Elektrostatische Ölreinigung - Friess

Elektrostatische Ölreinigung
© Michael Friess, FRIESS GmbH
1.)
2.)
3.)
Verunreinigungen im Öl
1.1
Verschiedene Arten von Verschmutzung
1.2
Wie gelangt der Schmutz in das Öl?
1.3
Methoden zur Ölanalyse
Auswirkungen von Verunreinigungen im Öl
2.1
Oxydation im Öl
2.2
Verschleißmechanismus
Technologien zur Ölpflege
3.1
Filtration
3.1.1. Hauptstromfiltration
3.1.2. Nebenstromfiltration
3.2
Elektrostatische Ölreinigung
3.2.1. Verfahrensprinzip
3.2.2. Anwendung und Resultate
4.)
Zusammenfassung
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1.
Verunreinigungen im Öl
Im Öl finden sich die unterschiedlichsten Arten von Verschmutzungen.
Feste Verunreinigungen
Metallpartikel
Dichtungsabrieb
Staub
Graphit
1.2
Flüssige
Verunreinigungen
Metallpartikel
Verharzungen
Oxydationsprodukte aus
dem Öl
Emulsion
Wie gelangt der Schmutz in das Öl ?
Grundsätzlich ist ein Hydraulikölkreislauf oder Schmierölkreislauf zunächst einmal ein
geschlossenes System. Theoretisch dürften daher keinerlei Verschmutzungen in das Öl von
außen eindringen. In der Praxis gibt es jedoch viele Möglichkeiten, wie Schmutz in das Öl
gelangen kann.
1. Neues Öl
Bereits neues Öl ist häufig so stark mit Schmutzpartikeln verunreinigt, dass es für ein
Hydrauliksystem in ungereinigter Form nicht zulässig ist. Bei der Herstellung und Destillation
des Grundöles ist dieses zwar nahezu partikelfrei; beim Abfüllen der Öle in Lagertanks,
Fässer usw. gelangen jedoch immer wieder Feststoffpartikel in das Öl. Dadurch ist das
Neuöl, das in eine Maschine eingefüllt wird, häufig stärker verschmutzt als für den Betrieb
der Maschine zulässig.
2. Bei der Herstellung und Endmontage des Hydraulik- oder Schmierölsystems gelangen
Schmutzpartikel, Späne und Staub in das System. Trotz Reinigung und größter Sorgfalt bei
der Endmontage und Spülung des Systems bei der Inbetriebnahme kann nicht vermieden
werden, dass sich bereits Partikel im System befinden.
3. Der Einfüllstutzen ist i.d.R. mit Lüftungsfiltern ausgestattet. Bei stark schwankendem
Pegel werden große Mengen Luft durch das Belüftungsfilter in den Tank gesaugt und wieder
hinausgedrückt. Dabei gelangen Schwebstoffe und Staub aus der Luft in das Öl.
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4. An undichten Lagern oder Hydraulikzylindern kann es zum Austritt von geringen Mengen
Öl kommen. Je nach Bewegungsablauf gelangt ein sehr geringer Teil dieses ausgetretenen
Öls wieder zurück in den Kreislauf. Schmutz und Staub aus der Umgebung werden mit dem
Öl zurück in den Kreislauf transportiert.
5. Beim Wechsel von Anschlussschläuchen oder Reparaturen können immer wieder
Schmutzpartikel und Verunreinigungen in das System gelangen.
6. Durch Erosion im System werden einzelne Partikel abgetragen und verbleiben im System.
7. Durch Abrieb in Pumpen, Ventilen, Zylindern und Lagern bilden sich neue Schmutzpartikel
im Öl.
Es gibt also eine Reihe von Quellen für Verunreinigungen im Öl.
1.3
Methoden zur Ölanalyse
Grundsätzlich gibt es zwei Methoden zur Überprüfung von Ölen auf Verunreinigungen.
1. Partikelzählung
2. Membrananalyse
1. Partikelzählung - Partikelanalyse nach NAS 1638 oder ISO 4406
Mit einem automatischen Partikelzähler wird die Anzahl der Schmutzpartikel in einer Ölprobe
ermittelt. Vereinfacht gesagt besteht ein Partikelzähler aus einer Lichtquelle und einer
lichtempfindlichen Photozelle. Wenn das Öl mit Schmutzpartikeln zwischen der Lichtquelle
und der Photozelle durchfließt, verursachen die einzelnen Schmutzpartikel aufgrund des
Schattens auf der Fotozelle eine Änderung in der Spannung an der Fotozelle, die
messtechnisch ausgewertet werden kann. Als Ergebnis wird die Anzahl der Partikel pro 100
ml Öl angegeben. Die Partikel werden in Größenklassen analog folgender Tabelle eingeteilt.
Für jede Größenklasse getrennt wird die Zahl der Partikel ermittelt und gem. der Tabelle
einer
Reinheitsklasse
zugeordnet.
