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Was ist ein Schmiermittel?
Ein Schmierstoff ist ein aus Erdöl gewonnenes Produkt, das zur Kontrolle und Verringerung der Reibung und des Verschleißes beweglicher Maschinenteile (z. B. in Motoren und Turbinen) verwendet wird. Der Hauptzweck von Schmiermitteln ist, die Lebensdauer der Ausrüstung zu schützen und zu verlängern.
Diese Ziele werden auf folgende Weise erreicht:
Schmierung durch Reduzierung von Reibung und Verschleiß. Das Schmiermittel bildet einen Film zwischen den mechanisch beweglichen Teilen des Geräts. Dadurch wird der Metall-Metall-Kontakt und somit der Verschleiß reduziert.
Kühlung durch Funktion als Kühlkörper. Dadurch wird die Wärme von kritischen Geräteteilen abgeleitet, sodass Verformungen durch erhöhte Temperaturen verhindert werden.
Schutz durch Filmbildung. Dieser Film ist unempfindlich gegenüber Sauerstoff und korrosiven Substanzen und verhindert daher Metallschäden sowie Oxidation (Rost) und beugt somit auch Verschleiß vor.
Arten von Schmiermitteln
Schmierstoffe bestehen zum größten Teil aus Ölen, denen Additive und andere chemische Substanzen zugesetzt werden. Es gibt zwei gängige Schmierstofftypen, die sich nach der Herkunft des Öls unterscheiden:
1. Schmierstoffe auf Mineralölbasis (Abbildung 1a) sind der am häufigsten verwendete Typ.
Sie bestehen aus Erdölprodukten (Basisöl), denen synthetische Zusatzstoffe zugesetzt werden. Diese Schmiermittel werden in Anwendungen eingesetzt, in denen keine hohen Temperaturanforderungen. Typische Anwendungsgebiete für Schmierstoffe auf Mineralölbasis sind unter anderem Motoren, Hydraulik, Getriebe und Lager.
2. Schmierstoffe auf Basis synthetischer Öle (Abbildung 1b) sind künstlich hergestellte Ersatzstoffe für Mineralöle.
Sie sind seltener und teurer. Synthetische Öle werden speziell entwickelt, um Schmierstoffe herzustellen mit Überlegene Eigenschaften zu Mineralölen. Beispielsweise werden hitzebeständige synthetische Öle in Hochleistungsmaschinen verwendet, die bei hohen Temperaturen arbeiten.
In der nachfolgenden Tabelle sind verschiedene Schmierstofftypen mit Unterklassen aufgeführt.
Die physikalischen Eigenschaften eines Schmierstoffs (wie Viskosität und Dichte) hängen größtenteils vom Grundöl ab, während die Additive die chemischen Eigenschaften, beispielsweise die Säure- oder Basenzahl, feinabstimmen. Für jede Anwendung wird das Öl normalerweise so formuliert, dass es die vom Kunden geforderten physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweist. Daher gibt es verschiedene Ölsorten (Tabelle 1).
Tabelle 1. Verschiedene Schmieröltypen.
Schmierstofftyp |
Unterklassen |
Autoöl |
Motoröl Getriebeöl Getriebeflüssigkeiten |
Industrieöl |
Hydraulisches Öl Turbinenöl |
| Fette | |
Metallbearbeitungsflüssigkeiten |
Umformflüssigkeiten Schneidflüssigkeiten |
Nahinfrarotspektroskopie – ein ASTM-konformes Werkzeug zur Beurteilung der Qualität von Schmierstoffen
Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist seit mehr als 30 Jahren eine etablierte Methode zur schnellen und zuverlässigen Qualitätskontrolle in der petrochemischen Industrie. Allerdings denken viele Unternehmen noch immer nicht konsequent über die Implementierung von NIRS in ihren QA/QC-Laboren nach. Gründe hierfür können einerseits mangelnde Erfahrungen hinsichtlich der Anwendungsmöglichkeiten sein, andererseits aber auch eine generelle Zurückhaltung bei der Implementierung neuer Methoden.
Der Einsatz von NIRS bietet gegenüber anderen herkömmlichen Analysetechnologien mehrere Vorteile. Zum einen kann NIRS mehrere Parameter in nur 30 Sekunden messen, ohne dass eine Probenvorbereitung erforderlich ist! Die von NIRS genutzte nicht-invasive Licht-Materie-Wechselwirkung, die sowohl von physikalischen als auch chemischen Probeneigenschaften beeinflusst wird, macht es zu einer hervorragenden Methode zur Bestimmung beider Eigenschaftsarten.
