Ölanalyse-methoden

Die ICP-Analyse (Inductive Coupled Plasma) gibt Aufschluss über Metallabrieb (Verschleiß), Additive und sonstige Verunreinigungen. Die Veränderung von Additiv-Elementen kann zusammen mit anderen Prüfungen Auskunft über den Gebrauchtöl-Zustand geben. U.a. lassen sich Additivabbau, Vermischung oder Falschbefüllung nachweisen.

Mittels der Fourier Transformations Infrarot (FT-IR) Spektroskopie können Rückschlüsse auf den Ölzustand gezogen werden. Bei bekanntem Frischöl lassen sich durch Veränderungen im Spektrum Vermischungen, Wasser- und Glykoleintrag, Additivabbau, Rußgehalt, Oxidation und Nitrationswerte berechnen. Sofern bekannt geben sie uns daher immer den vollständigen Namen des Frischöles an (Hersteller und genaue Produktbezeichnung)!

Die Viskosität zählt zu einem der wichtigsten Kennwerte zur Definition der Schmiereigenschaften eines Öles. Veränderungen während des Betriebes haben daher einen maßgeblichen Einfluss auf den sicheren Betrieb der Anlage. Insbesondere im industriellen Umfeld spielt die Viskosität bei 40°C eine entscheidende Rolle, da Industrieöle nach diesem Kennwert normiert sind (z.B. ISO VG 32; die Viskosität dieses Öles muss bei 40°C 32 mm/s² (+- 10%) entsprechen). Aber auch für den automotive Bereich wird der Viskositätswert bei 40 °C bestimmt, da hieraus der VI berechnet werden kann (siehe VI). Ändert sich die Viskosität bei 40°C kann dies eine Vermischung mit anderen Ölen, Öleindickung usw. bedeuten.

Die Viskosität bei 100 °C dient zur Normierung von Viskositätsklassen bei automotive Schmierstoffen (z.B. SAE 40; bei 100 °C muss das Öl über eine Viskosität von 12,5-16,3 mm/s² verfügen, um normgerecht zu sein). Für Industrieöle ist dieser Wert wichtig, da aus den beiden Viskositäten (bei 40 °C und bei 100 °C) der VI berechnet werden kann.

Die Viskosität von Ölen ist temperaturabhängig. Steigende Temperaturen bedingen eine sinkende Viskosität, das Öl wird dünner. Diese Temperaturabhängigkeit ist jedoch nicht bei allen Ölen gleich. Bei hochwertigen Produkten ist dieser Einfluss geringer, d.h. die Viskosität des Öls nimmt bei steigenden Temperaturen weniger stark ab wie bei günstigen Produkten. Um hier eine Vergleichbarkeit zu schaffen wurde der Viskositätsindex (VI) eingeführt. Ein Wert, der sich aus der Viskosität des Öles bei 40 °C und 100 °C errechnet. Dabei ist einer hoher VI mit einer nur geringen Temperaturabhängigkeit gleichzusetzen. Während des Betriebes sollte sich der VI nicht verändern, da die reguläre Ölalterung (Oxidation) sich über alle Temperaturbereich gleich auf die Viskosität auswirkt. Allerdings kann es zur Scherung von speziellen Additiven zur Verbesserung des Viskositätsindex (VI-Improver) kommen. Folglich sinkt der VI. Kommt es zu einem Anstieg, deutet dies hingegen auf eine Vermischung hin im Rahmen des Nachfüllens.

Wasser ist der Todfeind jedes tribologischen Systems. Die Schmierwirkung wird reduziert, es droht Kavitation durch Dampfblasenbildung, die Ölalterung wird beschleunigt, es wirkt korrosiv usw. Daher sollte der Wassergehalt im Öl bei einer Ölanalyse immer beobachtet werden. Eine kostengünstige und hinreichend genaue Methode ist dabei die Bestimmung mittels der FT-IR Spektroskopie. Der Wassergehalt wird hierbei in % angegeben. Sollte es erforderlich sein den Wassergehalt genauer zu bestimmen erfolgt die Messung mittels eines Titrationverfahrens nach der Methode von Karl Fischer. Die Angabe des Wassergehalts auf dem LAborbericht erfolgt da in ppm (parts per million)

