Filtrierbarkeit

Moderne Hydrauliksysteme mit ihren geringen Spalttoleranzen und hohen Betriebsdrücken sowie feinere Filter stellen immer größere Anforderungen an die Filtrierbarkeit der Hydrauliköle. Um diese exakt bestimmen zu können, wurde der Filtrierbarkeitstest nach ISO 13357 entwickelt und in die für HLP-Hydrauliköle geltende Norm DIN 51524 aufgenommen. Seit Frühjahr 2008 ist im OELCHECK-Labor ein normgerechtes Testgerät in Betrieb.

Heutige Hydrauliksysteme kommen nicht ohne Filter aus. Ob als Hauptstromfilter fest in die Anlage eingebaut oder als – zum Teil mobiler – Bypass-Filter befreien sie das Öl von Verunreinigungen und Alterungsprodukten. Sie sichern so die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems und ermöglichen eine möglichst lange Lebensdauer von Komponenten und Öl. Moderne Hydraulikflüssigkeiten müssen leicht filtrierbar sein. Die Filtrierbarkeit eines Öls beschreibt sein charakteristisches Differenzdruckverhalten beim Durchfließen eines Filters. Schon bei der Entwicklung von Hydraulikölen und Filtermaterialien wird darauf geachtet, dass ein möglichst geringer Differenzdruckanstieg durch die Flüssigkeit selbst erzeugt wird.

In der Praxis heißt das, keine Verkürzung von Filter oder Ölstandzeit z.B. durch Anhaften von klebrig wirkenden, nichtpartikulären Bestandteilen aus dem Öl oder dessen Reaktionsprodukten am Filter und keine Beeinflussung der Filtrierbarkeit durch Kondensat.

Moderne Hydrauliken funktionieren mit immer geringeren Spalttoleranzen und besserer Oberflächengüte. Dadurch können höhere Betriebsdrücke und präziser arbeitende Hydraulikkomponenten bei kleinerem Tankinhalt realisiert werden. Effektivere Filter garantieren die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Anlagen über einen langen Zeitraum hinweg. Ihre mittlere Porenweite wurde von früher üblichen 10 bis 20 μm auf 3 bis 12 μm reduziert. Die Rückhalterate (ß-Wert) wurde bei den Tiefenfiltern gleichzeitig erhöht. Diese „feineren“ Filter können aber in relativ kurzen Abständen verblocken und müssen dann durch neue Filterelemente ersetzt werden. Der Anstieg des Differenzdruckes, mit dessen Hilfe der Zeitpunkt für den Filtertausch definiert wird, ist neben der geringeren Schmutzaufnahmefähigkeit des feineren Filters auch von der Filtrierbarkeit der Hydraulikmedien abhängig.

Mit Filtrationstests, bei denen Öl oft unter verschärften Bedingungen, durch einen Filter fließt, wird das Zusammenspiel zwischen Filtermembran und Öl genauer untersucht. Die meisten der „statischen“ Filtrierbarkeitstests werden in Ermangelung einer Norm als „Hausteste“ mit unterschiedlichen Membranfeinheiten und Flüssigkeitsvolumina unter Vakuum oder Druckbeaufschlagung durchgeführt. Die jeweiligen Resultate sind jedoch sehr stark verfahrensabhängig und hängen oft von den individuellen Erfahrungen der Labors ab. Seit den frühen 80er Jahren wurde nach einem normfähigen Standardtest gesucht, der jetzt unter der Norm „Filtrierbarkeit ISO 13357 Teil 1 und 2“ verabschiedet wurde.

Im OELCHECK-Labor ist ein entsprechendes Testgerät bereits im Einsatz. Damit kann die Filtrierbarkeit eines neuen Öls schon im Entwicklungsstadium ausreichend differenziert werden. In der Gebrauchtölanalytik liefert der Test wertvolle Aussagen hinsichtlich der Veränderung der Filtrierbarkeit im Vergleich zum Frischprodukt.

Das Testverfahren

Die Norm ist vorgesehen für frische Hydrauliköle bis ISO VG 100. Sie ist unterteilt in den „nassen“ Filtrierbarkeitstest, bei dem das Öl mit Wasser versetzt wird (Teil 1) und dem Test mit „trockenen“ Ölen (Teil 2).

