wirksamkeit der Pourpoint Depressants zur Verbesserung der Tiefpunkttemperatureigenschaften
Partikelzählung Nicht gelöste Additive, Tribopolymere Anzahl und Größe von Partikeln Frischöl: sind alle Additive in Lösung gegangen

Gebrauchtöl: haben sich Reaktionsprodukte und Tribopolymere gebildet

Optische Kontrolle Schwebestoffe, Absetzen von Reaktionsprodukten Phasentrennung In der transparenten Probe setzen sich schmierige Partikel ab
Geruchssensoren Zersetzungsprodukte Geruchsänderung Spektrum der „Gerüche“ die sich oberhalb des Ölspiegels entwickeln zeigt Additiv-Reaktionen


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Leistungsspektrum der Additive

Massgeschneidert – Additive für moderne Schmierstoffe

Immer höhere Anforderungen stellen die modernen Maschinen und Motoren an die Schmierstoffe, die sie in ihrer natürlichen Form als reines Mineralöl schon lange nicht mehr erfüllen können. Durch chemische Wirkstoffe lassen sich die Eigenschaften von Schmierstoffen jedoch gezielt verändern. Heute wird beinahe jedem Öl und Schmierfett eine sorgfältig zusammengestellte Wirkstoff-Kombination als "Additivierung" zugegeben.

Entsprechend den gestellten Anforderungen:

  • verbessern Additive die positiven Eigenschaften des Grundöls, wie z.B. den Verschleißschutz
  • reduzieren oder eliminieren sie unerwünschte Eigenschaften, wie z. B. die Alterung
  • verleihen sie dem Grundöl Eigenschaften, die weit über sein ursprüngliches Leistungsvermögen hinausgehen, wie z. B. einen erweiterten Temperatur-Einsatzbereich.

Art, Menge und die individuelle Kombination der Additivierung hängen vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Mit ihrer Hilfe entstehen massgeschneiderte Lösungen für die moderne Maschinen- und Motorentechnologie. Die zugegebene Menge der Wirkstoffe kann dabei wie bei Turbinenölen nur wenige mg/kg (1mg / kg = 0,0001 %) oder hohe Konzentrationen von bis zu 20% wie bei Hochleistungs-Motorenölen betragen.

Einige Eigenschaften eines Schmierstoffes, wie z.B. das EP-Verhalten, lassen sich nur durch ausgewählte Additive verbessern. Allerdings können nicht alle Merkmale eines Grundöls positiv beeinflusst werden.

Die Tabelle zeigt das Leistungsspektrum der Additive:

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Optimierung des Kälteverhaltens
Mit »Pourpoint-Depressants« (Stockpunkterniedrigern) wird das Tieftemperatur-Verhalten des Schmierstoffs verbessert. Der Pourpoint bezeichnet dabei die Temperatur, bei der das Öl bei Minus-Graden gerade noch fließt. Das Eindicken des Grundöls bei Kälte wird bewirkt durch die Kristallisation der im Mineralöl enthaltenen Paraffine. Pourpoint-Depressants verhindern den Aufbau dieser Paraffin-Kristallgitter und verbessern so das Fließvermögen bei tiefen Temperaturen.


Verbesserung der Alterungsstabilität
Oxidationsinhibitoren (Antioxidantien) verzögern die Öloxidation (Ölalterung) und die Bildung von Alterungsprodukten. Unter der Einwirkung von Wärme und Sauerstoff oxidieren Öle. Es können Säuren und ölunlösliche Bestandteile entstehen, die lackähnliche Ablagerungen, wie Harze und Schlamm, bilden. Die Viskosität des Öls steigt oft an. Die Alterung eines Öls beginnt in der Regel sehr langsam, wenn Oxidationsinhibitoren diesen Prozess bremsen. Die Wirkstoffe fangen die reaktionsfreudigen Moleküle (Radikale) ab und neutralisieren sauerstoffhaltige Verbindungen. So schützen sie das Schmieröl vor dem schnell zunehmenden Angriff. Sind diese Additiv jedoch verbraucht, läuft die Alterung des Öls ungebremst, so wie bei unadditiviertem Öl, ab. Dieser Prozess wird noch beschleunigt durch Spuren von Verunreinigungen, wie metallischem Abrieb, Wasser oder Staub.


