Zur Beurteilung der Ölalterung werden in der Regel drei Messgrößen herangezogen: die Verseifungszahl (VZ) nach DIN 51 559, die Oxydation über Infrarotspektroskopie, die Neutralisationszahl (NZ) DIN 51558. Anmerkung: Die NZ hat bei hochadditivierten Produktformulierungen nur eine geringe Aussagekraft, da die sauren Bestandteile einer Additivierung während des Gebrauchs abgebaut und durch saure Alterungsprodukte ersetzt werden können. Zur Beurteilung des Alterungszustandes müssen Ausgangswerte bekannt sein. Basierend auf dieser produkt- und chargenanhängigen Angabe, können dann, unter Berücksichtigung des betriebsspezifischen Anforderungsprofils, die zulässigen Abweichungsgrenzen festgelegt werden. Sobald diese erreicht sind, ist ein Hydraulikölaustausch umgehend vorzunehmen.
Auch die maschinentechnischen Auswirkungen der Öloxydation dürfen nicht unterschätzt werden. Typische Alarmzeichen sind:
- Die Korrosion eisenhaltiger Komponenten im Hydrauliksystem nimmt zu.
- Bauteile aus Buntmetallen korrodieren, werden also von der Ölsäure an der Oberfläche angegriffen.
- Es kommt zur Saug- und Druckfilterverstopfung, weil die polymerisierten Oxydationsprodukte sehr klebrig sind und andere Verunreinigungen aus dem Öl binden.
- Wenn sich in die polymerisierten Oxydationsprodukte harte Partikel anlagern, kommt es zu verstärktem Verschleiß an tribologisch beanspruchten Komponenten, da die Schicht wie ein raues Schleifpapier wirkt.
- Es treten verstärkt Dichtungsschäden auf.
Nach der Hydrauliknorm DIN 51524 ist eine Zunahme der NZ um ≤ 2mg KOH/g Öl zulässig. Bezugspunkt ist, wie schon einmal gesagt, die NZ der Produktformulierung. Eine Angabe hierüber fehlt vor allem der Instandhaltung. Sowohl die NZ als auch die VZ eines Hydrauliköls ist produktspezifisch. Ein nicht additiveres Öl ist weitgehend chemisch neutral.
Als Orientierungsgröße für die zulässige Veränderung können nachfolgende Werte herangezogen werden: NZ maximal 3 mg KOH/g, VZ von maximal 5% vom Ausgangswert.
Additivierung
Mit der Additivierung eines Hydrauliköls möchte man bestimmte Schwachpunkte eines Grundöles, so zum Beispiel die Alterung, abmildern, aber auch positive Eigenschaften noch verstärken. Additive werden aber mit zunehmender Öleinsatzdauer verbraucht und stehen dann als Schutzschild nicht mehr zur Verfügung. Das Öl verliert seine Leistungsfähigkeit, es können Schäden auftreten. Jedes Hydrauliköl hat seine spezifische Additivierung. Additivart und -anteil der auf dem Markt angebotenen Hydraulikflüssigkeiten können also sehr unterschiedlich sein.
Die drei Additiv-Klassen
- Additive, die die Oberfläche schützen: zum Beispiel Hochdruckadditive, Verschleißschutzadditive, Korrosionsschutzadditive
- Additive zur Ölverbesserung: beispielsweise Viskositäts-Verbesserer, Additive zur Verbesserung des Tieftemperaturverhaltens
- Ölschützende Additive: zum Beispiel Alterungszusätze, Antischaumzusätze.
Das Grundöl in Kombination mit den Additiven ergibt das Leistungsverhalten einer Hydraulikflüssigkeit. Verändert sich der Additivanteil, hat das zwangsläufig auch dementsprechende Auswirkungen. Additive werden in der Regel nicht einzeln, sondern als komplexe Package dem Basisöl zugemischt. Wenn das Hydrauliköl bei der Öllagerung oder beim Transport hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt wird, kann sich die Funktionsfähigkeit der Additivkombination bereits verschlechtern.
Um die Folgen eines Additivabbaus beurteilen zu können, muss bekannt sein, welche Additive dem Öl zugegeben werden und in welchen Mengen. Schon bei einer Produktfestlegung ist darauf zu achten, dass Informationen darüber vorhanden sind. Für größere Hydraulikölmengen und für Hydrauliköle bei kritischen Anwendungen sollte eine Additvanalyse Bestandteil der Wareneingangsprüfung sein. Werden dann die Werte in eine Datenbank eingetragen, so lassen sich eventuelle Abweichungen verschiedener Lieferungen leicht feststellen. Die Werte der Wareneingangsprüfung sind auch Bezugsgröße für die Gebrauchtölanalyse.
