Wann und welche Öle oxidieren, wie Sie die Oxidationsstabilität messen und wie Sie Ihr Öl durch Rückgewinnung und Rekonditionierung länger nutzen können

Ölalterung durch Oxidation und nun? CJC® Fluidpflegesysteme regenerieren Ihr Öl und sorgen für effektive und langanhaltend stabile Schmiereigenschaften

Wann und welche Öle oxidieren, wie Sie die Oxidationsstabilität messen und wie Sie Ihr Öl durch Rückgewinnung und Rekonditionierung länger nutzen können

Ölalterung durch Oxidation und nun? CJC® Fluidpflegesysteme regenerieren Ihr Öl und sorgen für effektive und langanhaltend stabile Schmiereigenschaften

Ölalterung: Wann und welche Öle oxidieren

Ölalterung infolge von Oxidationsreaktionen ist ein natürlicher chemischer Prozess, der durch den unvermeidbaren Kontakt von Öl mit Sauerstoff ausgelöst wird. Jedes Öl oxidiert, jedoch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Diese wird beeinflusst durch das Grundöl, die Additive und katalytische Faktoren: hohe Betriebstemperaturen, hoher Systemdruck, Metalloberflächen und deren Verschleißpartikel (z. B. Cu, Fe, Zn), Wasser im Öl sowie entstehende Oxidationsprodukte (selbstverstärkender Prozess).

Hochraffinierte Mineralöle und synthetische Fluide zeichnen sich durch eine höhere Oxidationsstabilität aus. Sie oxidieren langsamer als niedrigraffinierte Grundöle, da sie eine konsistentere Molekülstruktur sowie weniger ungesättigte, reaktionsfreudige Verbindungen und Verunreinigungen (z. B. Sauerstoff, Schwefel, Aromen) enthalten. Allerdings haben synthetische Fluide ein Manko: Sobald ihre antioxidativen Additive aufgebraucht sind, zerfallen sie plötzlich und extrem schnell.

Mit einem effizienten Fluidpflegesystem, das Partikel, Wasser und Oxidationsprodukte zuverlässig entfernt, lässt sich die Geschwindigkeit der Oxidationsreaktionen deutlich reduzieren. Dadurch wird der frühzeitige Zerfall des Grundöls und Verbrauch von Additiven proaktiv verlangsamt. Eine kontinuierliche Fluidpflege und Rekonditionierung erhält langfristig die Oxidationsstabilität des Öls, minimiert Ablagerungen und verlängert die Lebensdauer Ihrer Anlagen.

Kontaktmöglichkeiten von Sauerstoff und Öl

Frischöl auf Mineralölbasis kann bereits ca. 9 Vol.% gelöste Luft enthalten
Lagertanks und Ölfässer (Luftvolumen über Flüssigkeit, Tankatmung, Mikrolecks und Diffusion)
Zirkulation des Öls im Ölkreislauf von Maschinen und Motoren

Selbst bei Maßnahmen, die den Luftkontakt minimieren, bleibt immer ein Restgehalt an gelöstem Sauerstoff im Öl, der zur Oxidation führt.

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Ölalterung durch Oxidation ist die dritthäufigste Ursache für Ausfälle und Störungen in einem Schmier- und Hydraulikölsystem. Ihre Lösung: CJC® Fluidpflegesysteme zur kontinuierlichen Rekonditionierung und Ölpflege.

Folgen und Schäden infolge von Ölalterung durch Oxidation

Klebrige Ablagerungen und Ölschlamm

Die Ölalterung durch Oxidation führt zu einer Reihe chemischer Reaktionen, die zur Bildung von Oxidationsprodukten und weichen Verunreinigungen führen und letztendlich zu Varnish (lack- und harzähnliche Ablagerungen) und Ölschlamm:

