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Luftabscheidevermögen & Schaumverhalten

Luft, die im Öl in gelöster Form vorhanden ist, oder Schaum, der in Form von Oberflächenschaum oder als dispergierte Bläschen im Öl auftritt, können erhebliche Betriebsstörungen hervorrufen. Am häufigsten sind größere Hydraulik- oder Turbinenölfüllungen betroffen. Doch auch bei Getriebe- und Umlaufölen kann der Anwender mit dieser Problematik konfrontiert werden.

Inhaltsverzeichnis

  1. Das Schaumverhalten
  2. Schäumen: Mögliche Ursachen
  3. Das Luftabscheidevermögen (LAV)
  4. Zuviel Luft bleibt im Öl gelöst – Gravierende Auswirkungen:
    1. Luft in Hydraulikölen
    2. Luft in Bioölen
    3. Luft in Turbinenölen
  5. Weitere Informationen

Das Schaumverhalten

Die Werte für das Schaumverhalten beschreiben die Neigung des Öls, Oberflächenschaum zu bilden, bzw. geben Auskunft über das Funktionieren von Schauminhibitoren (Antischaumzusätzen). Schaum entsteht, wenn Luft- oder Gasblasen mit einem Durchmesser von 15 Mikrometern bis zu einigen Millimetern aus dem Inneren eines Öls an die Oberfläche aufschwimmen und nicht zerfallen. Nach dem Verfahren ASTM D 892 wird ermittelt, ob ein Öl zur Schaumbildung neigt.

Reine, unlegierte Öle tendieren nicht zur Schaumbildung. Tritt trotzdem Schaum bei Frischölen auf, dann handelt es sich oft um Öle mit einem hohen Additiv-Gehalt. Um ihr Schaumverhalten zu verbessern, werden ihnen bereits bei der Produktion sogenannte Schaum-Inhibitoren, meist auf der Basis von hochviskosem Silikonöl, zugegeben. Oft greifen Mitarbeiter der Ölgesellschaften in die Trickkiste und geben einem stark schäumenden Gebrauchtöl schaumbrechende Silikonzusätze zu. Der Effekt ist verblüffend, doch oft resultieren daraus ein verschlechtertes Luftabscheidevermögen und mangelnder Korrosionsschutz.

Schäumen: Mögliche Ursachen

Bleibt in einem Gebrauchtöl mehr Luft in Lösung oder tritt ein stabilerer Oberflächenschaum als beim Frischöl auf, sind mehrere unterschiedliche Ursachen zu überprüfen.
 

"Falschluft"

Fast immer liegen undichte Stellen in Rohrleitungen, Filtern, Flanschverbindungen oder Pumpen vor, wenn sogenannte „Falschluft” von außen in das Öl eindringt. Eine Ölpumpe saugt Luft an, weil z. B. ihre Dichtungen verschlissen sind oder der Füllstand im Öltank ist zu niedrig oder zu hoch. Möglicherweise haben sich die Verhältnisse im Tank oder vor dem Ansaugstutzen einer Pumpe verändert oder eine Filtration beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit.
 

Erhöhter Luftanteil

Wenn zuviel Falschluft in das Öl eingesaugt wurde, bleibt ihr überschüssiger Anteil nicht mehr im Öl gelöst. Die spezifisch leichtere Luft steigt auf und scheidet sich in Form kleiner Luftblasen ab, die einen stabilen Schaumteppich entstehen lassen.
 

Ausfall des Entschäumers

Die bei der Ölherstellung zugegebenen Antischaum-Additive können, besonders bei hochviskosen Getriebeölen, durch eine zu gründliche Ölfiltration so stark reduziert werden, dass eine erneute kontrollierte Zugabe ratsam ist.
Bei der Lagerung von Ölfässern über mehrere Jahre, kann das silikonhaltige Additiv zum Teil auf dem Öl „aufrahmen”. Der Entschäumer geht jedoch sofort wieder in Lösung, wenn das Gebinde etwas bewegt wird.
 

