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Oxidation von Gasmotorenölen

Warum funktioniert die Infrarot-Spektroskopie nicht immer?
Bei der Beurteilung, wie lange ein Gasmotorenöl noch verwendet werden kann oder ob ein Ölwechsel angesagt ist, spielt die Ölalterung bzw. Öloxidation eine entscheidende Rolle. Längere Öleinsatzzeit, höhere Betriebstemperaturen oder steigende Verunreinigungen verstärken die Öloxidation und damit die Bildung saurer Reaktionsprodukte. Öle aus Gasmotoren, die mit Bio-, Deponie-, Klär- oder auch Holzgas betrieben werden, müssen oft noch mit sauren Anteilen aus den Gasen fertig werden. Da die Zusammensetzung dieser Gase häufig auch stark schwankt, kann im Gegensatz zum relativ sauberen Erdgas, selbst ein Ölwechsel nach festen Intervallen zum Risiko werden. Entsprechend den Herstellervorschriften müssen die Öle aus Biogasmotoren daher laufend mit Schmierstoff-Analysen überwacht werden.

Eine DIN-Norm, die nicht mehr richtig greift

Lange war die Infrarot-Spektroskopie das einzige Messverfahren für die Öloxidation. Bei Mineralölen, die vor etwa 20 Jahren hauptsächlich im Einsatz waren, zeigte das Spektrum die Oxidation so deutlich, dass die mit dem IR gemäß DIN 51453 ermittelten Werte von Gasmotorenherstellern spezifiziert wurden. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass sich bei der Alterung Sauerstoff an den Molekülketten der aus Kohlenwasserstoffen bestehenden Öle anlagert und neue Molekülketten gebildet werden. Werden diese mit Infrarotlicht beaufschlagt, absorbieren sie es anders als Frischöl. Im IR-Spektrum eines oxidierten Mineralöles erscheint bei einer Wellenzahl von ca. 1710 cm-1 ein deutlich sichtbarer Peak. Durch eine Subtraktion von Gebraucht- und Frischölspektrum in diesem Bereich wird die Oxidation als "Absorption der IR-Strahlung bezogen auf einen Zentimeter Ölschichtstärke" (A/cm) angegeben.

Eine logische Vorgehensweise, die aber bei einigen modernen Gasmotorenölen nicht mehr greift. Im Bereich der Wellenzahl 1710 cm-1 zeigen sich im IR-Spektrum auch die für esterhaltige Syntheseöle oder einige Additive typischen Doppelbindungen. Oxidationsprodukte und Ester verursachen damit im selben Bereich einen Peak, wobei der Ester- den Oxidationspeak deutlich überdeckt.

Für mineralölbasische Gasmotorenöle liefert die IR-Spektroskopie nach wie vor verlässliche Angaben zur Ölalterung und die nach DIN spezifizierten Grenzwerte passen. Da aber viele der modernen Gasmotorenöle synthetische Group I- oder Group II-Grundöle und meist auch aschearme Additive enthalten, kann die IR-Spektroskopie nach DIN für sie keine verwendbaren Werte zur Öloxidation liefern. Grundöle und Additive können temperaturstabile Syntheseöle auf Esterbasis enthalten, die bei der spezifizierten Wellenzahl von 1710 cm-1 den Oxidationspeak deutlich überlagern. Wenn dieser Peak bereits beim Frischöl vorhanden ist, erbringt eine Subtraktion oft keinen sinnvollen Oxidationswert. Selbst stark oxidierte Öle ergeben einen Wert von 1 A/cm. Oft fällt der Wert bei 1710 cm-1 auf eine "Schulter" des Peaks und ist Ursache für vermeintlich stark schwankende Oxidationswerte. So können bei spezifikationsgerechtem Vorgehen für Öle mit gleichem Oxidationsgrad Werte von 1 A/cm, 18 A/cm oder gar 27 A/cm errechnet werden.

Höchste Zeit für eine neue, einheitliche Regelung

Noch haben Motorenhersteller und Versicherungsunternehmen die Ermittlung des Oxidationswertes mit der IR-Spektroskopie gemäß DIN 51453 spezifiziert und meist einen Grenzwert von 20 A/cm definiert. Für die Beurteilung von einigen modernen Ölen ist dies kontraproduktiv. Es ist höchste Zeit, ein einheitliches Prüfverfahren für die Bestimmung der Oxidation zu definieren, das auch für moderne Gasmotorenöle Geltung hat. Es sollte so festgelegt werden, dass es weltweit von jedem Labor für Gebrauchtölanalysen umgesetzt werden kann.

Bis es soweit ist, möchten wir von OELCHECK unseren Kunden versichern, dass wir uns bei der Beurteilung der Alterung moderner Motorenöle nicht nur auf die Oxidation, bestimmt nach der hier nicht anwendbaren DIN 51453, stützen. Stattdessen bewerten wir die Alterung aktuell und zuverlässig als Trendanalyse unter Einbeziehung mehrerer Analysenwerte in ihrem Zusammenspiel. Neben Motorentyp, Gasart und eingesetztem Motorenöl wird der Befund aus der IR-Spektroskopie durch Viskositäts-, AN-, BN- und ipH-Werte ergänzt. Bei der Beurteilung profitieren die erfahrenen OELCHECK-Tribologen von ihrer großen Erfahrung und unserer umfassenden Datenbank. So können sich unsere Kunden auf treffsichere Angaben zur Ölalterung im Laborbericht verlassen. Doch eine einheitliche Neuregelung des Prüfverfahrens ist dringend notwendig.

P.S.: Nicht nur bei modernen Gasmotorenölen ist die Bestimmung der Oxidation durch die Subtraktion von Peaks bei einer speziellen Wellenzahl problematisch. Auch neue synthetische Getriebeöle, wie sie z.B. in Windkraftgetrieben im Einsatz sind, zeigen eine ähnlich problematische Oxidationsbestimmung, denn auch sie enthalten häufig synthetische Grundöle oder Additive auf Eiterbasis.

Quelle:

OELCHECKER Frühling 2013, Seite 5