Kühlmittelanalysen decken Schäden in Kühlsystemen auf
Erscheinungsjahr: 2020
Quelle: OELCHECKER Frühjahr 2018, Winter 2020
Nicht nur Öl „kann sprechen“ – auch Kühlmittel kann das. Und wir bei OELCHECK verstehen seine Botschaft. Erst seit Kurzem „boomt“ die Analyse von Kühlmitteln, denn zunehmend haben Maschinenhersteller und -betreiber das Informationspotenzial erkannt, dass sie sich durch regelmäßige Kühlmittelanalysen eröffnen können.
Genauso wie Schmierstoffe verändern auch die meist wässrigen Kühlmittel ihre Eigenschaften durch Alterung und Verschmutzung. Die Aufgaben von fertig gemischten Kühlmitteln oder Wasser, dem spezielle Konzentrate zugesetzt werden, sind vielfältig: Sie sorgen für eine optimale Wärmezufuhr und -abfuhr, schützen vor Korrosion und Kavitation sowie Ablagerungen und verhindern ein Einfrieren bei Minusgraden. Eingesetzt werden sie zum Kühlen der Motoren von Kraftfahrzeugen, Baumaschinen, Lokomotiven und Gasmotoren, aber auch zum Kühlen von elektrischen Antrieben in Windkraftanlagen oder den neuen E-Fahrzeugantrieben. Um ihre Funktionsfähigkeit über einen langen Zeitraum und damit den sicheren Betrieb der gekühlten Aggregate sicherzustellen, untersucht OELCHECK alle wichtigen Parameter.
Inhaltsverzeichnis
Und der Erfolg gibt uns recht!
Wir analysieren heute monatlich mehr als 500 Kühlwasserproben und haben wegen der stark zunehmenden Nachfrage ein Laborteam aufgebaut, das sich auf die Analyse von wasserbasischen Kühlflüssigkeiten spezialisiert hat. Neben einer Vielzahl von Geräten für die Wasseranalytik wurde zusätzlich zu der bereits bestehenden eine weitere Ionen-Chromatographie (IC) in Betrieb genommen. Die mittlerweile mehr als 5.000 analysierten Kühlmittel verdeutlichen, dass OELCHECK mit den neuen Kühlmittelanalysen von Anfang an den richtigen Riecher hatte. Das steigende Interesse zeigte sich auch durch die zahlreichen Teilnehmer beim Kühlmittel-Symposium unseres Partners OilDoc, das vom 14. bis 15. März 2018 in Brannenburg stattfand. Neben spannenden Vorträgen von Herstellern und Verbrauchern stellte Dr. Thomas Fischer, Wissenschaftlicher Leiter bei OELCHECK, die unterschiedlichen Verfahren zur Kühlmittelanalyse vor. Und unser Kühlmittel-Experte Matthias Aßmann erklärte im Anschluss, wie er als Maschinenbau-Ingenieur aus den analysierten Werten eine Diagnose über den Zustand des Kühlmittels und etwaige Probleme im Kühlsystem erstellt. Während einer Führung durch das OELCHECK-Labor mit schwerpunktmäßiger Betrachtung der Kühlmittelanalyse gewannen die Teilnehmer zahlreiche interessante Einblicke und zusätzliche Erkenntnisse und Denkanstöße.
Die Analyse von Kühlmitteln
Die Kühlmittelanalysen von OELCHECK umfassen die Rubriken:
- Kühlmittelzustand, Alterung
Bei der Alterung und Oxidation entstehen im Kühlmittel sauer wirkende Abbauprodukte, die in Form von Acetat, Formiat, Glycolat und Oxalat nachgewiesen werden können.
- Wasserqualität
Bei der Wasserqualität geht es vor allem um die Wasserhärte und den Gehalt an chlor- und schwefelhaltigen Verbindungen oder um ein generell nicht geeignetes Wasser.
- Abbauprodukte, Additivveränderungen
Additive die das Kühlmittel unterstützen, seinen vielfältigen Aufgaben nachzukommen, werden mit der Zeit abgebaut. Die Additivkonzentration erlaubt deshalb Rückschlüsse auf die weitere Einsetzbarkeit des Kühlmittels.
- Verunreinigungen
Als Verunreinigungen können z. B. Staub, eine Vermischung von Kühlmitteln oder Metallelemente, die aus den im System verbauten Komponenten ausgelöst wurden, nachgewiesen werden und somit Hinweise auf eine bessere Pflege geben.
Die Analysensets
OELCHECK bietet, ähnlich wie für Schmierstoffanalysen, eine Vielzahl von vorbezahlten Kühlmittelsets mit vordefiniertem Analysenumfang. Doch welche Aussagen können damit getroffen werden? Eine Qualitätskontrolle und der Vergleich von Frischprodukten erfolgt meist auf der Basis einer „Premium-Analyse“. Mit dem Set „Advanced“ kann eine Kühlmittelalterung oder eine Vermischung mit einem anderen Kühlmitteltyp nachgewiesen werden. Mit dem gleichen Set lassen sich aber auch Hinweise auf ungeeignetes Basiswasser oder metallische Verunreinigungen finden. Eine Aussage, ob bereits Korrosionsvorgänge im Kühlsystem begonnen haben, kann schon mit dem Analysenset 2, „Basic“, in Form einer Elementanalyse gemacht werden. Wenn die Ursache für Veränderungen eindeutig geklärt werden soll, empfiehlt OELCHECK das Durchführen einer Ionenchromatographie.
