Wie Säuren im Öl entstehen, wie Sie die Säuregehalt messen und wie Sie Ihr Öl vor einem schnellen Anstieg Säuregehalt schützen

Säuren im Öl? CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren die Säurezahl im Öl

Wie Säuren im Öl entstehen, wie Sie die Säurezahl messen und wie Sie Ihr Öl vor einem schnellen Anstieg Säuregehalt schützen

Säuren im Öl? CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren die Säurezahl im Öl

Säuren im Öl: So steigt die Säurezahl im Öl

Sowohl Mineralöle als auch synthetische Öle besitzen, bis auf wenige Ausnahmen, einen pH-Wert von 7 und sind damit neutral. Im Frischöl und während der Lagerung können aber bereits aktive Verschleiß- und Korrosionsschutzadditive zu einem Anstieg der Säurezahl und einem Absinken des pH-Werts führen. Diese Additive enthalten Schwefel, Phosphor oder Carbonsäure, die bei der Messung der Säurezahl mit der Base (KOH) reagieren und so die Säurezahl erhöhen. Solange die Werte innerhalb der spezifizierten Grenze liegen, ist diese Veränderung nicht problematisch.

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Ist das Öl erst einmal im Einsatz, steigt die Säurezahl kontinuierlich. Die Ursachen sind vor allem Oxidationsreaktionen, Abbauprodukte von Additiven (z. B. Metallsalze), thermische Belastung und Cracking sowie Verunreinigungen mit Wasser, Schmutz und Mikroorganismen.

Besonderheiten bei Motorölen

Während der Kraftstoff-Verbrennung entstehen aggressive Säuren, die mit den Blow-By-Gasen in das Motoröl gelangen und innerhalb kürzester Zeit zu einem starken Anstieg des Säuregehalts führen. Um diesen Prozess entgegenzuwirken, besitzen Motoröl einen hohen Gehalt an basisch wirkenden Additiven.

Besonderheiten bei Ester

Bei Esterölen steigt der Säuregehalt vor allem durch Hydrolyse. Hohe Betriebstemperaturen und Wasser spalten die Moleküle in ihre ursprünglichen Bestandteile, den Alkohol- und Säure-Anteil, auf. Mit fortschreitender Hydrolyse beschleunigt sich der weitere Zerfall des Esters und der Anstieg der Säurezahl exponentiell.

Egal, ob Mineralöl oder synthetisches Fluid — ein effizientes Ölpflegesystem, das Verunreinigungen und Säuren entfernt und deren Entstehung verhindert, ist essentiell. Es sorgt dafür, dass die Säurezahl langanhaltend stabil bleibt und verlängert die Lebensdauer von Schmierstoffen und Maschinenkomponenten.

Folgen und Schäden infolge von Säuren im Öl

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Säuren fördern die Oxidation des Grundöls, wodurch Polymere und andere Verbindungen entstehen, die aufgrund Ihrer Molekülgröße die Viskosität erhöhen. Fällen diese weichen Verunreinigungen aufgrund erhöhter Konzentration und Verlust der Löslichkeit aus dem Öl aus agglomerieren sie zu größeren Anhäufungen. Säuren beschleunigen die Agglomeration, so dass vermehrt Ölschlamm und harzähnliche Rückstände entstehen, die die Fließgeschwindigkeit des Öls weiter verlangsamen.
Im Zuge des Additivabbaus entstehen zudem Metallsalze und andere Abbauprodukte, die durch die fortgeführten chemischen Reaktionen wiederum Säuren freisetzen – insbesondere bei Anwesenheit von Wasser – und Oxidation, Säurebildung und den Anstieg der Viskosität weiter antreiben.

Ein moderater Anstieg der Viskosität ist zunächst weniger problematisch. Ein exzessiver Viskositätsanstieg jedoch verschlechtert den Ölfluss und es kann zu einem Abreißen des Schmierfilms kommen.

Besonderheit bei Estern:

Bei Esterölen führt der Zerfall durch Hydrolyse zu kleineren Molekülen und die Viskosität sinkt. Die Schmierfilmstärke wird nicht mehr erreicht.