Im weiteren Verlauf dieses Beitrags werden verfügbare Lösungen für Schmierstoffe diskutiert, die gemäß den NIRS-Umsetzungsrichtlinien von entwickelt wurden. ASTM E1655 (Methodenentwicklung), ASTM D6122 (Methodenvalidierung) und ASTM D8340 (Validierung der Ergebnisse).
Lesen Sie unsere vorherigen Blogbeiträge, um mehr über NIRS als sekundäre Technik zu erfahren.
Vorteile der NIR-Spektroskopie: Teil 1
Vorteile der NIR-Spektroskopie: Teil 2
Anwendungen und Parameter für die Schmierstoffanalyse mit NIRS
Die wichtigste NIRS-Anwendung für Schmierstoffe besteht in der einfachen Überwachung des Ölzustands, d. h. in der Überprüfung, ob die Ölqualität noch für die ordnungsgemäße Schmierung der Geräte geeignet ist. Durch die Reduzierung unnötiger Ölwechsel lassen sich erhebliche Kosten einsparen. Andererseits kann ein zu seltener Ölwechsel zu möglichen Schäden am Gerät führen und kostspielige Reparaturen nach sich ziehen. Daher ist die Optimierung der Schmierölnutzung sehr wichtig.
Die folgenden Parameter können zwischen NIRS und den Werten einer Primärmethode korreliert werden: kinematische Viskosität, Viskositätsindex, Farbe, Dichte, Wassergehalt, TAN (Gesamtsäurezahl), Und TBN (Gesamtbasenzahl). Anhand einer großen Anzahl von Proben verschiedener Unternehmen wurde gearbeitet, um funktionierende NIRS-Modelle dieser Parameter zu entwickeln, darunter Hydrauliköl, Getriebeöl und andere. In einigen Fällen war nicht klar, für welche Anwendung das Schmiermittel verwendet wurde, sodass die genaue Identität des Öls unbekannt war.
Die wichtigsten Anwendungshinweise zur NIRS-Analyse von Schmierstoffen finden Sie weiter unten in Tabelle 2.
| Parameter | Referenzmethode | Norm | NIRS-Anwendungshinweise | Vorteile von NIRS |
|---|---|---|---|---|
| Säurezahl | Titration | ASTM D664 |
|
Alle Parameter werden innerhalb einer Minute gleichzeitig gemessen, ohne dass eine Probenvorbereitung oder chemische Reagenzien erforderlich sind. |
| Kinematische Viskosität bei 40 °C | Viskosimeter | ASTM D445 | ||
| Kinematische Viskosität bei 100 °C |
Viskosimeter | ASTM D445 | ||
| Viskositätsindex | Berechnung | ASTM D2270 | ||
| Farbnummer | Kolorimeter | ASTM D1500 | ||
| Feuchtigkeitsgehalt | Karl-Fischer-Titration | ASTM D6304 | ||
| Basisnummer |
Titration |
ASTM D2896 | ||
| Dichte | Dichtemessgerät | ASTM D4052 |
Lösungen durch Startermodelle – Qualitätskontrolle von Schmierstoffen beschleunigen und vereinfachen
Schmierstoffe sorgen dafür, dass unser modernes Leben reibungslos läuft. Während des Einsatzes muss das Öl überwacht werden, um zu prüfen, ob die Qualität noch ausreicht oder ob ein Austausch erforderlich ist.
Die hier erhaltenen Daten zeigen, dass Schmierstoffe variieren je nach Anwendung und Lieferant. Dies bedeutet, dass für die einzelnen Öltypen und -untertypen noch immer nicht genügend Informationen vorliegen, um ein Modell zu erstellen, das robust genug für die Umwandlung in eine Vorkalibrierung ist. Stellt jedoch ein Partner die Proben zur Verfügung, Machbarkeitsstudie kann schnell angezeigt werden, ob die NIR-Spektren mit den primären Methodenwerten korreliert werden können.
