Öl, Bild: Pixabay - Eluela31

Hydrauliköl kann nur begrenzt Luft, Wasser und Feststoffverschmutzungen aufnehmen. Bild: Pixabay - Eluela31

Jedes Hydrauliköl altert mit der Zeit. Werden die zulässigen chemischen und pysikalischen Grenzen überschritten, ist das Öl nicht mehr funktionsfähig und muss ausgetauscht werden. Wichtige Alterungsbeschleuniger sind die Betriebstemperatur, katalytische Prozesse und Art und Menge der Fremdstoffe. Betroffen ist vor allem die Ölviskosität, eine wichtige Grundeigenschaft des Hydrauliköls. Die Ölalterung hat eine Reihe von nicht zu unterschätzenden Negativauswirkungen in einer Hydraulikanlage.

  • Durch ein schlechteres Fließverhalten werden Reibstellen nicht mehr mit dem notwendigen Hydraulikölvolumen versorgt, es kommt zu verstärktem Verschleiß.
  • Eine höhere Viskosität belastet die Antriebsaggregate des Hydrauliksystems. Dadurch verschlechtert sich nicht nur der Wirkungsgrad, es kann auch zu Aggregat-Frühausfällen kommen.
  • Die Rückstände der Ölalterung können Ventile verkleben, es kommt zu Funktionsstörungen.
  • Ölalterung kann die Schlammbildung verschärfen, der Filterbedarf steigt.
  • Durch die Versäuerung des Hydrauliköls steigt die Korrosionsgefahr für metallische Werkstoffe.
  • Die Zunahme von sauren Ölbestandteilen verschlechtert auch die Dichtungsverträglichkeit.

Faustformel: Temperaturabhängige Ölalterung

Zur überschlägigen Einschätzung des Alterungsverhaltens eines Hydrauliköls kann nachfolgende Regel angesetzt werden:

  • Mineralöl: oberhalb 50 °C halbiert sich die Gebrauchsdauer eines Mineralölschmieröls pro 10 °C Temperaturanstieg
  • Synthetische Grundöle: pro 15°C Temperaturerhöhung Halbierung der Gebrauchsdauer.
  • Merke: Auch synthetische Schmiersubstanzen altern. Der Alterungsprozess schreitet aber, im Vergleich zu einem Mineralöl, langsamer voran.

Die temperaturabhängige Hydraulikölalterung wird in der Praxis viel zu wenig beachtet. Kaum ein Instandhalter kennt das tatsächliche Temperaturprofil seiner Hydraulikanlage. Besonders gefährlich wird es, wenn er Vorgaben bezüglich Ölpflege- oder Ölwechselmaßnahmen eines Herstellers umsetzt, ohne zu wissen, für welche Betriebsbedingungen die Vorgaben gemacht sind und wie der tatsächliche Zustand an der Maschine ist. Die Temperatur ist aber nicht der einzige Alterungsbeschleuniger. Der Veränderungsprozess wird durch Anwesenheit von Luft und Wasser zusätzlich „angeheizt“.

Die Hydraulikölalterung kann, selbst dann, wenn diese so weit fortgeschritten ist, dass das Öl schon einer anderen Viskositätsklasse zuzuordnen wäre, mit bloßem Auge nicht erkannt werden. Auch eine farbliche Veränderung hat bezüglich der Ölviskosität keine Aussagekraft. Es reichen schon geringe Anteile von Abrieb oder Systemrückständen aus, um ein Hydrauliköl dunkler einzufärben.

An der Stelle einige Orientierungswerte für die fluideigene Alterung eines Öles: Vorausgesetzt, dass bei einer Tanktemperatur von 50 °C die Lebensdauer des Hydrauliköls 100 % beträgt, ergeben sich bei höheren Temperaturen folgende reduzierte Werte für die Öl-Lebensdauer (Werte in Klammer): 60 °C (50 %), 70 °C (25 %), 80 °C (12,5 %).

Die Ölanalyse ist am besten geeignet, den tatsächlichen Hydraulikölzustand zu erkennen. Das Ergebnis muss aber anwendungsspezifisch ausgewertet werden. Die zulässige Viskositätsabweichung ist von vielen anlagen- und auslastungsspezifischen Bedingungen abhängig. Nur durch einen intensiven Wissens- und Informationsaustausch zwischen Hersteller und Betreiber lassen sich die zulässigen Ölveränderungen richtig festlegen. Oft hilft auch eine Schwachstellenanalyse oder die Auswertung der bisher aufgetretenen Schäden weiter.