Verunreinigungen

Schaum kann auch durch Verunreinigungen verursacht werden. Neben den offensichtlichen Staub- und Wasserpartikeln, sind oft auch andere Mittel, wie Rückstände aus dauerelastischen Abdichtmassen, Dampfstrahl-Wasser (mit Fettlöser), Schmierfette oder Montagepasten, Reste von Korrosionsschutzmitteln, Metallbearbeitungsflüssigkeiten oder Frostschutz (z. B. aus einem Nachfüllgefäß) für das Schäumen verantwortlich.
 

Vermischung mit anderen Öltypen

Auch wenn Ölhersteller die Mischbarkeit von Ölen bestätigen: Nicht immer sind Öle wirklich miteinander „verträglich”. Besonders wenn ein Bioöl auf synthetischer Esterbasis mit einem detergierenden HLP-Hydrauliköl, oder ein Bioöl auf der Basis gesättigter Ester mit einem ungesättigtem Ester vermischt wird, ändern sich die grenzflächen-aktiven Eigenschaften der gemischten Moleküle und die Oberflächenspannung der Flüssigkeiten. Der Entschäumerzusatz reicht nicht mehr aus, um die aufgestiegenen Luftblasen zerplatzen zu lassen. Hier schafft entweder ein kompletterÖlwechsel oder die Zugabe eines Entschäumers Abhilfe.
 

Problem: Schaum im System

Oberflächenschaum, als stabile Schicht bis zu einer Höhe von etwa 5 cm auf der Oberfläche, ist kein Grund zur Beunruhigung. Tritt jedoch plötzlich vermehrte Schaumbildung auf oder dringt der Schaum gar aus allenÖffnungen, kann damit ein Ölverlust mit Absinken des Ölstandes einher gehen. Im Extremfall kann dies zur Mangelschmierung führen, weil die Ölpumpe Luft ansaugt. Gefährlich kann Schaum auch dann werden, wenn der Schaumteppich wie ein Isolator die Wärmeabfuhr durch den Ölkühler oder die Gehäuseoberfläche nachteilig beeinflusst und so die Öloxidation verstärkt.
Bei einigen Schadensbildern überlagern sich LAV und Schaumverhalten. Deshalb ist es ratsam, bei komplexen Anlagen, so wie es die Verfahrensvorschrift für die Analyse von gebrauchten Turbinenölen (VGB....) vorsieht, sowohl LAV als auch das Schaumverhalten zu überprüfen.

Das Luftabscheidevermögen (LAV)

Das Luftabscheidevermögen (DIN 51 381) eines Öls gibt die Zeitspanne in Min. an, die benötigt wird, um Luft, die unter definierten Bedingungen in das Öl geblasen wird, wieder bis auf einen Wert von 0,2 Vol.-% des Ausgangswertes ausgasen zu lassen. Der LAV-Wert gibt nicht den absoluten Luftgehalt des untersuchten Öls an. Er informiert über die Fähigkeit des Öls, die eingeblasene oder dispergierte Luft wieder abzuscheiden.

Das Luftabscheidevermögen eines Öls kann, im Gegensatz zum Schaumverhalten, nicht durch die Zugabe von Additiven verbessert, sondern nur verschlechtert werden. Der tatsächliche Luftgehalt im Öl, der in einer Größenordnung von 7 bis 10 Vol. % liegt, hängt von der Art und Additivierung des Grundöls, dem Alter der Ölfüllung, einer Vermischung mit artfremden Substanzen sowie konstruktiven Details der Anlage ab.

Im Gegensatz zum Schaum, der sich meist an der Oberfläche des Öls sammelt, ist die im Öl gelöste Luft nicht so einfach zu erkennen. Manchmal ist eine leichte Trübung ein Hinweis.

Zuviel Luft bleibt im Öl gelöst – Gravierende Auswirkungen:

So wie Leitungswasser ca. 1,2 Vol.% unsichtbare” Luft, d. h. im Wasser gelöste Luft enthält, so enthält auch ein Frischöl immer gelöste Luft. Bei Hydraulikölen liegt ihr Anteil bei beachtlichen ca. 9 Vol. %. Diese stoffbedingte gelöste Luft verursacht meist keine Betriebsstörungen. Erst wenn vermehrt Luft von außen in das Öl eindringt und im Öl so in Lösung gehalten wird wie CO2 im Mineralwasser, wird es kritisch: Das Öl wird kompressibel, an heißen Stellen scheiden sich Luftbläschen ab und beeinflussen die Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilms. Im ölführenden System treten oft erhebliche Störungen auf.