Eine Menge von 300 ml Hydrauliköl wird unter genau definiertem Druck über eine getrocknete 0,8 μm Membran abfiltriert. Dabei werden Filtrationsvolumen und -zeit aufgezeichnet. Die Berechnung der Filtrierbarkeit erfolgt durch die Ermittlung von Volumen-Zeitverhältnissen zu Beginn, zwischen 10 und 50 Sekunden (Stufe I) und zwischen 200 und 300 Sekunden Testdauer (Stufe II). Der Testdurchgang wird beendet, wenn die zu ermittelnden Daten aufgenommen wurden oder die Filtrationszeit zwei Stunden überschreitet. Die Filtrierbarkeit wird mit dem Kennzeichen „F“ angegeben. Bei einem Wert von F > 50 sieht die Norm die Vergabe des Attributes „bestanden“ vor. Je weiter „F“ sich dem Wert 100 nähert, umso besser ist die Filtrierbarkeit.

Bei F < 50 gilt der Test als „fehlgeschlagen“. Überschreitet die Filtrationszeit zwei Stunden, ist die Testflüssigkeit als „unfiltrierbar“ zu kennzeichnen.

Ein typischer Testverlauf

Die Abbildung zeigt eine optimale Filtration. Zu Beginn der Filtration ist ein nahezu linearer Anstieg des filtrierten Volumens pro Zeiteinheit zu verzeichnen. Dieser nimmt aufgrund des am Filter ansteigenden Differenzdruckes bei zunehmender Verblockung des Filters ab und mündet in einen schwach degressiven Kurvenverlauf.

Eine wichtige Entscheidungshilfe

Mit dem für Frischöle entwickelten Test besteht die Möglichkeit, neu formulierte Hydrauliköle bereits im Entwicklungsstadium zu differenzieren.

Für Gebrauchtöle wird der Test, nicht zuletzt wegen der doch relativ großen Ölmenge, meist nur dann durchgeführt, wenn z.B. nach Öl- oder Filterwechsel zu kurze Filterstandzeiten bemerkt worden sind. Eine Veränderung der Filtrierbarkeit im Vergleich zum Frischöl zeigt sehr schnell, ob die Zusammensetzung von Grundöl und Additiven bei ansonsten gleichen Datenblattwerten Ursache für Probleme ist. Hat z.B. ein HLP 46-Frischöl im Filtrierbarkeitstest Werte von F=98 erreicht, ist eine sehr gute Filtrierbarkeit vorhanden. Sinken die F-Werte auf unter 50, ist mit Standzeitverkürzungen der Filter zu rechnen. Das heißt, die Betriebskosten der betreffenden Anlage steigen, Probleme wegen klebrigen Ablagerungen oder unbefriedigender Ölreinheit können auftreten. Ursache für eine solche Reduzierung der Filtrierbarkeit kann die Bildung von Tribopolymeren und öleigenen Alterungsprodukten sein. Diese bilden sich mit zunehmender Öllebensdauer oder bei extremen Belastungen und werden im Filter zurückgehalten.

Für die Beurteilung von Gebrauchtölen ist der kostengünstigere Test nach Teil 2, d.h. ohne Wasserzugabe, ausreichend. Der Vergleich mit den Frischöldaten gibt an, ob Pflegemaßnahmen genügen oder ob nur ein Ölwechsel Abhilfe schaffen kann.

Weiterhin kann der Test dazu dienen, Vermischungen mit Restfüllmengen bei Ölsortenwechsel bezüglich Ihrer Filtrierbarkeit zu beurteilen um einen problemlosen Betrieb zu gewährleisten.

Die Erfahrungen zeigen, dass es keine eindeutige Korrelation zwischen der Filtrierbarkeit und anderen Ölkennwerten gibt. OELCHECK kann mit dem Filtrierbarkeitstest die Aussage über die Ursachen von Filterwechseln präzisieren. Filter und Öle werden leichter vergleichbar. Dies gilt besonders bei der Auswahl von Hydraulikölen für sehr große Anlagen und bei sensiblen Systemen, wie sie z.B. in Spritzgießmaschinen oder Transferpressen eingesetzt werden.