Die
für
die
Zählung
insgesamt
schlechteste
Reinheitsklasse wird als Gesamtreinheitsklasse für das Öl angegeben. Diese Partikelzählung
kann sowohl in einem Labor als auch mit portablen Partikelzählgeräten vor Ort ausgeführt
werden. Die Kosten für ein Messgerät liegen in der Größenordnung 8.000 – 10.000 €.
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Reinheitsklassen nach NAS 1638
T e i l c h en p r o 1 0 0 m l ( µ m)
Filterklasse
5 – 15
15 – 25
25 - 50
50 - 100
>100
00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
125
250
500
1.000
2.000
4.000
8.000
16.000
32.000
64.000
128.000
256.000
512.000
1.024.000
22
44
89
178
356
712
1.425
2.850
5.700
11.400
22.800
45.600
91.200
182.000
4
8
16
32
63
126
253
508
1.012
2.052
4.050
8.100
16.200
32.400
1
2
3
6
11
22
45
90
180
360
720
1.140
2.880
5.760
0
1
1
1
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1.024
fachefr Reinheitsklassen NAS 1638
Beispiel für die Ermittlung einer Reinheitsklasse:
Bei einer Ölprobe wurden 4100 Partikel zwischen 5 µm und 15 µm emittelt. Aus der Tabelle
wird abgelesen 4100 liegt über 4000 und unter 8000 und ergibt
Reinheitsklasse 5. Für die anderen Ergebnisse wird auf die gleiche Weise die
Reinheitsklasse ermittelt. Die insgesamt höchste Reinheitsklasse ist dann auch das
Gesamtergebnis: Reinheitsklasse 5 nach NAS 1638
Beispiel:
Partikel pro 100 ml (µm)
Größenklasse
5 – 15
15 – 25
25 – 50
50 – 100
> 100
Partikelzahl
4100
320
114
3
1
5
3
4
1
0
Reinheitsklasse
Gesamt NAS 5
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Reinheitsklassen nach ISO 4406
Anzahl Partikel pro 100 ml
Mehr als
bis einschließlich
250.000.000
130.000.000
250.000.000
64.000.000
130.000.000
32.000.000
64.000.000
16.000.000
32.000.000
8.000.000
16.000.000
4.000.000
8.000.000
2.000.000
4.000.000
1.000.000
2.000.000
500.000
1.000.000
350.000
500.000
130.000
350.000
64.000
130.000
32.000
64.000
16.000
32.000
8.000
16.000
4.000
8.000
2.000
4.000
1.000
2.000
500
1.000
250
500
130
250
64
130
32
64
16
32
8
16
4
8
2
4
1
2
0
1
Ordnungszahl
> 28
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
fachefr Reinheitsklassen ISO
Die aktuelle Ausgabe der ISO4406 teilt Partikel in Größenklassen
≥ 4µm
≥ 6µm
und ≥ 14µm
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ein.
Wenn z. B. bei einer Partikelzählung 9230 Partikel ≥ 4µm, 4212 Partikel ≥ 6µm und
341 Partikel ≥ 14µm in 100 ml Öl ermittelt werden, ergibt sich lt. Tabelle die
Reinheitsklasse nach ISO4406 von 14/13/9.
Beispiel:
Partikel ≥ 4 µm in 100 ml
Partikel ≥ 6 µm in 100 ml
Partikel ≥ 14 µm in 100 ml
Partikelzahl
9230
4212
341
Gesamt ISO 4406
ISO-Klasse
14
13
9
14/13/9
2. Membrananalyse - Analyse mittels Filtermembran
Bei dieser Untersuchung wird eine bestimmte Ölmenge mittels eines Vakuumfiltergerätes
durch ein Membranfilter gesaugt. Aufgrund der geringen Porenweite des Membranfilters (im
Hydraulikbereich typischerweise 0,8µ) kann der Schmutzgehalt in der Ölprobe im Vergleich
zu neuem Öl oder im Vergleich zu einer vorher gezogenen Probe bestimmt werden.
Nachteilig ist hier, dass keine Partikelzahlen ermittelt werden, sondern dass lediglich
Ölproben miteinander verglichen werden. Mittels eines Mikroskops können die Art und Form
der Partikel auf der Membran begutachtet werden. Daraus lassen sich erste Rückschlüsse
auf mögliche Beschädigungen im Hydrauliksystem ermitteln. Durch den Vergleich Frischöl /
Gebrauchtöl
kann
mit
dieser
Methode
eine
relativ
gute
Aussage
über
den
Verschmutzungsgrad des Öles getroffen werden. Der Preis für eine solche Ausrüstung liegt
bei ca. 2.300 €.