Viskositäts-Temperatur-Verhalten
Viskositätsindex-Verbesserer (VI-Improver) erhöhen den Viskositätsindex des Öls. Vor allem bei hohen Temperaturen wird das Öl durch sie nicht so dünnflüssig. Das Mineralöl wird weniger temperaturempfindlich. Moderne Mehrbereichs-Motorenöle, Hydraulik- und Getriebeöle erreichen erst durch den Einsatz dieser Zusätze ein Viskositäts-Temperatur-Verhalten, das den Anforderungen der Motoren und Maschinenelemente gerecht wird.


Korrosionsschutz
Korrosions-Inhibitoren erzeugen einen Schutzfilm auf metallischen Oberflächen. Sie verhindern den Zutritt von Wasser bzw. Sauerstoff zur Oberfläche des Werkstoffs und neutralisieren saure Reaktionsprodukte aus dem Additivabbau oder der Oxidation. So unterbinden sie die Bildung eines korrosiven Angriffs auf Buntmetalle. Bezieht sich ihr Schutz gezielt auf eisenhaltige Metalle oder Stahl, spricht man auch von Rostinhibitoren.


Schmutzlöse-Vermögen
Detergentien lösen Verschmutzungen, die durch den Alterungsprozess des Öls durch Verbrennung im Motor oder durch Verunreinigungen entstehen, in feine Partikel auf. Sie wirken vor allem gegen Schlamm und lackartige Ablagerungen, die sich auf der Basis von Ruß, sauren Verbindungen, Stickoxiden, unverbrannten Kraftstoffresten und Wasser entwickelt haben, und halten so Kolbenringe oder Ölwanne durch ihre »Waschwirkung« sauber.


Dispergier-Vermögen
Dispersants (Dispergatoren) sind das unverzichtbare Gegenstück zu den Detergentien. Sie halten die abgelösten Verschmutzungen in Schwebe und sorgen dafür, dass sie keine neuen Ablagerungen bilden können. Dabei hüllen sie die Schmutzpartikel förmlich ein und ermöglichen ihren Transport zum Filter.


EP-Eigenschaften
EP- und AW (Antiwear)- Additive (Hochdruck- und Verschleiß-Schutz-Zusätze) bauen auf den Gleitflächen der Werkstoffe äußerst dünne Schutzschichten auf. Sie können die Rauheit der Oberflächen durch die Bildung von Reaktionsschichten beeinflussen. Die mechanische Belastbarkeit in der Kontaktzone wird dann durch den größeren Traganteil der Oberflächen verbessert. EP- und AW-Additive verringern Verschleiß und Fressen (örtliches Verschweißen) bei schweren Betriebsbedingungen, Stoßbelastung, Vibration und häufigem Start-Stop-Betrieb.


Schaumverhalten
Anti-Schaum-Zusätze, meist auf der Basis von Silikon, werden besonders den Ölen mit hohem Additiv-Gehalt bereits bei der Produktion zugegeben. Schaum kann trotzdem entstehen durch Falschluft von der Ölpumpe, durch Verunreinigungen oder Unverträglichkeit mit anderen Ölen (ausführliche Informationen zum Thema »Schaum« – s. ÖlChecker Frühjahr 99, Seite 4-5). Oberflächenschaum kann mit silikonhaltigen Lösungen auch nachträglich zerstört werden. Allerdings besteht dabei die Gefahr, dass er als Luftbläschen im Öl stabilisiert wird. So wird der Oberflächenschaum zwar eliminiert, doch diese gelöste Luft kann Kavitation und Korrosion verursachen.

