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Oxidationsinhibitoren (Antioxidantien) – Lebenselixiere moderner Schmierstoffe

OELCHECK prüft die Oxidation mit RULER-Test und IR-Spektroskopie.

Der Alterungsprozess, dem alle Schmierstoffe während ihres Einsatzes unterworfen sind, wird im Wesentlichen von der Oxidation des Grundöles dominiert. Die Geschwindigkeit dieses Oxidationsvorganges wird hauptsächlich durch die Temperatur beeinflusst. Für unadditivierte Mineralöle gilt die Faustformel (Arrhenius-Regel), dass sich ab einer Einsatztemperatur von ca. 60 °C die Oxidation verdoppelt, wenn die Temperatur um jeweils 10 °C ansteigt. In modernen Schmierstoffen verzögern „Antioxidantien“ diesen Beschleunigungsprozess. Je mehr diese Wirkstoffe aber verbraucht sind, umso weniger ist das Öl in der Lage, den Oxidations­prozess effektiv zu bremsen.


Je stärker sich die Antioxidantien abgebaut haben, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass klebrige Oxidationsprodukte, oft als „Varnish“ (Lackbildung) bezeichnet, entstehen. Als Frühwarnsystem für eine Gefährdung durch Ablagerungsbildung wird die Veränderung der Antioxidantien genutzt. OELCHECK setzt dazu seit über 20 Jahren den RULER-Test, kombiniert mit der Infrarot-­Spektros­kopie ein.
 

Effizientere Maschinen, bessere Schmierstoffe 

Immer schnellere und stärker belastete Maschinen sowie längere Ölstandzeiten führen oft zu einer höheren Temperaturbelastung der Schmierstoffe. Dadurch wird wiederum die Öloxidation beschleunigt. Die Mindestanforderungen für viele Industrieschmierstoffe sind in DIN- oder ISO-Normen definiert, die regelmäßig angepasst werden. Schmierstoffhersteller erfüllen die steigenden Anforderungen, indem sie gesättigte Grundöle (Group II oder III) verwenden, die zusätzlich mit einem höheren Anteil neu formulierter Anti­oxidantien aufgebessert werden.


Besonders deutlich wird dies für Umlauföle zur Schmierung von Turbinen. Bis vor wenigen Jahren basierten konventionelle Turbinenöle auf API-Group I Grundölen. Sie wurden überwiegend versetzt mit phenolischen Antioxidantien, kombiniert mit etwas Aminen, Sulfiden oder Phosphaten. Moderne Turbinenöle werden auf Basis mineralischer API-Group II (hydrotreated) oder Group III (hydrocracked) Grundöle oder gar synthetischer PAO-Öle (Group IV) hergestellt. Sie werden hauptsächlich mit aminischen Anti­oxidantien additiviert. Phenolische Wirkstoffe sind in ihnen nur noch in geringer Konzentration enthalten. 

Beide Turbinenöle weisen zwei charakteristische Peaks im RULER-Diagramm auf (siehe Abbildung unten). Jeder steht für einen Typ von Antioxidantien. Im linken Diagramm ist mit dem zweiten Peak ein relativ hoher Gehalt an phenolischen Antioxidantien sichtbar. Das rechte Diagramm ist typisch für ein Turbinenöl mit einem Group II Grundöl. Während das Signal für die phenolischen Antioxidantien nur schwach ausgeprägt ist, dominiert das Signal für die aminischen Antioxidantien. Für den Abbau von aminischen Antioxidantien in modernen Turbinen­ölen liefert der RULER sehr zuverlässige Aussagen. Aber Aussagen zu den phenolischen Antioxidantien sind aufgrund ihrer sehr geringen Konzentration beeinträchtigt.

Intensive Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Veränderungen bei phenolischen Anti­oxidantien, besonders bei niedrigen Konzentrationen, zuverlässig mit der FT-IR-Spektroskopie bestimmt werden können. 
Auch die aminischen Antioxidantien können mittels FT-IR nachgewiesen werden. Die „benachbarten“ Wellenzahlenbereiche weisen jedoch, besonders bei synthetischen Grundölen, Interferenzen mit anderen Verbindungen auf. Die Wiederholbarkeit der mengenmäßigen Erfassung der aminischen Antioxidantien kann deshalb stark beeinträchtigt sein. In diesem Fall liefert die Bestimmung mittels RULER deutlich stabilere und aussagekräftigere Ergebnisse.
 

Prüfung der Antioxidantien: Neues Konzept

Moderne Schmierstoffe werden meist auf der Basis gesättigter Grundöle hergestellt. Für diese für den Langzeiteinsatz entwickelten Öle ist es sehr wichtig, den Gehalt an restwirksamen Antioxidantien zu kennen. Die OELCHECK-Tribologen haben entschieden, das Konzept der für die Diagnose wichtigen Parameter anzupassen. Zukünftig werden im OELCHECK-Labor die phenolischen Antioxidantien mittels FT-IR, die aminischen mittels RULER bestimmt. Beide Werte werden wie bisher in % der restwirksamen Antioxidantien im Vergleich zum Frischöl angegeben und beurteilt.
 

Quelle:

OELCHECKER Winter 2020, Seite 6