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2. Auswirkung von Verunreinigungen im Öl
2.1 Oxydation im Öl
Schmutzpartikel haben einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer und die chemische
Stabilität des Öles. Da das Öl mit einer Temperatur von ca. 45 – 50 °C arbeitet und ständig
mit Sauerstoff beaufschlagt wird, kommt es im Laufe der Zeit, gefördert durch Katalysatoren,
zur Reaktion der einzelnen Ölmoleküle mit Sauerstoff. Die einzelnen Ölmoleküle nehmen
Sauerstoff auf, werden dadurch größer und können polymerisieren. Das bedeutet, dass sich
einzelne - durch Sauerstoffaufnahme langkettig gewordene Moleküle - zu harzartigen,
klebrigen
Gebilden
zusammen
schließen.
Letztendlich
fallen
diese
Harze
oder
Oxydationsprodukte als klebrige, schlammartige Masse aus. Gefördert wird die Bildung von
Oxydationsprodukten durch Schmutzpartikel im Öl, die als Katalysator wirken.
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Beispiel für Oxidationsprodukte
im Hydrauliköl
Harzpartikel mit eingelagerten
Feststoffverschmutzungen
- Membranfilterplättchen mit einer Porengröße von 0,8 µm.
- Ein Teilstrich entspricht 0,25 µm.
.
Die im Öl enthaltenen Schmutzpartikel haben zwar eine relativ kleine Oberfläche, aufgrund
der Vielzahl der Partikel ist jedoch im Öl an der Schnittstelle Ölmolekül / Sauerstoff eine
große katalytisch wirksame Oberfläche, bestehend aus Schmutzpartikeln vorhanden. Dies
bedeutet:
Je höher die Verschmutzung des Öles ist, desto stärker ist die Bildung von
Oxydationsprodukten und damit der Verschleiß des Öles.
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2.2
Verschleißmechanismus
Die Veränderungen und Verunreinigungen im Hydrauliköl haben natürlich einen großen
Einfluss auf das Hydrauliksystem. Normale Feststoffverschmutzungen sind besonders dann
kritisch, wenn die Größe des einzelnen Partikels genau der Höhe des Schmierspaltes
entspricht. In diesem Fall kann das Feststoffpartikel in den Schmierstoffspalt zwischen
Kolben und Zylinder eindringen und gleichzeitig beide Oberflächen der aufeinander
gleitenden Bauteile berühren.
Dadurch kommt es zu Überlastung von einzelnen Materialspitzen. Bei mehrfacher Wiederholung der Überlastung kommt es zum Ermüdungsbruch von Materialspitzen und es
entstehen neue Feststoffpartikel durch Verschleiß. Durch ständige Wiederholung dieses
Verschleißvorganges ist es nur eine Frage der Zeit, bis der Ausfall des Hydrauliksystems
eintritt.
Da in Hydrauliksystemen Schmierspalthöhen, z. B. in Servoventilen von 1 – 4 µm, üblich
sind, ist es klar, dass auch Partikel dieser Größe aus dem System entfernt werden müssen.
Das Hydrauliköl selbst stellt im Normalfall die Schmierung von aufeinander gleitenden
Bauteilen sicher. Wenn jedoch Feststoffe und Schmutzpartikel in dem Öl enthalten sind,
kommt es zu der zuvor beschriebenen Verschleißsituation. Wenn sich in dem Hydrauliköl
Veränderungen durch die Bildung von Oxydationsprodukten ergeben, kommt es zu weiteren
unerwünschten Störungen.
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Die durch den Oxydationsprozess entstehenden Oxydationsprodukte fallen bei Beginn dieser
Reaktion nur bei kühlem Öl als klebrig harziger Schlamm aus. Wenn das Öl wieder erwärmt
wird, weichen die Schlammpartikel auf und das Öl zeigt vollkommen normales Verhalten.
Mit vermehrter Bildung von Oxydationsprodukten lagern sich diese klebrig schlammigen
Partikel an Hydraulikbauteilen an. Speziell in Servo- und Proportionalventilen kommt es
durch die Einwirkung von elektrostatischen Kräften durch Spulen zu vermehrter Ablagerung
dieser harzigen Produkte im Ventilbereich. Erkennbar wird dies durch bräunliche
Ablagerungen.
Besonders gefährlich wird die Situation dadurch, dass sich in dem klebrigen Schlamm
einzelne Feststoffe anlagern. Dadurch kommt es zwischen Kolben und Zylinderwand zu
erhöhter Reibung. Durch eine Änderung der Ansteuerung des Ventils kann man diesem
Vorgang noch entgegen wirken. Mit zunehmender Bildung von Oxydationsprodukten kommt
es schlussendlich zum Totalausfall des Bauteils. Nach intensiver Reinigung und Entfernung
der Schlammprodukte kann das Ventil problemlos wieder verwendet werden.
3.