Oxidation: Bei erhöhten Temperaturen und Anwesenheit von Sauerstoff reagieren die Ölbestandteile, was zur Bildung von polaren Oxidationsprodukten führt.
Polymerisation: Die entstandenen Oxidationsprodukte reagieren miteinander und formen größere Molekülstrukturen, sogenannte Polymere.
Löslichkeit: Die entstandenen Polymere sind oft weniger löslich im Grundöl. Ihre Löslichkeit hängt von Faktoren wie Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Konzentration und der chemischen Zusammensetzung des Öls ab.
Ausfällung: Wenn die Konzentration der ölunlöslichen Verbindungen steigt oder sich die Betriebsbedingungen ändern (z. B. Temperaturabfall), überschreiten sie die Löslichkeitsgrenze und beginnen auszufallen. Da gelöste Reaktionsprodukte bei Temperaturen < 40 °C ausfällen, ist das Risiko für Ablagerungen insbesondere bei industriellen Anwendungen mit Start-Stopp-Betrieb besonders hoch.
Agglomeration: Die ausgefällten Verbindungen neigen dazu, sich zu größeren Anhäufungen zu verdichten.
Ölschlamm / Ablagerungen (Varnish): Die agglomerierten ölunlöslichen Verbindungen setzen sich schließlich als Ölschlamm oder klebrige, lackartige Ablagerungen ab — bevorzugt in Belastungszonen und stehenden Bereichen wie z.B. an Ventilen, Kühlern, Pumpen, Hauptstromfiltern mit hohem Durchfluss, Lagern, in Leitungen und Tanks.

Folgen:

Fehlfunktionen durch blockierte, schlecht steuerbare Ventile
Sinkende Kühlereffizienz und steigender Energiebedarf durch verminderte Wärmeübertragung
Erhöhter Verschleiß durch verminderte Schmierung und gestörten Ölfluss in Pumpen
Überhitzung und Verschleiß durch veränderte Schmierspaltgeometrie z. B. in Lagern
Häufige Filterwechsel infolge schnell verstopfter Hauptstromfilter
Aufwändige Systemspülungen und Tankreinigungen
Häufiger Komponententausch, hoher Ersatzteilbedarf und Lageraufwand
Kurze Ölwechsel-Intervalle
Ausfälle, Störungen und Verschwendung von Ressourcen

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen effizient Oxidationsprodukte (Varnish, Ölschlamm, Säuren) sowie die katalytisch wirkenden Verunreinigungen (Partikel und Wasser). So wird die Oxidation verlangsamt, Varnish und Ölschlamm wird vorgebeugt und bereits entstandene Ablagerungen werden entfernt.

Korrosion und poröse Dichtungen

Oxidationsreaktionen führen zur Bildung von Säuren, die das Öl angreifen und die chemische Struktur verändern. Je länger das Öl im Einsatz ist, je höher die Betriebstemperatur ist und je stärker das Öl verunreinigt ist, desto schneller steigt der Säuregehalt durch die Oxidation des Öls. Zusätzlich bilden die Abbauprodukte von Additiven, wie z. B. Metallsalze, die bei der Reaktion mit den Metalloberflächen entstehen, Säuren im Öl.

Folgen:

Korrosion und dadurch erhöhter Verschleiß durch Rostpartikel und scharfkantige Flächen
- Wasser im Öl intensiviert den Schweregrad der Säure-Korrosion
Schnell alternde, poröse Gummi-Dichtungen, die den Eintritt weiterer Verunreinigungen ermöglichen
Erhöhter Verbrauch von Additiven und somit häufige Ölwechsel, Nachfüllungen oder Nach-Additivierungen
Anstieg der Viskosität und Verlust der Schmierwirkung
Erhöhter Energieverbrauch durch höhere Reibung

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen effizient Oxidationsprodukte (Varnish, Ölschlamm, Säuren) sowie die katalytisch wirkenden Verunreinigungen (Partikel und Wasser). So wird nicht nur eine langanhaltend hohe Ölreinheit erzielt, sondern die Oxidation und die Bildung von Säuren verlangsamt.

Erhöhte Verschleiß

Oxidationsprodukte wie Ablagerungen und Säuren beeinträchtigen die Schmierfilmbildung, verursachen eine Geometrieveränderung sowie Korrosion, wodurch sowohl der direkte Metall-zu-Metall-Kontakt als auch abrasiver Verschleiß zunimmt.

Eintrag von Partikeln

Durch die Entstehung von Säuren im Zuge der Oxidation korrodieren Metalloberflächen im System. Scharfe Kanten entstehen und harte, höchste abrasive Rostpartikel gelangen in den Ölkreislauf. Treffen Partikel auf korrodierte Flächen, werden zusätzlich Partikel freigesetzt.
Außerdem greifen Säuren die Gummi-Dichtungen an, wodurch Undichtigkeiten entstehen und der Eintrag von festen, harten Partikeln aus der Umgebung ermöglicht wird.
Die Zirkulation von Partikeln im Ölkreislauf verursacht weitere Partikel, so dass sich eine Kettenreaktion des Verschleißes ergibt, die den Systemverschleiß beschleunigt.