Ganz allgemein gilt die Regel, dass etwa 10 bis 20 % Additivabbau noch tolerierbar sind. Aber auch bei dieser Angabe gilt: ohne Gewähr. Wer wirklich sicher gehen möchte, muss anlagenspezifisch vorgehen und die Grenzwerte mit dem Maschinen- und Anlagenhersteller abstimmen.
Additivabbau zeigt sich in der Praxis, oft auch schleichend, durch eine Vielzahl von typischen Veränderungen:
- Das Schaumverhalten nimmt zu
- Bei Außenanwendungen treten Anlaufschwierigkeiten auf
- Öl beginnt atypisch zu riechen (Ursache hierfür kann auch eine Ölvermischung sein)
- Zeitabhängige progressive Verschleißzunahme
- Nach einer bestimmten Laufzeit treten verstärkt Dichtungsschäden auf
- Verstärkte Verschleißzunahme bei thermisch höher belasteten Reibstellen
- Demulgierende Öle emulgieren
- Es kommt zu Funktionsstörungen durch Luftpolster
- Verstärkt Korrosionserscheinungen an metallischen Bauelementen
- Starke Zunahme der Ölalterung.
Resümee
Werden Hydrauliköle in Maschinen und Anlagen eingesetzt, altern diese. Eigentlich ein ganz natürlicher Prozess, der sich aber mit bestimmten Maßnahmen steuern lässt. Es gibt auch eine Reihe von Möglichkeiten, den aktuellen Alterungszustand eines Hydrauliköls zu erkennen. Es sind erste Anzeichen an einer Maschine, die aber leider viel zu häufig ignoriert werden. Die Ergebnisse einer Ölanalyse geben ein sehr präzises Bild. Die Messergebnisse müssen aber nicht nur richtig gelesen, sie müssen auch in Bezug auf die Maschinenfunktion verstanden werden.
Dreh- und Angelpunkt für die Ölalterungsüberwachung sind Sollwerte. Nur wer das notwendige maschinenspezifische Anforderungsprofil kennt, kann beurteilen, welche Auswirkungen eine Ölveränderung hat. Eine noch effektivere und offenere Zusammenarbeit zwischen dem Hersteller und dem Betreiber ist die Voraussetzung dafür.
Glossar: Alterung, Varnish, VZ und NZ
Alterung ist die unerwünschte chemische Veränderung eines Hydrauliköls während der Lagerung oder des Gebrauches. Alterungsauslöser und -beschleuniger sind Sauerstoff, Wärme, Licht, aber auch katalytisch wirkende Ölverunreinigungen. Sichtbare Folgen einer Ölalterung sind eine Viskositätsveränderung, verstärkte Metallkorrosion, verstärkte Wechselwirkung mit polymeren Werkstoffen, hochmolekulare bis lackartige Ablagerungen an ölbenetzten Maschinenteilen und in eingebauten Filterelementen.
Hydrauliköle haben nur ein begrenztes Aufnahmevermögen für Altersrückstände. Wird die ölspezifische Löslichkeitsgrenze überschritten, lagern sich die meist polaren Ölalterungsprodukte auf metallischen Oberflächen ab. Die Ablagerungen können gelartig bis lackartig sein. Moderne Öle können, da sie höher raffiniert werden, weniger Alterungsprodukte aufnehmen – sind also anfälliger, was Varnish betrifft. Einige typische Anzeichen von Varnish: Störungen bei Ventilen und Steuerelementen durch Verkleben; Verschlechterung des Wärmeübergangs; Störungen bei Dichtelementen, da sich in der Kontaktzone Schichten aufbauen; Verblockung von Filterelementen; farbige Rückstände auf Metallteilen.
Die Verseifungszahl VZ ist ein Maß dafür, wie viel Milligramm Kalium-Hydroxid (KOH) notwendig sind, um die freien und gebundenen Säuren in einem Gramm Hydrauliköl zu neutralisieren und die vorhandenen Ester zu verseifen.
Und schließlich die Neutralisationszahl NZ: Gemessen wird, wie viel Milligramm Kalium-Hydroxid (KOH) notwendig sind, um die freien Säuren und Basen in einem 1 g Hydrauliköl zu neutralisieren. Die NZ wird häufig zur Beurteilung der Hydraulikölalterung herangezogen. Da die Frischöl-NZ sehr stark von der Additivierung bestimmt wird, nicht additivierte Öle sind chemisch neutral, kann es zu einer Fehlbeurteilung bei einer Gebrauchtölanalyse kommen.