Die Diagnose – Laborwerte ergänzt durch Hinweise auf Schädigungen
Die Interpretation und Diagnose der Analysenergebnisse ist, anders als das Messen von Einzelwerten, oft nicht eindeutig. Für den Tribologen, der die Diagnose erstellt, ist es deswegen unbedingt erforderlich, dass er neben den vielen Laborwerten auch grundlegende Informationen, z. B. über Einsatzort und -zeit, in Form eines vollständig ausgefüllten Probenbegleitscheins erhält. Ohne dieses Grundlagenwissen ist es für den OELCHECK-Tribologen, der die Laborwerte für den Endverbraucher interpretiert, trotz seiner Erfahrung und dem Vergleich mit den in unserer Datenbank gespeicherten Werten aus zahlreichen Kühlmittelanalysen in vielen Fällen nicht möglich, eine hilfreiche Handlungsempfehlung auszusprechen. Eine Kühlmittelanalyse kann, ähnlich wie eine Ölanalyse, auf eine fortgeschrittene Alterung (Glykol- Abbauprodukte) oder Kavitations- und Korrosionsschäden (Aluminium aus Aluminiumbauteilen) hinweisen.
Dies verdeutlichen zwei typische Beispiele aus dem Bereich der Kühlmittelanalyse.
Beispiel 1: Analyse des Basis- oder Heizwassers
Eine Besonderheit auf dem Feld der Kühlmittelanalyse ist die Analyse von noch unvermischtem, unadditiviertem Basiswasser oder Heizwasser. Die Bewertung der Analysenwerte erfolgt hier meist anhand der Vorgaben der Hersteller von Motoren oder Kühlmittelkonzentraten. Für Wasser, das zum Heizen (nicht zum Kühlen) verwendet werden soll, können weitere Richtlinien (v.a. VDI 2035) herangezogen werden.
Bei der Analyse von Basiswasser ist neben dem pH-Wert und der Wasserhärte auch der Gehalt an Chlorid und Sulfat von großer Bedeutung, denn Chloride und Sulfate können Korrosion begünstigen und die Wirksamkeit von Korrosionsschutzinhibitoren verringern.
Beispiel 2: Verunreinigung durch Flussmittel
Flussmittel werden meist in Form von Lötwasser beim Löten von Kühlern und Leitungen eingesetzt, um eine bessere Benetzung der Oberflächen durch das Lot zu erreichen. Durch eine chemische Reaktion entfernen sie Oxidschichten und reduzieren die Oberflächenspannung, wodurch ein besseres Lötergebnis erreicht wird. Die meist säurehaltigen Flussmittel reagieren aggressiv und können, wenn sie nicht abgelöst werden, Korrosion an der Lötstelle verursachen. Eine zu hohe Konzentration der Restmengen von Flussmitteln wird heute entweder durch eine Beprobung des Kühlwassers aufgedeckt, oder sie kann in Industriekühlkreisen durch Leckagen zum Vorschein kommen. Manche Bestandteile der Flussmittel lösen sich kaum in Wasser. Sie sind deshalb nur in Spuren in Kühlmittelproben zu finden. Ob sie überhaupt im Kühlwasser vorhanden sind, zeigen die Analysenwerte dann in Form eines gesunkenen pH-Werts und eines erhöhten Anteils von Glykolabbauprodukten. Zudem sind auch gestiegene Kaliumwerte und abgebaute Korrosionsschutzadditive auffällig. Letzteres wird zusätzlich durch Metallbestandteile sichtbar, die auf erhöhten korrosiven Verschleiß hinweisen. Wegen der schlechten Löslichkeit von Flussmitteln im Kühlwasser kann eine solche Kontamination auch mit mehreren Kühlmittelwechseln nicht beseitigt werden. Hier lassen sich teure Korrosionsschäden nur mit Hilfe von regelmäßigen Analysen vermeiden.
Kühlmittel-Analytik – Typische Grenzwerte
Wie bei der Beurteilung von Schmierstoff-Analysen betrachten die OELCHECK-Tribologen auch die für Kühlmittel bestimmten Werte immer in ihrem Zusammenspiel. Außerdem berücksichtigen sie die individuellen Einsatzbedingen und die Ergebnisse vorheriger Trendanalysen.
Die hier veröffentlichten Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche dienen nur zur allgemeinen Orientierung. Sie beruhen auf den Vorgaben namhafter Motorenhersteller und auf den Daten aller Kühlmittelproben, die OELCHECK seit 2017 untersucht hat.
