ASTM E2412 Zustandsüberwachung von Schmierstoffen im Einsatz durch Trendanalyse mittels FT-IR-Spektrometrie

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) veröffentlichte Standard „ASTM E2412 Standardverfahren zur Zustandsüberwachung von Schmiermitteln im Einsatz durch Trendanalyse mittels Fourier-Transform-Infrarotspektrometrie (FT-IR)“ beschreibt ein Verfahren zur Verwendung von FT-IR zur Überwachung des Additivabbaus, der Ansammlung von Verunreinigungen und der Verschlechterung des Grundöls in Schmiermitteln, Hydraulikflüssigkeiten und anderen Flüssigkeiten, die im normalen Maschinenbetrieb verwendet werden.

Zu den überwachten Verunreinigungen zählen Wasser, Ruß, Ethylenglykol, Kraftstoffe und fehlerhaftes Öl. Oxidation, Nitrierung und Sulfonierung von Grundölen werden als Anzeichen für eine Verschlechterung überwacht. Ziel dieser Überwachung ist es, den Betriebszustand der Maschine anhand der im Öl beobachteten Fehlerzustände zu diagnostizieren. Mess- und Dateninterpretationsparameter werden vorgestellt, um es Betreibern verschiedener FT-IR-Spektrometer zu ermöglichen, Ergebnisse mit denselben Techniken zu vergleichen.

Dieses Verfahren basiert auf der Analyse der Trend- und Streuungsreaktion von Absorptionsmessungen im mittleren Infrarotbereich. Eine Kalibrierung zur Festlegung physikalischer Konzentrationseinheiten ist zwar möglich, in den meisten Fällen jedoch unnötig oder unpraktisch. Warn- oder Alarmgrenzen (der Punkt, ab dem eine Wartung einer überwachten Maschine empfohlen oder erforderlich ist) können mithilfe statistischer Analysen, der Historie gleicher oder ähnlicher Geräte, zyklischer Tests oder anderer Methoden, die mit der Geräteleistung korrelieren, ermittelt werden. Diese Warn- oder Alarmgrenzen können feste Maximal- oder Minimalwerte zum Vergleich mit einer Einzelmessung sein oder auf der Änderungsrate der gemessenen Reaktion basieren. Dieses Verfahren berücksichtigt die Streuung, schließt jedoch die Verwendung von Warnungen und Alarmen zur Änderungsrate nicht aus.

Ziel dieses Handbuchs ist es nicht, für Maschinen Grenzwerte für Normalbetrieb, Vorsicht, Warnungen oder Alarme festzulegen oder zu empfehlen. Diese Grenzwerte sollten in Übereinstimmung mit den Empfehlungen und Anweisungen des Maschinenherstellers und seiner Wartungsgruppe festgelegt werden.

Die hier dargestellten Spektren und Verteilungsprofile dienen nur zur Veranschaulichung und sollten nicht als repräsentativ oder als Richtlinie für Schmiermittel oder Maschinen ausgelegt werden.

Diese Anwendung ist als schnelle und einfache spektroskopische Prüfung zur Zustandsüberwachung von Schmiermitteln im Einsatz konzipiert und kann zur Bestimmung des allgemeinen Maschinenzustands durch Messung von im mittleren Infrarotspektrum erkennbaren Eigenschaften wie Wasser, Öloxidation und anderen, wie oben erwähnt, verwendet werden.

Die von dieser Anwendung generierten Infrarotdaten werden typischerweise in Verbindung mit anderen Prüfmethoden verwendet. Beispielsweise kann die Infrarotspektroskopie weder den Verschleißmetallgehalt bestimmen noch andere Arten der Elementaranalyse durchführen. Die vorgestellte Anwendung ist nicht für die Bestimmung physikalischer Schmierstoffeigenschaften (z. B. Viskosität, Gesamtbasenzahl, Gesamtsäurezahl) konzipiert. Diese Anwendung dient der Überwachung von Schmierstoffen im Einsatz und kann zur Bestimmung des allgemeinen Maschinenzustands beitragen. Sie ist nicht für die Analyse der Schmierstoffzusammensetzung, der Schmierstoffleistung oder der Formulierung von Additivpaketen geeignet.

Die regelmäßige Probenahme und Analyse von Schmierstoffen wird seit langem zur Bestimmung des Gesamtzustands von Maschinen eingesetzt. Atomemissions- und Atomabsorptionsspektroskopie werden häufig zur Verschleißmetallanalyse eingesetzt (z. B. die Standardprüfmethode ASTM D5185). Verschiedene physikalische Eigenschaftstests ergänzen die Verschleißmetallanalyse und liefern Informationen über den Schmierstoffzustand (z. B. die Standardprüfmethoden ASTM D445, ASTM D2896 und ASTM D6304). Die Molekularanalyse von Schmierstoffen und Hydraulikflüssigkeiten mittels FT-IR-Spektroskopie liefert direkte Informationen über relevante Molekülarten, einschließlich Additiven, Flüssigkeitsabbauprodukten und externen Verunreinigungen, und ergänzt so Verschleißmetall- und andere Analysen, die in einem Zustandsüberwachungsprogramm verwendet werden.

ASTM E2412 ist ein wichtiges Werkzeug für die Maschinenwartung und Schmierstoffanalyse. Es bietet einen Rahmen für die Beurteilung des Zustands von Schmierstoffen im Einsatz, wie z. B. Maschinenschmiermitteln, Hydraulikflüssigkeiten und anderen Flüssigkeiten, die im normalen Maschinenbetrieb verwendet werden. Mithilfe der FT-IR-Spektrometrie bietet diese Norm Einblicke in den Maschinenzustand und die Betriebseffizienz durch Überwachung des Additivverbrauchs, der Ansammlung von Verunreinigungen und der Degradation des Grundöls.