Dieselkraftstoff im Öl beeinträchtigt den Schmierfilm negativ. Die Viskosität wird verringert. Zusätzlich werden die positiven Schmiereigenschaftenn der Öladditive in ihrer Wirkung beeinträchtigt. Die Folgen sind erhöhter Verschleiß bis hin zum Totalversagen des tribologischen Systems. Ursachen für einen erhöhten Kraftstoffgehalt sind z.B. falsch eingestellter Vergaser, defekte Einspritzdüse, oder Probleme im Ansaug- und Abgastrakt (verstopfter Luftfilter, blockierter Rußfilter etc.). Mittels der Gaschromatographie kann der Dieselkraftstoffanteil im Öl nachgewiesen werden. Die Angabe erfolgt in %.

Qualitative Bestimmung des Glykolgehalts mittels der FT-IR Spektroskopie. Glykol im Öl ist ein Indikator für Undichtigkeiten des Kühlsystems (z.B. defekter Ölkühler oder Zylinderkopfdichtung). Es führt zur Öleindickung (Geleebildung) und kann so Filter und Ölbohrungen verstopfen.

Die TBN ist ein Indikator für die alkalische Reserve des Öls. Bei Motorenölen zeigt er an, ob das Öl noch in der Lage ist saure Verbrennungsprodukte, die über Blow-By Gase ins Öl eingetragen werden zu neutralisieren.

Die TAN ist ein Maß für im Öl enthaltene saure Bestandteile. Bei Motorenölen hauptsächlich durch ins Öl eingetragene Verbrennungsnebenprodukte steigt die TAN im Laufe der Öleinsatzdauer an. Gebremst wird dies durch die im Öl enthaltene alkalische Reserve (TBN). Der Prozess verläuft daher umso schneller, je weiter die TBN sinkt.

Bei Hydraulik- und Getriebeölen kann bereits im Frischöl eine TAN gemessen werden. Ursächlich hierfür sind einige Additive. Im laufenden Öleinsatz werden diese abgebaut, so dass die TAN fällt. Steigt die TAN wieder an, deutet dies auf Ölalterungsprodukte hin. Eine Veränderung der TAN ist daher in guter Indikator für einen anstehenden Ölwechsel.

Partikel können im laufenden Betrieb in der Anlage entstehen (abrasiver-, adhäsiver oder Ermüdungsverschleiß), oder von außen eingetragen werden.

Ein kontinuierlicher Partikeleintrag bei Getriebeölen ist nicht ungewöhnlich. Bei ineinander kämmenden Zahnrädern, Synchronringen in Schaltgetrieben oder Kupplungen von Automatikgetrieben entstehen immer wieder kleinste Partikel, die im Regelfall durch den verbauten Getriebeölfilter ausfiltriert werden. Gute Getriebeöle können diesen Verschleißprozess zwar verlangsamen, aber nicht gänzlich verhindern. Zu viele Partikel im Öl, oder ein sprunghafter Anstieg der Partikelkonzentration deuten auf einen irregulären Betrieb hin. Sei es durch Verschleiß oder aber durch Schmutzeintrag von außen, z.B. aufgrund eines defekten Wellendichtrings.

Die Partikelzählung ermöglich hier eine Überwachung dieser Prozesse. Zur leichteren Beurteilung werden dabei die Partikel in der Ölprobe gezählt und nach Größen klassiert. Die Angabe der gemessenen Konzentration erfolgt dann nach DIN ISO 4406 in drei Größenklassen (größer 4 µm, größer 6 µm und größer 14 µm).

Der Particle-Quantifier-Index ist eine dimensionslose Angabe der Menge an ferromagnetischem Abrieb (magnetisierbaren Abriebs) im Öl. Im Unterschied zur Methode mittels ICP können hier auch Partikel größer 5 µm erkannt werden. Der PQ-Index ermöglicht daher auch Verschleißmechanismen zu erkennen, die zum Beispiel auf kurzzeitige Einwirkungen zurückzuführen sind.