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Der Faktor Zeit bei der korrekten Probennahme

Kann sich die Aussagekraft einer Ölprobe ändern, weil sich die im Öl schwebenden Verschleißpartikel zu schnell absetzen? Eines unserer Industriegetriebe wird regelmäßig mit Ihren Schmierstoff-Analysen überwacht. Bei der letzten Analyse fiel nun plötzlich ein außerordentlich niedriger PQ-Wert auf. Alle anderen Werte lagen voll im Trend. Eine Kontrollprobe wenige Tage später zeigte den erwarteten PQ-Index. Die vom Trend abweichende Probe haben wir nach einem langen Wochenende wie immer nicht aus oder kurz vor dem Ölsumpf entnommen. Allerdings stand das Getriebe still, sonst haben wir stets während des Betriebs entnommen.

Kann dies das Ergebnis beeinflusst haben?

OELCHECK antwortet:

Der Zeitpunkt der Probennahme kann einen Einfluss auf bestimmte Werte haben. Nicht ohne Grund raten wir in unserer Richtlinie zur Probenentnahme: "Während des Betriebs oder kurz nach dem Stillstand, denn Schmutz und Verschleißpartikel sind dann noch in der Schwebe." Wenn Sie dagegen z.B. am Morgen einer über das Wochenende stillgesetzten Maschine oder Stunden nach Betriebsstopp einer Windkraftanlage Öl entnehmen, kann die Probe eventuell nicht alle Informationen enthalten. Aber nicht nur bei der Probennahme spielt der Faktor Zeit eine wichtige Rolle. Auch bei uns im Labor kommt es auf sie an. Um die visuelle Kontrolle optimal durchführen zu können, müssen die Probengefäße im Kopfstand ca. 15 Minuten bei ca. 40°C ruhen. So können sich auch aus hochviskosen Ölen Verschleißpartikel auf der weißen Deckeldichtung absetzen.

Zur Ermittlung des PQ-Index' werden die verschlossenen Probengefäße ebenfalls mit dem Kopf nach unten auf das "Particle Quantifier" Testgerät gesetzt. Mit seinen Magnetspulen spürt es magnetisierbaren Eisenabrieb in der Probe auf. Während sich der im Laborbericht nachgewiesene Wert für "Eisen" in mg/kg nur auf Partikel kleiner als 5 µm bezieht, informiert der PQ-Index unabhängig von der Partikelgröße über sämtliche magnetisierbaren Eisenteilchen.

Um eine repräsentative Probe zu erhalten, sollte ihre Entnahme immer möglichst zeitnah zum laufenden Betrieb erfolgen. Die Ermittlung einiger Werte im Labor sind aber erst nach einer Ruhezeit möglich. Wie schnell sich Partikel im Öl bewegen und durch die Gravitation absetzen, hängt ab von:

der Größe des Partikels und seiner Dichte (also seinem Gewicht)
der Ölviskosität, die wiederum temperaturabhängig ist.

Die Absink- oder Sedimentationsgeschwindigkeit eines sphärischen (kugeligen) Partikels in einer Flüssigkeit kann mit der "Stokesschen Gleichung" berechnet werden. Bei nichtsphärischen Körpern wird anstatt des Partikelradius' dessen halbierter Äquivalentdurchmesser verwendet. Um vergleichbare Werte der Sinkgeschwindigkeiten von Metallpartikeln in einem Schmieröl zu erhalten, haben wir uns dieser "Stokesschen Gleichung" bedient. Bei den Berechnungen sind wir davon ausgegangen, dass die Metallpartikel nahezu eine Kugelform haben. Als Werkstoff für die Partikel wurde ein magnetisierbarer Chrom-Stahl angenommen, der typisch für Verzahnungen in Getrieben ist. Seine Dichte ist mit ca. 8 kg/dm³ ungefähr neunmal höher als die des Öls mit ca. 0,9 kg/dm³. Berechnet wurde die Sinkgeschwindigkeit von Partikeln mit einem Durchmesser von 5 µm (> 4 µm kleinste Partikelgröße bei der Partikelzählung nach ISO 4406), 50 µm (gerade noch mit bloßem Auge erkennbar) und 500 µm (Partikel aus einem geschädigten Aggregat). Als Schmierstoff wurde ein konventionelles Getriebeöl CLP 320 angenommen. Das Absetzen wurde für Temperaturen von 0°C, 20°C und 60°C berechnet, wie sie bei typischen Probennahmen auftreten können.

Sedimentationsgeschwindigkeiten und Dauer
Stahlpartikelgröße	Sedimentationsgeschwindigkeit	Sedimentationsdauer für 0,5 m Strecke
bei 0°C in Öl ISO VG 320
5µm	0,000018 mm/s	322 Tage
50 µm	0,003 mm/s	2 Tage
500 µm	0,282 mm/s	30 Minuten
bei 20°C in Öl ISO VG 320
5 µm	0,000073 mm/s	79 Tage
50 µm	0,011 mm/s	12,5 Stunden
500 µm	1,14 mm/s	7 Minuten
bei 60°C in Öl ISO VG 320
5 µm	0,00052 mm/s	11 Tage
50 µm	0,082 mm/s	1,5 Stunden
500 µm	8,16 mm/s	1 Minute

Fazit

5 µm-Partikel setzen sich nie vollständig ab. Sie bleiben auch nach Abstellen eines Aggregates in voller Konzentration in einer Ölprobe erhalten, unabhängig davon, wie lange nach einem Stillstand und an welcher Stelle das Öl entnommen wurde.
50 µm-Partikel, die mit bloßem Auge sichtbar sind und die bei der Partikelzählung als > 14 µm gezählt werden, können sich schon über ein Wochenende über eine Strecke von 0,5 m nach unten bewegen. Hier sollte vor der Probennahme zumindest ein Kurzstart erfolgen oder die Probe von weiter unten entnommen werden.
500 µm-Partikel, die auf einen akuten Schaden hinweisen, können in wenigen Minuten in den Ölsumpf sinken. Sie kommen dann, je nach Ort der Probennahme, in zu hoher Konzentration oder überhaupt nicht ins Probengefäß, wenn die Probe erst nach langem Stillstand entnommen wurde. Bei der Partikelzählung werden solch große Partikel, die den automatischen Partikelzähler mit einem Querschnitt der Messzelle von 100 µm verstopfen würden, nicht berücksichtigt.

In unserem Labor reicht die Zeitspanne von 20 Minuten, in der die Ölproben auf dem Kopf stehen, völlig aus, um alle magnetisierbaren Partikel zu erfassen. Im Gegenzug sollte die Probennahme in jedem Fall bei Betrieb oder zeitnah nach einem Stillstand erfolgen. Nur so ist die Probe repräsentativ – eine entscheidende Voraussetzung für aussagekräftige Laborberichte.