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Elemente in einer Schmierstoffprobe

Feuer, Wasser, Luft und Erde – in der Alchemie existierten bis ins 18. Jahrhundert gerade einmal vier Elemente. In der modernen Chemie sind bis heute 118 Elemente, von Wasserstoff bis Ununoctium, im Periodensystem definiert und nach verschiedenen Kriterien klassifiziert. Weit verbreitet ist eine Unterteilung in Elemente, die Metalle bilden und den Großteil ausmachen, sowie in Nichtmetalle und die Zwischenstufe der Halbmetalle. 

Inhaltsverzeichnis

  1. Die Elemente in einer Schmierstoffprobe ─ Verschleiß, Verunreinigung oder Additive?
  2. Verschleiß, Verunreinigungen oder Additive
    1. Verschleiß
    2. Verunreinigungen
    3. Additive
  3. Die Interpretation der Werte

Die Elemente in einer Schmierstoffprobe ─ Verschleiß, Verunreinigung oder Additive?

Aus gutem Grund ist die quantitative Bestimmung der im Schmierstoff vorhandenen Elemente das Herzstück der Schmierstoff-Analytik. Es gibt schließlich kein Öl, kein Fett und keine Montagepaste, in der nicht selten mehrere metallische Elemente enthalten sind. Da kein Additivpaket und kaum ein Schmierfettverdicker auf sie verzichten können, sind sie bereits in fabrikneuen Produkten enthalten. Bei gebrauchten Ölen oder Fetten kommen weitere Elemente hinzu. Dabei handelt es sich meist um Verschleißpartikel, die von den geschmierten Komponenten stammen, um Verunreinigungen oder um Bestandteile eines anderen Schmierstoffs. Doch unabhängig von der Herkunft, eine Elementanalyse mittels ICP- oder RDE-Gerät kann sie nahezu alle normgerecht erfassen. In den OELCHECK-Laborberichten werden bis zu 30 einzelne Elemente – und damit deutlich mehr als die 18 Elemente in den Standarduntersuchungen von Wettbewerbslabors – in einer Konzentration von mg/kg (ppm) aufgeführt. Zusätzlich lässt sich mit Hilfe des PQ-Index (Particle Quantifier) noch zwischen korrosivem, nicht magnetischem und abrasivem, magnetisierbarem Eisenverschleiß unterscheiden.

Die Elemente im OELCHECK-Laborbericht

Im OELCHECK-Laborbericht werden die Elemente nur einmal unter den Kategorien aufgeführt, in denen sie am häufigsten zu finden sind:

  • Verschleiß,
  • Verunreinigung und 
  • Additive.

Bei einigen Elementen kann aber nicht eindeutig beurteilt werden, woher sie stammen. Sie werden dann unter der Rubrik gelistet, unter der sie in der Regel im Frischöl zu finden sind. Ein typisches Beispiel für ein solches „Zwitterelement“ ist z.B. Zink. Sehr viele HLP-Hydrauliköle enthalten eine verschleißmindernde zinkhaltige Additivkombination. Zink kann aber auch als Verschleiß von Bauteilen aus Zink-Druckguss stammen. Außerdem kann Zink als Verunreinigung aus verzinkten Bauteilen, zinkhaltigen Farbanstrichen oder vulkanisiertem Schlauchmaterial auftreten. Der erfahrene Tribologe beurteilt dann in einer regelrechten Detektivarbeit, wodurch ein unerwartet veränderter Zinkwert verursacht wurde.

Verschleiß, Verunreinigungen oder Additive

Verschleiß

Die der Verschleißkategorie zugeordneten Elemente können als korrosiver Verschleiß, der teilweise auch chemisch im Öl gelöst ist oder durch mechanisch- abrasiven, partikulären Verschleiß entstehen. – Ziel der Schmierstoff-Analytik ist es, über die Veränderungen der in einer Probe nachgewiesenen Elemente die Verschleißentwicklung zu bewerten. Mit Hilfe der gefundenen Metalle bzw. deren Kombination lässt sich ungewöhnlicher Verschleiß meist den betroffenen Bauteilen so genau zuordnen, dass dann vor Ort die entsprechenden Komponenten, wie Wälz- oder Gleitlager, Pumpen, Ventile, Kolben und Zylinder gezielt inspiziert werden können.

Verunreinigungen

Oft gelangen Verunreinigungen als Staub aus der Umgebung in den Schmierstoff. Als Silizium, das aber auch ein Antischaumadditiv sein kann, wird er in der Liste der Elemente ausgewiesen. Kalzium, normalerweise Additiv, kann auch als verunreinigender Kalkstaub auftreten. Oder Aluminium, das meistens ein Zeichen für Verschleiß ist, stellt als Bauxit eine Verunreinigung dar. Neben Wasser belasten auch Rückstände aus Produktionsprozessen, Trennmittel, Montagehilfsmittel oder Anteile fremder Schmierstoffe manchmal die Öle. Insbesondere Syntheseöle lösen Verunreinigungselemente aus Komponenten, mit denen sie in Berührung kommen. Dabei kann es sich sowohl um geschmierte Teile als auch um Filterelemente, Dichtungen oder Anstriche handeln. Verunreinigungen stellen fast immer eine Gefahrenquelle dar. Sie können die Alterung des Schmierstoffs beschleunigen, Schäumen bewirken oder Verschleiß begünstigen. Ein Ziel jeder Schmierstoff-Analyse ist es, Verunreinigungen so frühzeitig zu erkennen, dass durch einen rechtzeitigen Ölwechsel oder pflegende Maßnahmen etwaige negative Auswirkungen verhindert werden können.