Verschiedene Technologien zur Ölpflege
Durch die nachfolgend beschriebenen Technologien ist es möglich
1.
die Standzeit des Öles zu verlängern
2.
die Ausfallrate der hydraulischen Komponenten deutlich zu minimieren
3.
die Betriebskosten für ein Hydrauliksystem zu senken
Für Schmier und Hydrauliköle werden heute in der Regel drei verschiedene Verfahren zur
Reinigung und Pflege eingesetzt.
- Vakuumentwässerung
- Filtration
- Elektrostatische Reinigung
Darüber hinaus gibt es noch weitere Möglichkeiten, Öl und Schmutz zu trennen. Dies kann
z. B. durch Zentrifugieren geschehen. Zentrifugen werden hauptsächlich dann eingesetzt,
wenn größere Schmutzmengen aus einer Flüssigkeit abgetrennt werden müssen. Dies ist z.
B. bei Schneidölen der Fall. Im Hydraulikbereich wird dieses Verfahren nur sehr selten
eingesetzt.
Eine weitere Möglichkeit ist natürlich nichts zu tun oder das Öl regelmäßig zu wechseln. Wie
jedoch vorher aufgezeigt, reichern sich in den Systemen Schmutzpartikel an und es kommt
zu Ablagerungen im System. Bei Einsatz von Neuöl, das übrigens i. d. R. von der Reinheit
her nicht den Anforderungen einer modernen Hydraulik entspricht, werden Schmutz- und
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Schlammpartikel, die sich im System an den verschiedensten Stellen abgesetzt haben,
wieder gelöst und gelangen in den Hydraulikkreislauf. Dadurch kommt es häufig vor, dass
bereits neues Öl nach kurzer Zeit mit Schlamm- und Schmutzpartikeln verunreinigt ist.
Dazu kommt, dass in den seltensten Fällen nach dem Abpumpen des Altöls die Maschine
mit einer neuen Ölfüllung gespült wird. Da dieser Spülvorgang aus Kostengründen meistens
unterbleibt, verbleiben ca. 20% des alten Öles im System. Dadurch können bei einem
Ölwechsel nur ca. 80% der im alten Öl vorhandenen Schmutz- und Schadstoffe entfernt
werden, 20% verbleiben im System. Da die abgelagerten Partikel gelöst werden, ist selbst
neues Öl nach einigen Wochen Betriebsdauer genauso verschmutzt wie das vorher
verworfene Öl.
Im übrigen ist es auch aus Umweltgründen nicht sehr sinnvoll, für die Entfernung von einigen
100 g Schmutz mehrere hundert Liter Öl zu entsorgen.
3.1
Filtration
Filter in hydraulischen Systemen sind wichtige und unverzichtbare Bestandteile zur
Entfernung von Schmutzpartikeln und zum gezielten Schutz von einzelnen Komponenten vor
im Öl befindlichen Schmutzpartikeln. Sie werden entweder im Haupt- oder im Nebenstrom
eingesetzt.
Oberflächenfilter (Sieb)
1
2
3
4
1. Partikel größer als der Porendurchmesser blockieren die Filterpore.
2. Partikel länglich geformt passiert Filterpore.
3. Partikel kleiner als Porendurchmesser wird durch Filterkuchenaufbau zurück
gehalten.
4. Partikel kleiner als Porendurchmesser passiert das Filter.
Filter trennen die im Öl vorhandenen Feststoffe, indem das Öl durch eine Membran geleitet
wird. Schmutzpartikel, die größer sind als die Poren in der Membran, werden zurück
gehalten. Partikel, die kleiner als die Porengröße sind, werden i. d. R. nicht ausgefiltert. Je
nach Membranaufbau und Membranstruktur können Partikelgrößen bis hinab etwa 2 µm
abgeschieden werden.
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Tiefenfilter (Vlies)
1
2
3
1. Partikel größer als Porendurchmesser blockieren die Filterpore teilweise. Aufgrund der
unebenen Porenöffnung können kleine Partikel noch in die Pore eindringen.
2. Partikel kleiner als Porendurchmesser werden teilweise zurück gehalten.
3. Längliche Partikel verfangen sich in der unregelmäßigen Porenstruktur.
3.1.1
Hauptstromfiltration
Die Hauptstromfiltration erfüllt eine sehr wichtige Schutzfunktion. Partikel, die trotz anderer
Reinigungsverfahren noch im System vorhanden sind, können - bevor sie in kritische
Bereiche gelangen -, mit einem Hauptstromfilter entfernt werden. Prinzipiell nachteilig bei der
Hauptstromfiltration ist die hohe Belastung des Filterelements durch sehr hohe Drücke,
Druckspitzen und stark schwankende Volumenströme. Daher müssen Hauptstromfilter sehr
robust und widerstandsfähig ausgelegt werden. Um einen ausreichenden Durchsatz bei
geringen Druckverlusten zu erreichen, kann die Porengröße nicht optimal an die
tatsächlichen Erfordernisse eines Hydrauliksystems angepasst werden.
