Wissen, wann der Schmierstoff ausgetauscht werden muss

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Klüber Lubrication München SE & Co KG

Nach Überbeanspruchung ist Ausfallursache nicht mehr erfassbar

Für das von Klüber Lubrication entwickelte Verfahren zur Prognose der Schmierstoff-Gebrauchsdauer wurden die Ergebnisse aus den üblichen Tests im Wälzlager-Prüfgerät FE9 relativiert, die den Schmierstoff gezielt im Grenzbereich belasten. Fällt ein Fett im FE9-Prüfgerät aus, ist der Schmierstoffzustand aufgrund der starken, bewusst in Kauf genommenen Überbeanspruchung analytisch nicht mehr erfassbar. Dann kann nicht mehr festgestellt werden, welche Komponente des Schmierstoffes die Ursache für das Ende der Schmierstoff-Gebrauchsdauer war. Um diese Frage zu klären, wurden FE9-Prüfungen bei einer praxisrelevanten Temperatur von 120 °C durchgeführt, nach festgelegten Zeitspannen beendet (25 bis 300 Stunden) und die Schmierstoffe anschließend analysiert.

Klüber setzte den Resultaten aus der FE9 eigene Analyseergebnisse gegenüber, die mithilfe von Infrarotspektroskopie und Plasmaspektroskopie ermittelten worden waren. Als weiterer Bezugspunkt für die ermittelten Werte dienten zwei aus der Praxis stammende Lager ohne Auffälligkeiten mit 70.000 km und mit 363.000 km Laufleistung. Ziel war es, eine Korrelation zwischen Prüfung und Anwendung zu finden, um direkt Prüfung mit Praxis vergleichen zu können (Bild 3).

Die Analyse der gebrauchten Fette zeigte, dass im betrachteten Zeitraum von 300 h FE9-Laufzeit bei 120 °C, oder nach 363.000 km Laufleistung, keine signifikante Alterung von Grundöl und Verdicker des Fettes aufgetreten war. Die Veränderungen beschränkten sich auf die Additive.

Der Ausfall der Antioxidantien ist entscheidend

Der Versagensprozess eines Schmierfettes ist ein sehr komplexer Vorgang aus physikalischen und chemischen Prozessen, die nur schwer separat zu betrachten sind. Eine wichtige Rolle spielt zweifellos der Gehalt an Antioxidantien. Bei erhöhten Temperaturen und in Gegenwart von Sauerstoff kommt es zu einer radikalinduzierten Oxidation des Schmiermittels, bei der sich Säuren und schließlich ölunlösliche Polymerisate bilden, die zum Versagen des Schmierstoffes beitragen. Der Antioxidant kann diese Reaktion unterbrechen, geht dabei jedoch eine chemische Verbindung ein, die keine antioxidativen Eigenschaften mehr besitzt. Mit laufender Betriebszeit nimmt also der Gehalt an Antioxidant ab und die Oxidation des Schmierstoffes zu.

Bei der Entwicklung des erwähnten Verfahrens wurde der Gehalt an Antioxidantien der FE9-Schmierstoffproben und der Praxisproben mittels Massenspektroskopie bestimmt. Die Analysewerte der unterschiedlichen Schmierstoffproben (aus der Praxis, aus dem FE9-Prüfgerät bei 120 und 180 °C) wurden verglichen. Daraus wird klar, dass der Abbau der Antioxidantien deutlich von der Prüftemperatur abhängt (Bild 4). Bei 180 °C war er bereits nach etwa 80 h abreagiert und nahe null. Anschließend ist das Grundöl dem Oxidationsprozess schutzlos ausgeliefert. Der Versuch erstreckte sich noch über weitere 100 h, bis das Lager ausfiel.

Im Gegensatz dazu war der Abbau bei anwendungsnahen 120 °C stark verzögert. Hier zeigte sich deutlich das höhere Laufzeitpotenzial bei geringerer Temperatur. Allerdings ist zu beachten, dass bei 180 °C nicht nur Oxidationsprozesse zum Versagen des Schmierstoffes beitragen, sondern auch bereits eine thermische Zerstörung des Grundöls, des Verdickers und der Additive stattfindet. Dadurch können sich die Ausfallmechanismen im Vergleich zur Praxisanwendung bei deutlich tieferen Temperaturen so stark verändern, dass eine Korrelation zur Praxis unmöglich wird. Auffällig ist, dass die Messwerte beim Antioxidantien beim 120-°C-Versuch und in der Anwendung vergleichbar sind. Offensichtlich korrelieren hier Versuch und Praxis.

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