Der ASTM E2412-Standard konzentriert sich auf die Überwachung wichtiger Parameter, darunter:

• Verunreinigungen: Wasser, Ruß, Ethylenglykol, Kraftstoffe und fehlerhaftes Öl.
• Abbauindikatoren: Oxidation, Nitrierung und Sulfonierung von Grundölen.
• Additivverbrauch: Überwachung des Verbrauchs von Additiven wie Verschleißschutzmitteln (z. B. phosphatbasiertes ZDDP).

Das Hauptziel besteht darin, Fehlerzustände in Maschinen durch die Analyse von Trends im Schmierstoffzustand im Zeitverlauf zu identifizieren. Diese Anwendung dient der Diagnose von Betriebsproblemen durch regelmäßige Probenahme und nicht der Analyse der Schmierstoffzusammensetzung, der Leistung oder der Formulierung von Additivpaketen.

Die wichtigsten Merkmale des ASTM E2412-Standards sind folgende:

• FT-IR-Spektrometrie: Die FT-IR-Spektrometrie ist ein zerstörungsfreies Analyseverfahren, das die Absorption von Infrarotlicht durch molekulare Komponenten in einer Schmierstoffprobe misst. Diese Norm legt Wellenzahlbereiche (typischerweise 3000 bis 1090 cm) für die Analyse verschiedener Parameter fest.^-1) und die Absorptionsintensität variiert je nach spektraler Auflösung und Zellweglänge.
• Messparameter: Diese Norm enthält detaillierte Richtlinien für die Messung bestimmter Komponenten, wie in den Anhängen angegeben. Zum Beispiel:
  • Wasserverschmutzung: 3500 bis 3150 cm^-1 Bereich, aber Ethylenglykol kann aufgrund überlappender Hydroxylgruppensignale eine genaue Messung verhindern.
  • Rußbeladung: ca. 2000 cm^-1 wird in der Absorptionsdichte ausgewertet.
  • Oxidation und Nitrierung: 1800 bis 1670 cm^-1 und 1650 bis 1600 cm^-1 Die in den Bereichen gemessenen Werte werden als Absorption pro 0,1 mm angegeben, um die Probendicke zu berücksichtigen.
  • Verschleißschutzmittel: In der Regel auf Phosphatbasis (z. B. Zinkdialkyldithiophosphat, ZDDP), 1025 bis 960 cm^-1 im Bereich gemessen.
  • Kraftstoffverunreinigung: Benzin und Diesel (z. B. JP-5, JP-8) werden aufgrund unterschiedlicher spektraler Eigenschaften überwacht und erfordern eine Überprüfung der Indikator-Absorptionsbänder.
• Spektrale Subtraktion: Diese Norm enthält Bestimmungen zur spektralen Subtraktion, um bestimmte molekulare Parameter wie Wasser, Ruß, Oxidation, Nitrierung und Phosphat-Antiverschleißverbindungen zu isolieren. Diese Technik erhöht die Genauigkeit bei der Erkennung von Änderungen des Schmierstoffzustands durch Subtraktion der Elementspektren.
• Ergänzende Analyse: Dieser Standard betont, dass FT-IR-Ergebnisse mit anderen Tests wie Gesamtsäurezahl, Gesamtbasenzahl und Viskositätsmessungen kombiniert werden können, um eine umfassende Bewertung der Schmiermittelqualität und des Maschinenzustands zu ermöglichen.

Die Norm ASTM E2412 wird häufig in Branchen eingesetzt, in denen die Maschinenzuverlässigkeit entscheidend ist, wie z. B. in der Fertigung, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Energieerzeugung. Durch regelmäßige Probenahme und Analyse von Schmierstoffen können Wartungsfachleute:

• Es kann frühe Anzeichen von Maschinenverschleiß durch Verschleißmetallanalyse erkennen (ergänzt durch Atomemissions- oder Absorptionsspektroskopie, z. B. ASTM D5185).
• Kann Kontaminationsprobleme erkennen, die zu Geräteausfällen führen können.
• Kann Wartungsprogramme optimieren, indem Trends bei der Schmierstoffverschlechterung und der Erschöpfung von Additiven überwacht werden.

Dieser Standard weist jedoch mehrere Einschränkungen auf:

• Nicht für die Zusammensetzungsanalyse: Diese Norm ist nicht für die Bewertung von Schmierstoffformulierungen oder Leistungsmerkmalen vorgesehen.
• Störungen: Einige Verunreinigungen, wie beispielsweise Ethylenglykol, können die Wasserquantifizierung beeinträchtigen und erfordern eine sorgfältige Interpretation.

ASTM E2412 ist somit ein grundlegender Standard für die zustandsorientierte Instandhaltung. Er ermöglicht es Industrien, den Schmierstoffzustand zu überwachen und Maschinenprobleme mittels FT-IR-Spektrometrie zu diagnostizieren. Durch einen strukturierten Ansatz zur Trendanalyse unterstützt er proaktive Wartungsstrategien und trägt so dazu bei, die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern und Ausfallzeiten zu reduzieren.

Unser langjähriges Unternehmen verfolgt die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam und führt mit einem qualifizierten Team und einer umfassenden Infrastruktur Tests, Messungen und Analysen in zahlreichen Bereichen für Unternehmen aller Branchen durch. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß ASTM E2412 Standard Practice für die Zustandsüberwachung von Schmierstoffen durch Trendanalyse mittels Fourier-Transform-Infrarotspektrometrie (FT-IR) an.