Folgen:

  • Verschlechterte Schmierung
  • Erhöhter Reibung, Überhitzung
    • Höhere Energieverbrauch
  • Verschleiß infolge von Metall-zu-Metall-Kontakt
  • Reduzierte Wärmeabfuhr durch beeinträchtigte Ölzirkulation
  • Beschleunigte Öloxidation und Bildung von Ablagerungen
  • Verkürzte Lebensdauer von Öl und Komponenten
    • Ressourcenverschwendung
    • Erhöhte CO2-Bilanz

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren effizient Säuren sowie Oxidationsprodukte, Ablagerungen, Partikel und Wasser. Sie verlangsamen so die Öloxidation und beugen der Bildung von Säuren sowie dem Anstieg der Viskosität proaktiv vor.

Säuren greifen Metalloberflächen an und führen zu deren allmählicher Zersetzung und zur Bildung von korrosiv wirkenden Salzen wie z. B. Eisenchlorid. Befindet sich gleichzeitig Wasser im Öl werden Säuren extrem reaktionsfreudig, was die Säurekorrosion weiter intensiviert. Allgemein ist die Korrosivität von anorganischen Säuren gegenüber organischen Säuren höher. Anorganische Säuren wie z. B. Schwefel- und Salpetersäure entstehen durch die Kontamination des Öls mit Abbauprodukten aus Verbrennungs- und Reaktionsprozessen, wobei organische Säuren im Laufe der Öloxidation durch Zersetzung des Grundöls und Additivabbaus entstehen.

Insbesondere Metalle wie Eisen, Kupfer, Aluminium und deren Legierungen sind anfällig für Säurekorrosion, bei erhöhter Säure-Konzentration können aber auch Edelstähle und andere beschichtete Metalle korrodieren.

Hohe Temperaturen, Oxidationsreaktionen, Additivabbau und die steigende Säure-Konzentration bewirken, dass diese Prozesse immer schneller ablaufen und die Korrosion immer schneller fortschreitet.

Folgen: 

  • Oberflächenschäden, Lochfraß und Materialabtrag
  • Erhöhter Verschleiß durch Rostpartikel und scharfkantige Flächen
  • Erhöhter Verbrauch von Additiven und somit häufige Ölwechsel, Nachfüllungen oder Nach-Additivierungen
    • Ressourcenverschwendung
    • Erhöhte CO2-Bilanz

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren effizient Säuren sowie Oxidationsprodukte, Ablagerungen, Partikel und Wasser. Sie verlangsamen so die Öloxidation und beugen der Bildung von Säuren sowie Säure-Korrosion proaktiv vor.

Säuren im Öl greifen Gummi-Dichtungen an und führen zu einer Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Gummis, wodurch diese spröde und porös werden, an Festigkeit und Elastizität verlieren oder aufquellen.

Gummi besteht aus langkettigen Polymeren, die oxidieren und hydrolysieren, wenn sich Säuren im Öl befinden. Säuren können auch den Abstand zwischen den Polymerketten erhöhen, wodurch es zum Aufquellen der Gummi-Dichtung kommt. Selbst vulkanisierte, stabilere Gummi-Dichtungen können von aggressiven, anorganischen Säuren wie z. B. Schwefel- und Salpetersäure zersetzt werden, da sie die Schwefelbrücken zerstören:

  • Naturkautschuk: stark anfällig für Säuren im Öl
  • Nitrilkautschuk (NBR): geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Säuren im Öl
  • Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM): gute Beständigkeit gegen oxidierende Säuren (Vorstufe der organischen Säuren), aber empfindlicher gegenüber einer hohen Konzentration an organischen Säuren
  • Fluorkautschuk (FKM, z. B. Viton): sehr resistent gegen Säuren im Öl, aber bei zu langem Kontakt kommt es auch hier zu Schäden an der Gummi-Dichtung

Säuren können zudem die im Gummi enthaltenen Weichmacher herauslösen oder chemisch verändern, so dass dieser anfälliger für Risse wird. Durch den Abbau von Antioxidantien im Zuge der Öloxidation sinkt gleichzeitig der Schutz vor chemischen Einflüssen und die Gummi-Dichtungen altern schneller.