Für eine langfristige Sicherung des erforderlichen Reinheitsgrades sind Hauptstromfilter i. d.
R. nicht ausreichend. Um die Hydraulikkomponenten jedoch vor einzelnen, im System
vorhandenen, Partikeln zu schützen, sollte auf Hauptstromfilter nicht verzichtet werden. Eine
Ergänzung mit Nebenstromreinigungssystemen ist jedoch erforderlich.
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3.1.2 Nebenstromfiltration
Die Filtration im Nebenstrom bringt gegenüber der Hauptstromfiltration erhebliche Vorteile,
da die Bedingungen für das Filterelement optimal sind. Der Volumenstrom kann sehr klein
gehalten werden. Dadurch kann man sehr kleine Porengrößen bis zu ca. 3 - 5 µm
realisieren. Es entstehen keine Druckspitzen und die mechanische Belastung des Filters ist
relativ gering. Durch die Nebenstromfiltration kann die Ölreinheit - insbesondere bei Partikeln
zwischen ca. 2 µm und 10 µm -, gegenüber Vollstromfiltration deutlich verbessert werden.
Nachteilig bei der Nebenstromfiltration ist jedoch - wie bei der Vollstromfiltration - die minimal
abzuscheidende Partikelgröße. Je nach Anbieter werden hier zwar zwischen 2 µm und 5 µm
genannt; Schlämme, Oxydationsprodukte und kleinere Partikel werden nicht erfasst.
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3.2
Elektrostatische Ölreinigung
3.2.1 Verfahrensprinzip
Im Gegensatz zu konventionellen Filtrationen arbeitet die elektrostatische Ölreinigung nach
einem grundsätzlich anderen Verfahren. Das Öl wird nicht mehr durch eine Membran hin
durchgeleitet, stattdessen wird das Öl durch ein elektrisches Feld geleitet. Zum Aufbau des
elektrischen Feldes werden 2 parallel liegende Elektrodenplatten eingesetzt. Die eine
Elektrodenplatte ist geerdet, die andere Elektrodenplatte wird mit einer Hochspannung von
ca. 14 000 V aufgeladen. Dadurch entsteht zwischen den beiden Elektrodenplatten ein
elektrisches Feld. Gelangen nun Schmutzpartikel in einem isolierenden Fluid, wie z.B. Öl
oder Luft, werden diese Schmutzpartikel durch die elektrischen Feldkräfte angezogen.
Vorraussetzung für die Anziehung ist, dass
die Partikel über eigene elektrische Ladung,
also Elektrodenmangel oder –überschuss
Dies
verfügen.
ist
bei
nahezu
allen
Feststoffpartikeln der Fall. Partikel bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von
Einzelmolekülen. Diese Moleküle sind in regelmäßiger Form, z.B. bei Kristallen, oder in
unregelmäßiger Form zu einem Ganzen zusammengesetzt. An den Verbindungsstellen der
einzelnen Moleküle kommt es immer wieder dazu, dass Ladungsmangel oder –überschuss
nicht 100%-ig ausgeglichen wird. Dadurch hat dieses Partikel eine elektrische Ladung. Da
sich elektrische Ladung stets versuchen auszugleichen, werden diese geladenen Partikel in
einem elektrischen Feld von der jeweils ungleichnamig geladenen Elektrode angezogen. Im
Unterschied zu den Partikeln die eine Ladung tragen, besteht Öl oder Luft aus einzelnen
Molekülen. Die einzelnen Moleküle im Öl lassen sich frei gegeneinander verschieben. Dies
ist nur deshalb möglich, weil die einzelnen Moleküle keine elektrische Ladung haben.
Dadurch werden die Einzelmoleküle in einem elektrischen Feld nicht beeinflusst und
passieren dieses ungehindert. Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine sehr exakte
Trennung zwischen Flüssigkeit und Feststoffen zu erzielen. Partikel werden einzig aufgrund
ihrer elektrischen Ladung unabhängig von ihrer tatsächlichen Größe im elektrischen Feld
festgehalten, während Einzelmoleküle das Feld unverändert passieren.
Luft hat im Vergleich zu Öl eine sehr geringe Dichte und bietet daher bei der Anziehung von
Partikeln in einem elektrischen Feld nur einen sehr geringen Strömungswiderstand. Wenn
Partikel
aus
einem
Strömungswiderstand
Öl
angezogen
überwunden
werden
werden.
sollen,
Um
muss
diesen
ein
erheblich
höherer
Strömungswiderstand
zu
überwinden, kann die Spannung zwischen den beiden Elektroden erhöht werden. Dies
könnte jedoch zu Spannungsüberschlägen und zur Verbrennung des Öls entlang der
Funkenstrecke führen. Aus diesem Grund muss bei der elektrostatischen Ölreinigung nach
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anderen Möglichkeiten gesucht werden, um die Anziehungskraft auf die einzelnen Partikel zu
erhöhen.