Ganz allgemein wird eine Viskositätsabweichung von +/- 15 % vom Ausgangswert toleriert. Bezug ist aber nicht die ISO-Klasse, so zum Beispiel HLP 46. Jedes Öl, das in der Viskosität mit +/- 10 % diesem Wert entspricht, fällt darunter. Für die Alterungsbeurteilung ist die gemessene Anlieferungsviskosität entscheidend – eine Forderung, die heute Pflichtteil jeder Öl-Wareneingangsprüfung sein sollte. Der Wert ist vom Ölhersteller oder -lieferanten zu liefern. Für die anlagenspezifische zulässige Viskositätsveränderung gibt es, neben den schon erwähnten Angaben, weitere. So gilt:

  • je höher die relative Gleitgeschwindigkeit, desto größer die zulässige Viskositätsänderung
  • je höher die spezifische Belastung der Reibstelle, desto geringer die zulässige Viskositätsänderung
  • je höher der Stop & Go-Anteil, desto geringer die zulässige Viskositätsänderung
  • je niedriger die Außentemperatur, desto geringer die zulässige Viskositätsänderung
  • je verschleißanfälliger das Maschinenelement, desto geringer die zulässige Viskositätsänderung
  • je höher die Ausfallkosten sind, desto geringer die zulässige Viskositätsänderung.

Wie ein Wollknäuel

Wie gesagt, das sind nur die wichtigsten Betrachtungsgrößen für die Bestimmung einer zulässigen Hydrauliköl-Viskositätsveränderung. Nicht unerwähnt bleiben darf, dass auch innerhalb der Gewährleistungszeit ein besonderes Augenmerk auf die Viskositätsveränderung zu legen ist, um nicht im Schadensfall den Gewährleistungsanspruch leichtfertig zu verlieren.

Alle Schmieröle haben den Nachteil, dass die Temperatur starken Einfluss auf die Fließeigenschaft, also die Viskosität hat. Um den Temperatureinfluss in Grenzen zu halten, werden mineralölbasierten Ölen oft sogenannte Viskositäts-Index-Verbesserer zugegeben. Die temperaturabhängige Veränderung wird über den Viskositäts-Index (VI) beschrieben. Je höher dieser Wert ist, umso geringer die Temperaturabhängigkeit der Viskosität. Jedes Öl hat sein spezifisches Viskositäts-Temperatur-Verhalten. Der VI basiert auf der willkürlichen Festlegung. Der Wert VI = 0 steht für ein Öl mit besonders schlechtem VT-Verhalten, VI = 100 wurde einmal den paraffinbasischen Mineralölen zugeordnet. Synthetische Schmieröle erreichen einen VI von 200 und mehr.

Zur Verbesserung des Temperatur-Verhaltens werden Schmieröle sogenannte VI-Improver zugegeben, langkettige Molekülketten. Ein Additiv, das bildlich gesprochen wie ein Wollknäuel aufgebaut ist. Sinkt die Einsatztemperatur, ziehen sich diese zusammen und bei höherer Temperatur nimmt das Volumen zu. Die Volumenveränderung hat direkten Einfluss auf die Fließeigenschaften, der Viskosität eines Schmieröls also. Viskositäts-Index-Verbesserer können unter Belastung zerstört werden. Es stellt sich also das ursprüngliche Viskositäts-Temperatur-Verhalten wieder ein und das kann zu temperaturabhängigen Funktionsstörungen führen. Die Zerstörung des Additives ist irreversibel.

Die Viskosität-Index-Verbesserer werden aber nicht nur durch hohe Scherkräfte an Reibstellen zerstört, sie können auch herausgefiltert werden. VI-Improver sind nicht chemisch gebunden. Bei einer Filterfeinheit unter 6 µm sollte Rücksprache mit dem Öllieferanten genommen werden. Das gilt auch für Nebenstromfilter.