Folgen: 

  • Gummi-Dichtungen verlieren Ihre Dichtigkeit und mechanische Stabilität
  • Verlust von Schmierstoffen
    • Reduzierte Schmierung von beweglichen Komponenten und erhöhter Verschleiß
    • Überhitzung durch mangelnde Wärmeabfuhr
    • Umweltschäden bei Outdoor-Installationen
    • Gefährdung der Arbeitssicherheit
  • Eindringen von Verunreinigungen wie Staub, Schmutz und Wasser aus der Umgebung
    • Erhöhter Verschleiß
  • Druckverlusten bei hydraulischen Anwendungen
    • Erhöhter Energieverbrauch durch Ausgleich des Druckverlustes (Pumpen, Kompressoren)
  • Erhöhter Wartungs- und Reparaturaufwand
  • Maschinen- und Produktionsausfälle
  • Verkürzte Lebensdauer von Maschinenkomponenten

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren effizient Säuren sowie Oxidationsprodukte, Ablagerungen, Partikel und Wasser. Sie verlangsamen so die Öloxidation und beugen der Bildung von organischen Säuren sowie Schäden an den Gummi-Dichtungen proaktiv vor.

Säuren im Öl führen zu erhöhtem Verschleiß, da sie die chemischen, physikalischen und mechanischen Prozesse innerhalb der Maschine beeinträchtigen.

Die durch Säuren hervorgerufene Säure-Korrosion greift Oberflächen an. Die entstehenden rauen Stellen und Gruben erhöhen den Reibungskoeffizienten und damit den Verschleiß. Infolge des beschleunigten Additivabbaus — Säuren im Öl reagieren mit Verschleiß- und Korrosionsschutzadditiven sowie Antioxidantien — verliert das Öl gleichzeitig seine Schutzfunktion gegen Verschleiß.
Auch beschleunigen Säuren die Zersetzung des Grundöls, wodurch es vermehrt zur Bildung von Ablagerungen auf den Metalloberflächen von z.B. Ventilen, Lager und Pumpen kommt und zu einem schnelleren Anstieg der Viskosität. Dadurch wird der Schmierfilm beeinträchtigt und es kann zu direkt Metall-Metall-Kontakt kommen.

Folgen: 

  • Abrasion, Adhäsion, Mikrorisse und Pittings durch gestörten Schmierfilm und Korrosion
  • Verminderte Standzeit des Öls und der ölgeschmierten Komponenten
  • Häufige Wartungen und Reparaturen
  • Erhöhte Betriebskosten
  • Stillstandszeiten und Produktionseinbußen

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren effizient Säuren sowie Oxidationsprodukte, Ablagerungen, Partikel und Wasser. Sie verlangsamen so die Öloxidation und beugen der Bildung von organischen Säuren sowie Schäden durch Verschleiß proaktiv vor.

Säuren im Öl beschleunigen den Abbau von Additiven sowie die Öloxidation erheblich (selbstverstärkender Prozess).

Insbesondere oxidierende und organische Säuren, die als Abbauprodukt der Öloxidation entstehen, reagieren mit den Additiven und neutralisieren oder deaktivieren diese. Dazu zählen Korrosions- und Verschleißschutzadditive sowie Antioxidantien. Durch den Verlust von Antioxidantien, die verhindern sollen, dass das Öl oxidiert, nimmt die Geschwindigkeit der Öloxidation immer weiter zu.

Gleichzeitig fördern Säuren im Öl die chemische und thermische Instabilität des Öls, wodurch die weitere Zersetzung des Öls schneller voranschreitet und die Bildung weiterer Säuren und damit der Anstieg der Säurezahl gefördert wird.

Folgen:

  • Verlust der Schmierstoffeigenschaften
    • Verlust des Schutzes vor Verschleiß, Korrosion und Oxidation
    • Anstieg der Viskosität
    • Verringerte Schmierfähigkeit
  • Verkürzte Lebensdauer des Öls
    • Häufigere Ölwechsel, Nachfüllungen oder Nach-Additivierungen
    • Hohe Ölkosten und verstärkte CO2-Belastung (Herstellung/Entsorgung/Transport von Öl)
  • Reduzierte Lebensdauer von Maschinenkomponenten
    • Erhöhter Wartungs- und Reparaturaufwand
    • Höhere Betriebskosten

Lösung:

CJC® Fluidpflegesysteme entfernen und neutralisieren effizient Säuren sowie Oxidationsprodukte, Ablagerungen, Partikel und Wasser. Sie verlangsamen so die Öloxidation und beugen der Bildung von organischen Säuren sowie Schäden am Schmierstoff und den Maschinenkomponenten proaktiv vor.