Hierzu
werden
in
der
elektrostatischen
Ölreinigung
speziell
geformte
Reinigungselemente eingesetzt. Diese Reinigungselemente liegen mit einer Vielzahl von
Kanten an den Elektrodenoberflächen an. Das normalerweise gradlinige elektrische Feld
wird durch diese Kanten leicht verzehrt. Es kommt dadurch zur einer erhöhten Kraftwirkung
auf die einzelnen Partikel.
Partikel, abgelenkt durch
Wirbelströmung,
angezogen durch
Feldkraft
14.000V
Durch die quer zur Strömung liegenden einzelnen Platten wird eine turbulente, nicht laminare
Störung in dem elektrischen Feld erzeugt. Die Partikel werden also nicht nur durch die
elektrische Feldkraft angezogen, sondern gleichzeitig durch die turbulente Strömung aus der
Hauptströmungsrichtung in Richtung Elektrode abgelenkt. Die Turbulenzen in der Strömung
unterstützen so das Abscheiden der einzelnen Partikel.
Durch die besondere faltenbalgartige Form der Reinigungselemente, wird gleichzeitig die
Oberfläche zwischen den beiden Elektroden deutlich vergrößert. Dadurch ist es möglich
eine Vielzahl von Schmutzpartikeln in der Reinigungskammer festzuhalten, ohne dass es zu
einer Überlastung des Systems kommt.
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Entscheiden für die Funktion einer elektrostatischen Reinigungsanlage ist die Form und
Ausführung der Reinigungselemente zwischen den einzelnen Elektroden. Je mehr
feldverzerrende Kanten und je mehr Oberfläche zwischen den Elektroden vorhanden ist,
desto wirksamer ist die Abscheidung.
Durch die klare Trennung zwischen Schmutzpartikeln und aus Einzelmolekühlen bestehende
Flüssigkeit, können Partikel aller Größen bis hinab zu 0,05 µ abgeschieden werden. Da in
einem Hydrauliköl und in einem Schmieröl alle Bestandteile, auch die Additive, in flüssiger
Form vorliegen, bleibt das Öl auch bei jahrelanger Reinigung durch Elektrostatik chemisch
völlig unverändert.
3.2.1
Anwendung und Resultate
Wichtig für eine lange Ölstandzeit sind folgende Punkte
1. Entfernung von Schmutzpartikeln in Ölen
2. Vermeidung
von
Oxydationsprodukten
bzw.
Entfernung
von
vorhanden
Oxydationsprodukten
3. Ölbestandteile und Additive dürfen nicht verändert werden.
Wenn ein Öl jedoch über einen längeren Zeitraum (2-3 Jahre und mehr) eingesetzt werden
soll, kommt es ohne entsprechende Ölpflege vermehrt zur Bildung von Oxydationsprodukten
und dadurch zur Bildung von Ablagerungen im System.
Da die Elektrostatik grundsätzlich auf alle im Öl vorkommenden Verschmutzungen reagiert,
werden die Feststoffe in der Regel so weit entfernt, dass das eingesetzte Öl langfristig weiter
benutzt werden kann..
Dadurch, dass die elektrostatische Ölreinigung auch den großen Anteil der kleineren
Partikeln entfernt, die von konventioneller Filtration nicht erfasst werden, wird die
Oxydationsgeschwindigkeit im Öl stark reduziert.
Somit werden weniger Oxydationsprodukte im Öl gebildet. Es bilden sich weniger
Ablagerungen und das System bleibt sauber.
Grundsätzlich ist Öl in der Lage, eine gewisse Menge an Schmutzpartikeln in Schwebe zu
halten. Diese Partikel werden dem Filter zu geführt und sollen ausfiltriert werden. Weil doch
dieses Schmutztragevermögen durch Feinpartikel, die vom Filter nicht erfasst werden,
blockiert ist, ist das Öl nicht mehr in der Lage, zusätzliche Verschmutzungen in Schwebe zu
halten. Dadurch fallen Feststoffpartikel und Verharzungen aus und setzen sich als schwarzer
Rand an den Tankwandungen als Schlamm am Boden des Tanks und als Ablagerungen auf
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Ventilen, Kolben, Pumpen usw. ab. Wenn jedoch die im Öl vorhandene Feinverschmutzung
durch den Einsatz der elektrostatischen Ölreinigung kontinuierlich entfernt wird, ist das Öl
wieder in der Lage, Schmutzpartikel in Schwebe zu halten. Nach längerer Einsatzdauer
kommt es also durch den Einsatz der elektrostatischen Ölreinigung zu einem Ablösen von
vorhandenen Ablagerungen aus dem System. Das Öl wird während des Betriebes der
Reinigungsanlage trotz Reinigung wieder schmutziger. Nach einer gewissen Zeit stellt sich
ein Beharrungszustand ein, d. h. es werden in etwa so viele Schmutzpartikel aus dem
System gelöst, wie gleichzeitig abgereinigt werden. Aus diesem Grunde empfiehlt sich für
eine elektrostatische Ölreinigungsanlage eine deutlich längere Reinigungszeit als mit
konventioneller Filtration. Das Öl im System sollte mindestens ca. 250-mal durch die
elektrostatische Ölreinigungsanlage gepumpt werden, bevor die Ölreinigungsanlage an ein
weiteres System angeschlossen werden kann.