Additivelemente im OELCHECK-Laborbericht

In jedem OELCHECK-Laborbericht werden unter der Rubrik »Additive« Metalle angegeben, die als chemische Verbindungen im Schmierstoff enthalten sind. Der quantitative Vergleich der ermittelten Gebrauchtöl-Werte mit den Additiven aus dem Frischöl gibt Hinweise auf den Additivabbau. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Elemente nicht nur bei der Ölherstellung als metallorganische Additive dem Frischöl zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften beigegeben wurden. Teilweise können sie auf einem ganz anderen Weg in das Öl gelangt sein. Weichen im Laborbericht die Additiv-Angaben von den Werten ab, kommentieren die OELCHECK-Ingenieure den Grund für eine solche Veränderung. Die Komponenten, die als Additive eingesetzt werden und die mit der Atom-Emissions-Spektroskopie (AES) aufgespürt werden können, sind in der folgenden Übersicht aufgeführt. Dabei wird ihre Wirkweise beschrieben und angegeben, wie sie in den Schmierstoff gelangen können, falls sie nicht in der Additivierung enthalten sind.

Blei
Wurde als Verschleißschutz früher vor allem Getriebeölen zugegeben. Heute als Additiv nicht mehr verwendet! Bestandteil von Gleitlagern, Buntmetall-Legierungen (Bronze), Lötmetallen.


Molybdän
EP-Additive in Form öllöslicher metallorganischer Verbindungen oder als feststoffhaltige, dunkelgraue MoS2-Ölzusätze. Zur Reduzierung von Reibung (Friction Modifier) und Verschleiß. Metall aus hochfesten Legierungen, z. B. Kolbenringe.


Kalium
Meist kein Öladditiv sondern Zusatz für wässrige Medien, wie Frostschutz-Glykol, Kühlwasser, Metall-Bearbeitungs-Emulsionen. Auch enthalten in Streusalz und Leitungswasser.


Bor
Zur Verbesserung der Sauberkeit von Motoren. Meist aber Emulsions- oder Kühlwasserzusatz. Legierungsbestandteil von »Glykol«. Zusatz in Getriebeölen für besondere Reibcharakteristik.


Magnesium
Verbessert die thermische Stabilität von Hydraulik- und Motorenölen. Erhöht die alkalische Reserve (BN) von Motorenölen. Eher selten: Härtebildner in Leitungswasser (neben Kalzium).


Kalzium
Detergent (Reinigungs)-Zusatz besonders in Dieselmotorenölen und HLP-D-Hydraulikölen. Verbessert auch die thermische Beständigkeit. Manchmal »Kalkstaub« von Baustellen oder aus Kühl- und Leitungswasser.


Barium
Zur Verbesserung der EP-Eigenschaften. Detergierende (ablösende) und dispergierende (schmutztragende) Wirkung in Motorenölen. Reibwertveränderer in ATFs. Als Barium-Komplex-Seife Bestandteil von Hochtemperaturfetten oder Montagepasten.


Phosphor
Kommt in nahezu allen »legierten« bzw. additivierten Ölen vor. Bekanntester EP-Hochdruckzusatz (meist in Verbindung mit Zink oder Schwefel). Zur Minderung von Verschleiß und Verhinderung von »Fressern«. Abrieb von gebonderten oder phosphatierten Oberflächen.


Zink
Verschleißmindernder Hochdruckzusatz. Reduziert gleichzeitig die Reibung (Friction- Modifier). Abrieb von zinkhaltigen Bauteilen, Farbanstrichen oder aus Schlauchmaterial. Bei Esterölen (Bioölen): verzinkte Bauteile können durch Hydrolyse angegriffen werden.


Natrium
Meist Verunreinigung in Form von Streusalz oder durch salzhaltige Luft in Meeresnähe. Additiv in wasserhaltigen Flüssigkeiten. Leitungswasser-Bestandteil. Korrosionsschutz-Zusatz in Öl oder Frostschutz-Glykol (Buntmetallschutz).


Silizium
Verhindert das Schäumen von Schmierölen (Antischaum-Silikonzusatz). In den meisten Fällen aber Staub aus der Umgebung. Bei Gasmotoren auch aus dem Gaskondensat. Abrieb von Silikondichtungen, Rückstand aus Silikonfetten oder Trennmitteln.

Weitere Informationen

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Quelle


"OelChecker Winter 2008", Seite 5-6
"OelChecker Winter 2005", Seite 7
"OelChecker Herbst 2004", Seite 6/7
"OelChecker Sommer 1999", Seite 6/7