So messen Sie die Säurezahl bzw. Basenzahl im Öl

Die Säurezahl steigt bereits während der Lagerzeit infolge von Oxidationsreaktionen stetig an. Daher sollte das Frischöl vor der Befüllung in die Maschine hinsichtlich Säurezahl und Basenzahl untersucht werden, aber auch um Referenzwerte für die Bewertung von Trendverläufen heran ziehen zu können. Schmierstoffe, Hydraulik- und Motoröle, die zu einem schnellen Anstieg der Säurezahl neigen, sollten regelmäßig hinsichtlich Säurezahl und Additivpaket untersucht werden.

Trendverlauf der Säure-Reduktion nach Installation eines CJC® Fluidpflegesystems

Reduktion von Säuren im Öl, trendverlauf

Der Neutralisationstest erfolgt mittels Titration. Das Öl wird mit einem Lösemittel vermischt und in ein Reagenzglas gefüllt. Der Titrant wird über eine Bürette dem Öl-Lösemittel-Gemisch hinzugegeben. Mittels Elektroden, mit denen die Leitfähigkeit des Öls getestet wird, oder mittels Farbänderung wird die Säurezahl bzw. Basenzahl bestimmt. Bei dunklem Öl ist die Messung mittels Elektroden zuverlässiger, da Farbänderungen schlecht sichtbar sind.

Sowohl bei der Bestimmung der Säurezahl als auch bei der Basenzahl ist es extrem wichtig, den Referenzwerte des Frischöls zu kennen, um auf dessen Basis die Säurezahl bzw. Basenzahl bewerten zu können.

Zur Bestimmung der Säurezahl (TAN) bzw. Neutralisationszahl (NZ) wird als Titrant Kalium-Hydroxid (KOH) als Base verwendet. Die Säurezahl entspricht der erforderlichen Menge an Kalium-Hydroxid, die erforderlich ist, um die in 1 Gramm Öl enthaltenen freien Säuren zu neutralisieren bzw. zu binden. Eine Säurezahl benötigt eine Basenzahl, um neutralisiert zu werden. Je höher die Säurezahl im Vergleich zum Frischöl ist, desto höher ist der Säuregehalt im Öl.

Maßeinheit: mg KOH pro Gramm

Richtwerte für Standardöle

TAN in Frischöl: 0 bis 0,6 mg KOH/g

  • Warnung: TAN in Frischöl plus 0,2 mg KOH/g
  • Kritisch: TAN in Frischöl plus 1,0 mg KOH/g

Zur Bestimmung der Basenzahl (TBN) wird als Titrant Hydrochloridsäure (ASTM D4739) oder Perchlorsäure (ASTM D2896) hinzugegeben, bis das Öl-Lösemittelgemisch neutral ist. Die Basenzahl entspricht der Menge an Kalium-Hydroxid, die erforderlich ist, um dem Neutralisationsvermögen der in 1 g Öl enthaltenen alkalisch wirkenden Additive zu entsprechen. Je niedriger die Basenzahl im Vergleich zum Frischöl ist, desto höher ist der Säuregehalt im Öl

Maßeinheit: mg KOH pro Gramm

Typische Anwendung: Motoröle
Die öleigene Alkalinität neutralisiert die aggressiven Säuren aus dem Verbrennungsprozess. Um den Gehalt der säureneutralisierenden Additive zu prüfen, wird zusätzlich zur Säurezahl die Basenzahl ermittelt.

Richtwerte für Standardöle

  • Warnung: TBN in Frischöl minus 50 %
  • Kritisch: abhängig von der Testmethode
    • bei ASTM D4739: TBN in Frischöl minus 80%
    • bei ASTM D2896. TBN in Frischöl minus 65 %

Ihre Lösung bei Säuren im Öl: CJC® Fluidpflegesysteme

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