Die folgend Analyse zeigt einen typischen Reinigungsverlauf an einem Hydrauliksystem.
Zunächst wird das Öl schnell deutlich sauberer. ( Probe 1 / 2 ). Danach löst das saubere Öl
Schmutz aus dem System und das Öl wird trotz Reinigung sogar schmutziger. ( Probe 2 / 3 /
4). Erst wenn ein großer Anteil der abgelagerten Partikel abgelöst und abgereinigt worden
ist, wird das Öl nochmals sauberer. ( Probe 5 / 6)
So wird nicht nur das Öl sondern auch das System gereinigt.
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Da mit Elektrostatik Partikel aller Grössen aus dem Öl entfernt werden und die Oxydation im
Öl unterdrückt wird, sind hohe Ölstandzeiten bei vielen Anwendern die Regel.
Die folgende Analyse zeigt ein Hydrauliköl mit einer Standzeit von über 85000 Betriebsstunden. Trotz der langen Einsatzzeit ist das Öl in hervorragendem Zustand.
Datum:
Rapport Nr.:
Lab.Nr.:
31.05.2004
AR0405468
05.468
Anlagen Typ:
MASCHINE G6
Betriebsstunden :
Typ Öl :
Kunde:
FRIESS
Betriebsstunden nach
Ölwechsel :
Anlage Nr.:
VW
Datum Probe :
Probeentnahmestelle:
Bemerkungen : NAS 3: 5 - 15 MICRON.
ÖL IST SAUBER.
CHEMISCH FALLT DAS ÖL INNEN SPECIFICATION.
ÖL IST WEITER ZU BENUTZEN.
AR Nr.
Betri
ebsst
unde
n
Betriebsstunde
n nach
Ölwechsel
AR0405468
ISO
NAS
12/ 7
3
ADDITIVE (ppm)
(ppm)
AR. Nr.
AR0405468
N
a
1
6
Ruß /
Schlam
m
85588
HLP 46
18.05.2004
HY 1.1 / D2 STAT
Visc
40°C
Visc TAN
100°C
46.18
0.25
TB Kraft Wass
N
er
stoff ppm
95
VERSCHLEIß ELEMENTE UND SILIZIUM
B
Zn
P
Ca
Mg
Si
Fe
Cr
Mo
Al
Cu
Pb
Sn
8
7
119
6
0
0
1
0
0
0
1
0
1
Normaal
Verfolgen
>2
>5
> 10
> 15
> 25
> 50
> 75
> 100
Gefahr
6790
2320
560
100
15
5
0
0
© Michael Friess, FRIESS GmbH
LABORBERICHT
Probenbezeichnung
TM210/1330-130364-100
Komponente Hydraulik
Nummer der aktuell en Probe OC 529489
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Maschinentyp:
TM 210/1330
Hersteller:
Probe aus:
Battenfeld
Hydraulik
Ölbezeichnung:
Vorher eingesetztes Öl:
Ölmenge im System:
Shell Tellus Oil 46 Shell
Tellus OIl S 46
Gesamtbewertung
Diagnose der aktuellen Laborwerte
Verschleißmetalle sind nur in vernachlässigbarer Konzentration vorhanden. Es ist daher kaum abrasiver oder korrosiver
Verschleißersichtlich. Die Reinheitsklasse des Öles ist sehr gut und weist auf eine gute Filtration hin. Falls noch kein Ölwechsel
erfolgt ist, wäre eine weitere Verwendung des Öles bei ähnlichen Betriebsbedingungen unter Beibehaltung üblicher
Wartungsarbeiten möglich. Ich rate Ihnen: Senden Sie uns die nächste Probe bei Ihrer nächsten Wartung oder anlässlich der
üblichen Inspektion zu einer Beobachtung des Trendverhaltens.