Unter dieser Überschrift werden im Laborbericht Elemente angegeben, die meist als metallorganische (öllösliche) Kombinationen, seltener als Festschmierstoffe (MoS2) dem Schmierstoff zugegeben wurden. Ein Vergleich der Gebrauchtöl-Werte mit dem Frischöl gibt Hinweise auf Additivabbau oder Vermischung. Stark veränderte Werte können auf einen Leistungsverlust des Schmierstoffs hinweisen. Die Interpretation der Werte Unsere Untersuchungsgeräte für die Optische-Emissions-Spektroskopie (OES) ermitteln sehr zuverlässige Werte, denn nach jeweils zehn Analysen erfolgt das Messen eines Kontrollstandards. Doch eine Beurteilung darf nicht auf der Basis eines Einzelwertes erfolgen. Schließlich müssen Maschinen, Motoren und Anlagen mit ihren unterschiedlichen Einsatzbedingungen individuell betrachtet werden. All dies fließt bei uns in die Diagnose zu einer Ölprobe mit ein. Zusätzlich werden die Werte in einer Statistik mit Werten abgeglichen, in der wir Proben des gleichen Maschinentyps betrachten. Die OELCHECK-Datenbank umfasst Ergebnisse von mehr als 2,5 Millionen Proben. Dazu können unsere erfahrenen Tribologen auf Grenz- und Warnwerte, die sie für interne Zwecke ermittelten, von über 170.000 unterschiedlichen Maschinen zurückgreifen. Doch statistische Betrachtungen sind immer nur Werkzeuge. Keine Probe stimmt mit einer anderen überein. Bei ihrer Beurteilung kommt es stark auf eine Trendbeobachtung und letztendlich immer auf das Know-how des Tribologen an. Feste, allgemeingültige und zeitunabhängige Limitwerte für Verunreinigungen und Verschleißmetalle kann es nicht geben, weil diese immer von der Laufzeit der Maschine und der Zeit, in der das Öl oder Fett im Einsatz ist, abhängig sind. Daher können die in unserer nachstehenden Tabelle veröffentlichten Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche auch nur zur allgemeinen Orientierung für eine für den jeweiligen Anwendungsfall üblichen Standzeit und Ölfüllmenge dienen. Sie basieren auf den Werten der OELCHECK-Datenbank und unserer Erfahrung. Grundsätzlich ist bei der Einschätzung individuell ermittelter Werte zu beachten:

Additive

  • je größer die Ölmenge
  • je kürzer die Betriebszeit
  • bei Motoren: je niedriger die Drehzahl
  • bei Hydrauliken: je höher der Betriebsdruck
  • bei Getrieben: je höher die Umfangsgeschwindigkeit, desto kleiner sind die Limitwerte für Verschleißmetalle anzusetzen

Und bitte nicht vergessen: Sämtliche Werte sind im Zusammenspiel zu betrachten!

Die Interpretation der Werte

Der erfahrene Tribologe beurteilt sämtliche Werte im Zusammenspiel und berücksichtigt dabei auch die individuellen Einsatzbedingungen. Die hier veröffentlichten Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche können daher nur zur allgemeinen Orientierung bei einem Anwendungsfall mit einer für diesen üblichen Standzeit und Ölfüllmenge dienen. sind umso kleiner anzusetzen:

  • je größer die Ölmenge
  • je kürzer die Betriebszeit
  • bei Motoren: je niedriger die Drehzahl
  • bei Hydrauliken: je höher der Betriebsdruck
  • bei Getrieben: je höher die Umfangsgeschwindigkeit

Additive und deren Veränderungen sind immer kritisch zu hinterfragen, besonders wenn sie auf Vermischungen mit einem falschen Öl hinweisen können. Wird Zink in einem Gebrauchtöl nachgewiesen, das an sich kein Zink als Additiv enthält, ist dessen Herkunft auf jeden Fall zu ermitteln.

Verunreinigungen, ihre Warnwerte gelten unabhängig von der Betriebszeit, Ölmenge und den Belas­tungen. Zu viel Staub ist immer zu viel!

Unser Tipp: Mit jährlich ein bis zwei Schmierstoff-Analysen pro Aggregat erhalten Sie nicht nur fundierte Diagnosen durch einen erfahrenen OELCHECK-Tribologen – sondern sie machen auch Trendverläufe sichtbar. Damit steht Ihnen nicht nur zur frühzeitigen Entdeckung von Verschleiß ein wertvolles Hilfsmittel zur Verfügung.

Quelle:

OELCHECKER Winter 2014, Seite 3, 5 - 6