Verschlechterung der Schmierfähigkeit

Oxidationsprodukte führen zu einem Anstieg der Viskosität und reduzieren die Schmierfähigkeit des Öls. Die Schmierung zwischen den beweglichen Bauteilen erfolgt nur noch ungenügend, da kein stabiler Schmierfilm aufgebaut werden kann. Es kommt vermehrt zum direkten Kontakt zwischen den metallischen Oberflächen, wodurch Reibung und Verschleiß zunehmen.

Ablagerungen

Die durch die Oxidation entstehenden harz- und lackähnlichen Ablagerungen bilden eine feste, klebrige Schicht auf den metallischen Oberflächen. Bleiben Partikel daran haften entsteht ein Schmirgeleffekt zwischen den beweglichen Bauteilen (höhere Oberflächenrauigkeit).
Die veränderte Schmierspaltgeometrie infolge der verringerten Spaltbreite führt zudem zu einer ungleichmäßigen Belastungsverteilung im Schmierspalt und zu punktuell erhöhtem Verschleiß.

Folgen:

Materialabtrag
Erhöhter Energieverbrauch durch höhere Reibung
Anstieg des Partikelgehalts und Ausdehnung des Verschleißes auf andere Bauteile
Veränderte Geometrien von Komponenten beeinträchtigen die Fluiddynamik

Lösung:

Anstieg der Viskosität, veränderte Schmierwirkung

Der Anstieg der Viskosität (Verdickung) ist eine Folge komplexer Prozesse der Ölalterung, welche die Zusammensetzung und Struktur des Öls verändern und zu einer zunehmenden Dickflüssigkeit führen.

Während der Oxidationsreaktionen entstehen polare Verbindungen, die dazu neigen miteinander zu reagieren und größere Moleküle zu bilden, wodurch die Konsistenz dicker wird. Auch die Zunahme der intermolekularen Wechselwirkungen erhöht die interne Reibung der Moleküle, wodurch sich die Moleküle zäher bewegen, was die Fließfähigkeit des Öls reduziert, und die Viskosität erhöht. Bei Ausfällung der Verbindungen bilden die ölunlöslichen Reaktionsprodukte zudem eine Suspension im Öl und tragen maßgeblich zu dem Anstieg der Viskosität bei.

Folgen:

Verschlechterte Schmierung
Erhöhter Reibung, Überhitzung
- Höhere Energieverbrauch
Erhöhter Verschleiß an Komponenten, Pumpen und Dichtungen
- Metall-zu-Metall-Kontakt, Pittings, Oberflächenermüdung
Reduzierte Wärmeabfuhr durch beeinträchtigte Ölzirkulation
Verringerte Effizienz durch langsamere Reaktionsgeschwindigkeit und geringer Präzision bei der Steuerung
Höhere Wartungs- und Betriebsmittelkosten sowie CO₂-Belastung

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen effizient Oxidationsprodukte (Varnish, Ölschlamm, Säuren) sowie Partikel und Wasser. So wird die Oxidation verlangsamt und dem Anstieg der Viskosität proaktiv vorgebeugt.

Frühzeitiger Verbrauch von Additiven und beschleunigte Ölalterung

Die Oxidation des Öls ist ein sich selbstverstärkender Prozess, bei dem sich die Oxidationsreaktionen weiter beschleunigen.

Im Zuge der Oxidationsreaktionen entstehen freie Radikale, die mit den Molekülen des Grundöls reagieren und Peroxide bilden. Peroxide sind instabil und setzen weitere Radikale frei. Dadurch entsteht eine Kettenreaktion, die exponentiell mehr oxidative Schäden verursacht.
Aber auch Säuren, Varnish, Schlamm und andere Oxidationsprodukte beschleunigen die oxidativen Prozesse. Beispielsweise entstehen während der Säure-Korrosion Metallionen (z. B. Cu und Fe), die als Katalysatoren die Oxidation fördern. Ablagerungen wiederum verengen Leitungen und behindern den Wärmeabtransport, wirken wie Isolatoren und senken die Kühlereffizienz, was die Temperatur erhöht, und die Oxidation beschleunigt. Auch die Oxidationsreaktionen selbst erzeugen Wärme, welche die Reaktionsgeschwindigkeit weiter antreibt.