Zur Bestimmung des Viskositäts-Temperatur-Verhaltens wird die Viskosität bei 40 °C und 100 °C gemessen. Nach DIN ISO 2909 kann aus der Viskosität der beiden Messpunkte der Viskositätindex berechnet werden. Das Viskositäts-Temperatur-Verhalten lässt sich aber auch im doppelt logarithmischen Ubbelohde-Diagramm grafisch darstellen.

„Wer schreibt der bleibt“. Das gilt auch für das Viskositäts-Temperatur-Verhalten. Werden die Ergebnisse der Ölanalysen grafisch aufgetragen, so kann eine Abweichung des Viskositäts-Temperatur-Verhaltens frühzeitig erkannt werden. Was die Ursache dafür ist, muss dann analysiert werden. Neben den erwähnten Einflüssen kann es auch eine Vermischung mit einem Fremdöl sein. Auch die Grenzwerte für das VT-Verhalten müssen anlagenspezifisch festgelegt werden. Allgemein wird ein Abfall des Viskositätsindexes von -20 % vom Ausgangswert noch toleriert.

Die Ölalterung ist eine irreversible Veränderung eines Hydrauliköls auf Grund chemischer Reaktionen während der Öllagerung und der Betriebszeit. Das gilt auch für Hydrauliköle auf Syntheseölbasis. Durch die stabilere Molekularstruktur schreitet, im Vergleich zu einem Mineralöl, jedoch der Alterungsprozess wesentlich langsamer voran. In der Praxis wird immer wieder unangenehmer Gebrauchtöl-Geruch als Indiz für eine fortgeschrittene Ölalterung angesehen. Das kann stimmen, muss aber nicht. Ein Beispiel hierfür: Fast alle Öle beinhalten Schwefelverbindungen als Verscheißschutzadditiv. Wirken diese an einer Reibstelle, entstehen Zersetzungsprodukte, die einen Geruch ähnlich fauler Eier haben. Ein Geruch, der wahrlich nicht angenehm ist. Mit Ölalterung hat das primär also nichts zu tun, wohl aber mit Ölveränderung.

Die wichtigsten Additive und ihre Funktionen

Hochdruckadditiv (EP-Additiv) Reibungsminderung bei hoher Belastung
Verschleißschutzadditiv (AW Additiv) Vermeidung von adhäsivem Verschleiß bei Kontakt metallischer Oberflächen
Alterungsschutzadditive (auch Antioxidantien oder Oxidationsinhibitor genannt) Verzögerung der Öloxidation und damit längere Ölstandszeiten
Viskositätsindex-Verbesserer Reduzierung des Temperatureinflusses auf die Hydraulikölviskosität
Korrosionsschutz und Rostschutzadditive Unterbindung elektrochemischer Angriffe auf Metallflächen und Rost
Antischaumwirkstoffe Verhindern die Bildung von stabilem Ölschaum
Elastomeraufqueller Verhindern das Schrumpfen von Elastomeren
Haftverbesserer Erhöht die Haftung des Hydrauliköls auf Metall
Pourpointverbesserer Verbesserung des Kälteverhaltens
Detergents Sind waschaktive Substanzen, die die Ablagerung von Alterungsprodukten auf metallischen Komponenten verhindern
Dispersants Die Aufgabe der Dispersanten ist es, feste und flüssige Verschmutzungen (z.B. Staub, Wasser, oder Oxidationsprodukte) zu umhüllen und fein verteilt im Hydrauliköl in Schwebe zu halten
Kupferdeaktivatoren Sollen primär kupferhaltige Werkstoffe schützen. Sauer wirkende Schmierstoffbestandteile, aber auch schwefelbasierte Additive können Messing, Bronze und Kupfer angreifen

 

Bei Betriebstemperatur sind die Oxydationsprodukte im Hydrauliköl oft gelöst. Mit der zunehmenden Gebrauchsdauer oder bei einer Abkühlung, wie zum Beispiel während einer Betriebsunterbrechung, bilden sich lange unlösliche Molekülketten. Diese verfestigen sich mit der Zeit, es entstehen lackartige Schichten. Gerade bei Bauteilen mit geringen Spaltbreiten kann das zu Funktionsstörungen führen. Lagern sich in die Oxydationsablagerungen harte Partikel ein, entsteht eine abrasive Schicht. Die Folge ist verstärkter Verschleiß der betroffenen Teile.