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Ölzustand

In den OELCHECK-Laborberichten wird unter der Rubrik „Ölzustand“ in der Regel der Oxidationswert angegeben. Aber warum wird er bei manchen Berichten nicht aufgeführt? Und welche Aussagekraft hat dieser Wert überhaupt?

Der Oxidationswert ist seit vielen Jahren der wichtigste Indikator für die Alterung eines Öls. Allerdings macht er bei einigen Schmierstoffen, die esterhaltige Grundöle und/oder in Ester gelöste Additive enthalten, kaum noch Sinn. 

Inhaltsverzeichnis

  1. Schmierstoffe und Oxidation
  2. Bestimmung mit FT-IR-Spektroskopie
  3. Grenzen der FT-IR-Spektroskopie
  4. Treffsichere Beurteilung der Alterung esterhaltiger Schmierstoffe

Davon betroffen sind vor allem folgende Produkte:

  • biologisch abbaubare Hydrauliköle auf Esterbasis
  • synthetische Getriebeöle auf Poly-Alfa-Olefin(PAO mit Ester)-Basis, die z.B. häufig in Getrieben von Windkraftanlagen zum Einsatz kommen
  • Motorenöle, die einen relativ hohen Eintrag an FAME (Biodiesel) haben
  • Motorenöle, die einen Pflanzenöleintrag aufweisen
  • Motorenöle mit hohem Rußanteil
  • Gasmotorenöle mit hohem Esteranteil, wie sie beim Betrieb von Motoren mit Bio-, Klär- oder Deponiegas verwendet werden. Für die so ausgelegten Gasmotorenöle geben wir den Oxidationswert für einzelne Motorenhersteller bereits seit einiger Zeit grundsätzlich nicht mehr an.

Schmierstoffe und Oxidation

Ob mineralölbasisch oder synthetisch – jeder Schmierstoff altert mit der Zeit. Wichtige Alterungsbeschleuniger sind die Beanspruchung durch hohe Temperaturen, Luftzutritt, katalytische Prozesse und Art sowie Menge etwaiger Verunreinigungen. Bei der Alterung des Öls lagert sich Sauerstoff an die aus Kohlenwasserstoff bestehenden Molekülketten an. Dabei entstehen Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindungen (Carbonylgruppen). Über diese Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen kann die Ölanalytik auf die Alterung des oxidierten Öls und damit auch auf seine weitere Verwendbarkeit schließen.

 

Bestimmung mit FT-IR-Spektroskopie

Bei der Betrachtung der Sauerstoffbindungen bzw. der Oxidation eines Öls wird die Fourier-Transform-Infrarot(FT-IR)-Spektroskopie eingesetzt. Sie liefert Informationen über Ölveränderungen, wie die Oxidation, aber auch über etwaige Verunreinigungen. Die FT-IR-Spektroskopie nutzt die Tatsache, dass die im Schmierstoff vorhandenen Moleküle aufgrund ihrer typischen Bindungsform infrarotes Licht bei bestimmten Wellenlängen unterschiedlich stark absorbieren. Die abweichende Absorption, die durch die Ölalterung entsteht, wird für Mineralöle im IR-Spektrum als „Peak“ bei einer bestimmten Wellenzahl angezeigt. Durch ein Subtrahieren von Gebrauchtöl- und Frischölspektrum kann für Mineralöle ein Zahlenwert für die Absorption der IR-Strahlung bezogen auf einen Zentimeter Ölschichtstärke gemäß DIN 51453 in A/cm angegeben werden.

Grenzen der FT-IR-Spektroskopie

Bei einem mineralölbasischen Schmierstoff kann schon ein relativ kleiner „Peak“, der im Gebrauchtölspektrum kontinuierlich ansteigt, als deutliches Zeichen für eine zunehmende Öloxidation interpretiert werden. Bei der Bestimmung der Öloxidation von Schmierstoffen mit esterhaltigen Grundölen und/oder in Ester gelösten Additiven stößt die FT-IR-Spektroskopie jedoch an ihre Grenzen. In Esterölen sind von Haus aus immer Carbonylbindungen enthalten. Sie absorbieren das Infrarotlicht bei der Wellenzahl um 1.740 cm-1 – und damit im gleichen Bereich wie die Carbonylbindungen, die bei der Öloxidation entstehen. In einem Infrarotspektrum eines frischen esterhaltigen Schmierstoffs bildet sich allein schon durch seine Carbonylverbindungen ein übergroßer „Peak“ im Wellenzahl-Bereich um 1.740 cm-1. Wird nun das Gebrauchtöl dagegen untersucht, ist eine Veränderung dieses dominanten „Peaks“ durch eine etwaige Öloxidation nicht mehr berechenbar. Obwohl die Ermittlung des Oxidationswerts für Schmierstoffe mit esterhaltigen Grundölen und/ oder in Ester gelösten Additiven mit der FT-IR-Spektroskopie im Prinzip keinen Sinn mehr macht, ist seine Ermittlung nach DIN 51453 nach wie vor in Betriebsstoffvorschriften verschiedener OEM festgeschrieben. Bisher hat nur der Motorenhersteller MWM diesen Tatsachen Rechnung getragen. In der MWM-Vorschrift für Schmieröle für Gasmotoren ist zwar ein Limitwert von 20 A/cm für die Oxidation gemäß DIN 51453 aufgeführt. Doch dazu gibt es den Hinweis: „Die Bestimmung der Oxidation findet für Schmierstoffe, die synthetische Ester enthalten, keine Anwendung.“

Treffsichere Beurteilung der Alterung esterhaltiger Schmierstoffe

Mit der FT-IR-Spektroskopie kann der Oxidationswert für esterhaltige Schmierstoffe zwar nicht zuverlässig bestimmt werden, trotzdem können die OELCHECK-Ingenieure treffsichere Angaben zur Ölalterung dieser Produkte machen. Dabei ziehen sie vor allem folgende Kriterien heran:

  • die Veränderung der Viskosität
  • eine mögliche Verringerung des Additivgehalts
  • den Abbau von Antioxidantien
  • die AN (Säurezahl)
  • die BN (Basenzahl) des Schmierstoffs, die über seine alkalische Reserve zur Neutralisation von Säuren informiert. Die BN kann jedoch nicht das Neutralisiervermögen eines Öls für alle Arten von Säuren, die beim Betrieb von Gasmotoren mit Deponie- oder Klärgasen ins Öl gelangen können, erfassen. Bei diesen Ölen liefert der i-pH-Wert entscheidende zusätzliche Informationen über die Belastung eines Gebrauchtöls mit starken, korrosiv wirkenden Säuren.

Die OELCHECK-Ingenieure betrachten diese Werte im Zusammenspiel und können dank ihrer Erfahrung und mit Hilfe der großen OELCHECK-Datenbank treffsichere Angaben über den Zustand und die weitere Verwendbarkeit auch jedes esterhaltigen Schmierstoffs machen.

Quelle:

OELCHECKER Winter 2017, Seite 8