Um die Oxidation zu hemmen, werden spezielle Additive eingesetzt. Werden jedoch keine Maßnahmen getroffen, die die Oxidation verlangsamen, werden diese frühzeitig verbraucht. Dazu zählen Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Detergentien und Säureneutralisatoren.

Folgen:

Frühzeitige und häufige Ölwechsel
Nachfüllungen oder Nach-Additivierungen
Hohe Ölkosten und verstärkte CO₂-Belastung (Herstellung/Entsorgung/Transport von Öl)

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen effizient Oxidationsprodukte, Partikel und Wasser, was die Oxidation verlangsamt und den Teufelskreislauf durchbricht. Eine frühzeitige Pflege des Öls ist entscheidend, um die maximale Gebrauchsdauer des Öls auszuschöpfen. Mit einer kontinuierlichen Pflege des Öls (24/7) kann aber auch bereits stark oxidiertes Öl zurückgewonnen bzw. rekonditioniert werden.

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So messen Sie die Oxidationsstabilität Ihre Öls

Da die Ölalterung mit eine der Hauptursachen für Maschinenausfälle ist, ist die Sensibilisierung hinsichtlich der Überwachung des Oxidationsrate und der Oxidationsstabilität essenziell, um die Varnishneigung sowie Restlebensdauer des Öls einschätzen und die Maschine zuverlässig schützen zu können. Werden bei der Routineinstandhaltung bereits Ablagerungen und Ölschlamm im Ölkreislauf festgestellt und hat sich das Öl bereits dunkler verfärbt und einen unangenehmen Geruch entwickelt, ist die Ölalterung bereits weit fortgeschritten. Folgende Oxidationstests zur Bewertung der Oxidationsstabilität sind die gängigsten, welche durch Tests hinsichtlich Verunreinigungen, Viskosität und Säure- bzw. Basengehalt (TAN/TBN) ergänzt werden sollten.

Membrane Patch Colorimetry, MPC-Test (ASTM D7843)

Die Membrane Patch Colorimetry gibt Aufschluss über das Potential des Öls Ablagerungen in Form von Varnish zu bilden (Varnishneigung).

Für den Test werden 50 ml des zu untersuchenden Öls und 50 ml filtriertes Heptan vermischt und unter Vakuum über die Test-Membran (Filterfeinheit: 0,45 µm) gezogen. Nach der Trocknung der Membran erfolgt die colorimetrische Auswertung. Dabei werden die Rückstände auf der Membran mittels Spektralsensor analysiert. Die Rückstände absorbieren oder reflektieren das Licht ganz oder teilweise. Die Unterschiede zwischen dem gesendeten und reflektierten Licht sowie die Farbintensität bei den jeweiligen Spektralbereichen erlauben die Kalkulation eines MPC-Index. Die Farbänderung ist zurückzuführen auf die zunehmende Menge an ölunlöslichen, weichen Verunreinigungen (Oxidationsprodukte), die wegen ihrer starken Polarität leicht harzähnliche Ablagerungen (Varnish) an ölbenetzten Komponenten bilden – insbesondere in kühleren Bereichen im Ölkreislauf, stehenden Bereichen oder engen Passagen.

Je höher der MPC-Index, desto dunkler ist die Farbe der Membran-Filter und desto größer ist das Potential des Öls Ablagerungen zu bilden.

Maßeinheit: dimensionsloser Index | Wertebereich: 0–100

Wichtig zu wissen:
Ein hoher Partikelgehalt beeinflusst die Farbe der Testmembran und somit auch den MPC-Index.

FT-Infrarot-Spektroskopie (DIN 51451–53, ASTM E2412)

Bei dieser Methode wird ein Infrarot-Spektrum der Ölprobe erstellt. Dabei wird ein breiter Infrarot-Wellenbereich an einer kleinen Ölmenge getestet. Die Molekülverbindungen im Öl absorbieren das Licht unterschiedlich stark, so dass eine Spektrallinie (Resonanzlinie) mit Peaks und Tälern entsteht. Jedes Öl besitzt seinen eigenen spektralen Fingerabdruck. Durch den Abgleich mit dem Spektrum des Frischöls (zwingend erforderlich) sind sofort Veränderungen des Grundöls, Additivabbau und Verunreinigungsarten detektierbar. Fallen ungewöhnliche Peaks in der Spektrallinie auf, sollten sie weiter untersucht werden.