Luft in Hydraulikölen

Ein erhöhter Anteil von gelöster Luft in Hydraulikanlagen kann zum „Federn” der Ölfüllung führen. Exaktes Steuern und Positionieren ist nicht mehr möglich. An der Hydraulikpumpe, dem Bauteil mit der höchsten Temperatur im Kreislauf, wird vermehrt gelöste Luft abgeschieden. Sie ist meist die Ursache für die gefürchtete Kavitation von Hydraulikpumpen oder Hydromotoren. Außerdem verursachen die Luftblasen im Öl auch den „Dieseleffekt”, der im fortgeschrittenen Stadium oft mit einer Dunkelfärbung des Öls durch Kohlenstoffpartikel (Ruß) auffällt. Der Effekt entsteht, wenn anstelle der ca. 9% Luft plötzlich durch miteinander unverträgliche Öle wie z. B. Mischung eines HLP Hydrauliköls mit einem Motorenöl bis zu ca. 15% Luft im kalten Öl gelöst sind. Die mehr als 5% „überschüssige” Luft bleibt nicht mehr im Öl gelöst. Sie steigt in kleinen Blasen auf.
Diese bilden sich besonders an den heißesten Teilen des Systems und sprudeln an diesen Stellen geradezu heraus. Da in Hydrauliksystemen hohe bzw. schnelle Druckschwankungen auftreten, kommt es aufgrund der dabei entstehenden Verdichtungstemperaturen zwischen dem Sauerstoff aus diesen Luftblasen und den umgebenden Kohlenwasserstoffen des Öls zu kleinen, explosionsartigen Verbrennungen. Diese laufen ähnlich ab wie die Verbrennung in einem Dieselmotor. Da die Luftbläschen, die Ursache für den „Dieseleffekt” sind, nur wenige Sauerstoffmoleküle enthalten, erfolgt die Verbrennung unvollständig mit der Bildung von Rußflöckchen, die das Öl oder auch Filtereinsätze schwarz färben können. Da die Rußpartikel schmierfähig sind, hat der „Dieseleffekt” meist keine Auswirkungen auf die Schmierfähigkeit des Öls. Da der Effekt aber auch im Bereich von Dichtlippen auftreten kann, sollten Dichtungen, besonders wenn das Öl ein schlechtes LAV aufweist, in Bezug auf grübchenartigen Materialabtrag kontrolliert werden.

Luft in Bioölen

Das Luftabscheidevermögen von Bioölen wird durch die Vermischung mit Mineralöl negativ beeinflusst. Besonders kalziumhaltige Additive, die dem Mineralöl detergierende Eigenschaften verleihen, verschlechtern das LAV des Bioöls oft von den gerade noch zulässigen 10 auf mehr als 20 Minuten. Ähnlich schlechte Ergebnisse lassen sich bei den Mischungen unterschiedlicher Bioöle (gesättigt / ungesättigt) feststellen. Bei einem deutlich verschlechtertem LAV muss mit Kavitationsschäden und dem Dieseleffekt gerechnet werden.

Luft in Turbinenölen

In Turbinenanlagen führt Öl mit einem zu schlechten LAV zu Öldruckschwankungen. Auch eine Erhöhung der Lagertemperaturen wegen der schlechteren Wärmeleitfähigkeit des Öl-Luft-Gemisches kann beobachtet werden. Wenn die Turbinenlager (Gleitlager) mit einer Öl-Luft-Dispersion versorgt werden, wird die hydrodynamische Schmierung, von der diese Lager „leben”, empfindlich gestört. Lagerausfälle sind vorprogrammiert. Ursache für ein verschlechtertes LAV, das bei Turbinenölfüllungen zum Standard-Untersuchungsumfang gehören sollte, ist gealtertes oder mit einem andern Öltyp (Öl aus den Steuerkreislauf oder der Regelkupplung, EPTurbinenöl) verunreinigtes Öl. Abhilfe schafft hier nur ein Ölwechsel.

Quelle:

ÖlChecker Frühjahr 2002, Seite 6/7