Dipl.-Ing. Steffen Bots
normal
Aktuelle Probe
LABORNUMMER
OC 529483
Probe und Deckel
OC 529482
Untersuchungsdatum
Datum Probenentnahme
04.10.2007
01.10.2007
10.09.2007
06.09.2007
17.07.2007
16.07.2007
Datum letzter Ölwechsel
-
-
-
Nachfüllmenge seit Wechsel
-
-
0
Laufzeit seit Wechsel
-
3304
2283
VERSCHLEIß
Eisen
Fe
mg/kg
0
0
1
Chrom
Cr
mg/kg
0
0
0
Zinn
Sn
mg/kg
0
0
0
Aluminium
Al
mg/kg
0
0
0
Nickel
Ni
mg/kg
0
0
0
Kupfer
Cu
mg/kg
1
1
1
Blei
Pb
mg/kg
0
0
0
Silizium, Staub
Si
mg/kg
1
0
1
Kalium
K
mg/kg
0
0
0
Natrium
Na
mg/kg
0
0
1
Infrarot-Spektrum
VERUNREINIGUNG
Wasser K.F.
ppm
52
35
48
ÖLZUSTAND
Viskosität bei 40°C
mm²/s
45.96
46.22
45.64
Viskosität bei 100°C
mm²/s
6.74
6.94
6.74
Viskositätsindex
-
99
106
101
Oxidation
A/cm
3
1
1
Farbe
Farbzahl
0.5
1.0
0.5
ADDITIVE
Kalzium
Ca
mg/kg
17
12
14
Magnesium
Mg
mg/kg
30
25
26
B
B
0
0
0
/k
Beschreibung der Prüfverfahren und Normen: www.oelcheck.com
© Michael Friess, FRIESS GmbH
LABORBERICHT
Probenbezeichnung
Komponente Hydraulik
TM210/1330-130364-100
Nummer der aktuellen Probe OC 529489
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Maschinentyp:
TM 210/1330
Hersteller:
Probe aus:
Battenfeld
Hydraulik
Ölbezeichnung:
Vorher eingesetztes Öl:
Ölmenge im System:
Shell Tellus Oil 46 Shell
Tellus OIl S 46
Probe betrifft: Präziform, Aachen
Aktuelle Probe
OC 529483
LABORNUMMER
GESAMTBEWERTUNG
OC 529482
Untersuchungsdatum
04.10.2007
10.09.2007
17.07.2007
Datum Probenentnahme
Datum letzter Ölwechsel
01.10.2007
06.09.2007
16.07.2007
-
-
-
Nachfüllmenge seit Wechsel
-
-
0
Laufzeit seit Wechsel
-
3304
2283
VERSCHLEIß
Neutralisationszahl
mgKOH/g
Reinheitsklasse
ISO 4406(1999)
A:>4µ = ISO >4µ
B:>6µ = ISO >6µ
0.11
0.10
0.13
16/14/11
20/15/11
21/18/13
Anzahl/100ml
45220
637360
1150300
Anzahl/100ml
14690
16100
184630
C:>14µ = ISO >14µ
Anzahl/100ml
1690
1700
6760
D:>21µ
Anzahl/100ml
860
680
1870
E:>38µ
Anzahl/100ml
370
70
110
F:>70µ
Anzahl/100ml
170
20
20
Beschreibung der Prüfverfahren und Normen: www.oelcheck.com
© Michael Friess, FRIESS GmbH
Der obige Laborbericht der Firma OELCHECK zeigt deutlich den Verlauf einer typischen
Reinigungsphase. Bei der ersten Probeentnahme am 17.07.2007 wurde festgestellt, dass
das Öl extrem stark verunreinigt ist. Daraufhin wurde Ende August 2007 eine
FRIESS-EFR
Elektrostatische Ölreinigungsanlage Modell D2 angeschlossen. Innerhalb kurzer Zeit konnte
die Zahl der Partikel um ca. 40% verringert werden. Bei der Abschlussprobe im Oktober
2007 zeigte sich, dass die Zahl der Schmutzpartikel im Bereich 4µ und größer um über 95%
reduziert werden konnte. Gleichzeitig konnte die Neutralisationszahl nochmals leicht gesenkt
werden.
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4.
Zusammenfassung
Mit einer systematisch durchgeführten Ölpflege können erhebliche Kosten eingespart und
Hydraulikstörungen deutlich reduziert werden. Entscheidend ist, dass die Ölpflege
regelmäßig durchgeführt und durch Proben dokumentiert wird. Nur bei konsequentem
Einsatz der jeweils optimalen Reinigungstechnik wird sich der gewünschte Erfolg einstellen.
Durch die regelmäßige Analyse von einzelnen Ölproben können eventuell entstehende
Probleme bereits im voraus erkannt und gelöst werden, ohne dass es zu Systemausfällen
kommt.
In
vielen
Unternehmen
konnten
durch
den
Einsatz
von
elektrostatischen
Ölreinigungsanlagen Störungen im Hydraulikbereich um 70 – 80% reduziert werden.
Gleichzeitig wurde die Standzeit des Hydrauliköls um ein Vielfaches erhöht. Dadurch
ergeben sich erhebliche Einsparungen bei den Instandhaltungsaufwendungen. Kosten von
einigen tausend bis zu über einhunderttausend € können so pro Jahr eingespart werden.
© Michael Friess, FRIESS GmbH