Die Infrarot-Spektroskopie liefert Informationen über das Öl hinsichtlich:

Oxidation
Nitration
Sulfation
Additivverbrauch
Phenolische Antioxidantien
Additive, die nicht in das Original-Öl gehören (Ölvermischungen)
Wasser
Ruß
Glykol
Brennstoff-Verunreinigung
FAME-Gehalt

RPVOT (ASTM D2272)

Das Öl wird einem Stresstest unterzogen, der die Oxidationsbeständigkeit des Öls prüft, sprich wie lange das Öl unter kontrollierten Bedingungen oxidativen Belastungen standhält. Für die Berechnung der Restlebensdauer ist der Referenzwert der Frischölprobe zwingend erforderlich.

Für den Test wird ein Teil der Ölprobe in einen Druckbehälter aus Glas gefüllt. Anschließend werden Faktoren simuliert, die die Öloxidation fördern (metallischer Verschleiß, Sauerstoff, Druck, Hitze, Wasser, Turbulenzen). Der Druck im Behälter dient der Bemessungsgrundlage. Solange die Antioxidantien im Öl nicht aufgebraucht sind, verändert sich der Druck nicht. Das Grundöl ist vor Oxidationsprozessen geschützt. Sobald die Antioxidantien aufgebraucht sind, beginnt das Grundöl verstärkt mit dem Sauerstoff im Behälter zu reagieren. Der Druck im Behälter sinkt. Es wird die Zeit in Minuten gemessen, in der der Druck von 6 auf 1,7 bar fällt. Sehr oxidationsbeständige Frischöle besitzen einen RPVOT von 1.000—2.000 Minuten.

Maßeinheit: Zeit in Minuten

Beispiel für die Berechnung der Restlebensdauer
RPVOT des Frischöls = 600 Minuten
RPVOT nach 2 Jahren = 330 Minuten
Restlebensdauer des Öls, max. = 330/600 * 100 = 55 %

Allerdings findet ein Ölwechsel meist bei Erreichen eines vordefinierten kritischen Werts statt. Als Daumenregel gilt:

Warnwert: Frischöl minus 40—50 % ≘ 360—300 Minuten
Kritischer Wert: Frischöl minus 60—80 % ≘ 240—120 Minuten

RULER - Remaining Useful Life Evaluation Routine (ASTM D6971)

Schnelltest, der verwendet wird, um den Gehalt an Antioxidantien (aminische und phenolische) im Vergleich zu den Referenzwerten des Frischöls zu bestimmen und damit die verbleibende Nutzungsdauer des Öls abzuschätzen. Der Anwender erhält präzise Informationen über die Konzentration der verbliebenen Antioxidantien im Öl und ob eine Nach-Additivierung erfolgen sollte. Der Test gibt keine Auskunft über die gesamte restliche Oxidationsstabilität und sollte daher in Kombination mit anderen Oxidationstests erfolgen.

Der Test basiert auf einer elektrochemischen Methode bei der mittels Linear-Sweep-Voltammetrie (LSV) das Redoxverhalten der Antioxidantien gemessen wird. Eine Lösung des Öls wird auf ein Testgerät aufgebracht, das den Oxidationsschutz durch Stromfluss analysiert.

Maßeinheit: Prozentsatz der noch vorhandenen Antioxidantien im Vergleich zum Referenzwert des Frischöls.

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Ihre Lösung bei Ölalterung durch Oxidation: CJC® Fluidpflegesysteme

Ihr Öl weist eine hohe Oxidationsrate auf und Sie haben bereits Ablagerungen im Ölkreislauf? Ihr Öl oxidiert mit hoher Geschwindigkeit, wodurch Sie regelmäßig Öl und Komponenten wie Ventile, Kühler, Lager und Pumpen austauschen müssen? Dann sind CJC® Fluidpflegesysteme Ihre Lösung. Durch das kontinuierliche Entfernen von Oxidationsprodukten (Varnish, Harze, Ölschlamm, Säuren), Partikeln und Wasser verlangsamt unsere Filtertechnik Oxidationsreaktionen und bietet effizienten Schutz vor Ablagerungen, Verschleiß und Korrosion — schnell, einfach und kostenoptimal. Selbst stark oxidiertes Öl kann rekonditioniert werden. Je früher Sie mit der Fluidpflege beginnen, desto länger kann die Oxidationsstabilität erhalten bleiben.

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