Normalerweise werden mehrere wichtige Parameter wie Säure- und Basenzahlen (AN und BN), Viskosität, Feuchtigkeitsgehalt, Farbe und Dichte im Labor mithilfe verschiedener chemischer und physikalischer Methoden bestimmt. Diese Methoden verursachen nicht nur hohe laufende Kosten, ihre Durchführung ist auch recht zeitaufwändig.
NIRS hingegen erfordert weder Chemikalien noch Probenvorbereitung und liefert Ergebnisse in weniger als einer Minute. Diese spektroskopische Technik ist auch für Nicht-Chemiker einfach genug, um angewendet zu werden. Darüber hinaus können mehrere chemische und physikalische Parameter gleichzeitig bestimmt werden. Die kombinierten Vorteile dieser Technologie machen NIRS zum ideale Lösung für viele tägliche QA/QC-Messungen oder Ad-hoc-Atline-Analyse.
Anwendungsbeispiel: Einsteigermodell für Schmierstoffe mit dem NIRS DS2500 Liquid Analyzer
Zur Schmierstoffanalyse ist die Bestimmung der Säurezahl (ASTM D664), Viskosität (ASTM D445), Feuchtigkeitsgehalt (ASTM D6304) und Farbnummer (ASTM D1500) erfordern den Einsatz mehrerer Analysetechnologien und teilweise großer Mengen an Chemikalien. Es kann daher recht lange dauern und kostenintensiv sein, bis ein Ergebnis vorliegt.
In diesem Beispiel wurden verschiedene Schmierstoffproben mit einem Metrohm NIRS DS2500 Flüssigkeitsanalysator im Transmissionsmodus über den gesamten Wellenlängenbereich (400–2500 nm). Die eingebaute temperaturgeregelte Probenkammer wurde auf 40 °C eingestellt, um eine stabile Probenumgebung zu gewährleisten. Aus praktischen Gründen wurden Einwegfläschchen mit einer Schichtdicke von 8 mm verwendet, wodurch ein Reinigungsvorgang unnötig wurde.
Erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten der petrochemischen Analyse mit Metrohm NIRS DS2500 Analysatoren in unserem kostenlose Broschüre unten.
DS2500 Analyzer – Effizienzsteigerung im QC-Labor mit Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)
Die erhaltenen Vis-NIR-Spektren (Figur 2) wurden zur Erstellung von Vorhersagemodellen für die Ermittlung wichtiger Schmierstoffparameter (wie z. B. Tabelle 2). Die Qualität der Vorhersagemodelle wurde anhand von Korrelationsdiagrammen bewertet, die die Korrelation zwischen der Vis-NIR-Vorhersage und den primären Methodenwerten darstellen. Die jeweiligen Gütezahlen (FOM) geben die zu erwartende Genauigkeit einer Vorhersage bei Routineanalysen wieder (Figur 3).
Diese Lösung zeigt, dass sich die NIR-Spektroskopie hervorragend für die Analyse mehrerer Parameter in Schmierstoffen in weniger als einer Minute eignet, ohne Probenvorbereitung oder Verwendung chemischer Reagenzien.
Falls eine große Probenserie analysiert werden muss, besteht auch die Möglichkeit, Schmierstoffproben vollautomatisch zu messen, wie in unserer kostenlosen Anwendungsnotiz unten beschrieben.
Hier wurden die Proben im Transmissionsmodus über den gesamten Wellenlängenbereich (400–2500 nm) gemessen. NIRS XDS RapidLiquid Analyzer in Kombination mit einem 815 Robotic USB Sample Processor, der insgesamt 141 Proben transportieren kann (Figur 4).
Zusammenfassung
Die Nahinfrarotspektroskopie eignet sich sehr gut zur Schmierstoffanalyse. Verfügbare Startermodelle werden gemäß den ASTM-Richtlinien entwickelt und validiert. Positive Aspekte der Verwendung von NIRS als alternative Technologie zu Primärmethoden sind die kurze Zeit bis zum Ergebnis (weniger als eine Minute), keine Chemikalien oder andere teure Geräte erforderlich, Und Einfach zu bedienen sodass auch Schichtarbeiter und Nicht-Chemiker diese Analysen sicher durchführen können.
Weitere Teile dieser Serie
Dieser Blogartikel widmete sich dem Thema Schmierstoffe und wie die NIR-Spektroskopie als ideales QC-Tool für die Petrochemie-/Raffinerieindustrie eingesetzt werden kann. Andere Teile sind gewidmet:
