Dampfkrieg: Wie Wassereindring die Schmierstoffleistung und die Zuverlässigkeit der Maschine beeinträchtigt

Einführung: Wasser – der versteckte Schmierstoffsaboteur

Wasserverschmutzung bleibt nach dem Eindringen von Partikeln die zweithäufigste Ursache für Schmierstoffausfälle. Mit einer Löslichkeit von 50 ppm in Mineralölen bis zu 1.500 ppm in einigen Synthetiken bleibt das Vorhandensein von Wasser oft unerkennt, bis sich Schäden manifestieren. Dieser Artikel untersucht die komplexen Wechselwirkungen von Wasser mit Schmierstoffchemie und Tribologie, die von empirischen Daten zur Ausfallbeschleunigung und modernsten Minderungstechnologien unterstützt werden.

Abschnitt 1: Wassereintrittswege und -formen

1.1 Allgemeine Eindringmechanismen

• Kondensation: Der Temperaturzyklus in Reservoirs zieht feuchte Luft durch Atemgeräte. Ein 1000L-Reservoir mit täglichen Zyklen von 20°C nimmt 200 ml Wasser pro Jahr in Umgebungen mit 60% RH auf.

• Dichtungseingang: Verschleißte Stangdichtungen in Hydraulikzylindern ermöglichen den Eintritt von Wasser während des Regenbetriebs. Tauchlager in Pumpen leiden durch Dichtungsdurchmesserung.

• Kühlerlecks: Pin-Loch-Defekte in Öl-Wasser-Wärmetauschern verunreinigen 40% mehr Systeme als externe Quellen.

• Prozesswasser: Stahlwerke, Papiermaschinen und Lebensmittelverarbeitung stellen Schmierstoffe in direkten Wasserkontakt.

1.2 Die drei Staaten des Ölwassers

• Auflöst: Molekuläre Dispersion (< 50-500 ppm). Unsichtbar; für den Nachweis eine Karl-Fischer-Titration erforderlich ist.

• Emulgiert: 0,1-10 µm Tröpfchen stabilisiert durch Tenside. Verursacht anhaltenden Nebel. Die schädlichste Form.

• Freies Wasser: Setzte Schichten oder Tröpfchen > 20 µm. Fördert das mikrobielle Wachstum.

Tabelle: Wasserlöslichkeit nach Basisöltyp

Abschnitt 2: Physikochemische Abbau-Wege

2.1 Hydrolyse von Esterbasierten Schmierstoffen

Synthetische Ester - häufig in Kompressoren und biologisch abbaubaren Schmierstoffen - unterliegen der Hydrolyse:
RCOOR’ H₂O → RCOOH R’ OH
Die erzeugten Carbonsäuren (RCOOH) katalysieren eine weitere Hydrolyse und verursachen einen abgelaufenen Abbau. Säurezahlspitzen von 0,1 bis 4,0 mg KOH/g in 500 Betriebsstunden werden in wasservereinigten Turbinenflüssigkeiten dokumentiert. Diese Säureüberflutung korrodiert Kupferkomponenten und greift Epoxy-Reservoir-Beschichtungen an.

2.2 Additive Phasentrennung

Wasser konkurriert mit polaren Additiven um die Löslichkeit. Häufige Folgen:

• Demulgatoren zu Wassertröpfchen migrieren, Schaumstoffkontrolle verlieren

• Rost-Inhibitoren (z.B. Calciumsulfonat) zu ineffektiven Alkoholen hydrolysieren

• ZDDP Verschleißschutz bildet Zinkhydroxidfälle

In Getriebeölen verursacht 0,2% Wasser eine 60% ZDDP-Erschöpfung innerhalb von 100 Stunden, die durch XANES-Spektroskopie überprüft wurde.

2.3 Struktureller Viskositätsverlust

Emulgierte Wassertröpfchen stören die Schmierstoffrheologie:

• VI Verbesserer schärdünn in der Nähe von Wasser/Öl-Schnittstellen

• Polymerspulen kontraktieren, reduzieren die hydrodynamische Filmdicke

• Effektive Viskosität sinkt 1-2 ISO Grade bei 0,1% emulgiertem Wasser

Zeitschriftlager erleben eine Mindestfoliendicke von 25% reduziert, was die Wahrscheinlichkeit eines Metallkontakts erhöht.

Abschnitt 3: Mechanische Schadensmechanismen

3.1 Korrosionsmüdigkeit

Wasser initiiert elektrochemische Korrosion:

1. Anodische Reaktion: Fe → Fe²⁺ 2e⁻

2. Kathodische Reaktion: ½O₂ H₂ O 2e ⁻ → 2OH⁻
   Korrosionsgruben bilden Spannungskonzentrationsstellen (Kt > 3). Unter zyklischen Belastungen (Lager, Getriebe) beginnen Risse von Grubenbasen. Forschung zeigt Korrosionsmüdigkeitstärke Abfälle von 35-60% in wasservereinigten Umgebungen im Vergleich zu trockenen Bedingungen.

3.2 Wasserstoff-induziertes Cracking

Atomwasserstoff (H) ⁺) erzeugt durch Wasserabbau durchdringt Stahl:

• Diffusiert entlang der Korngrenzen

• Rekombiniert als H ₂ bei voids, erstellen > 10.000 psi Druck

• Induziert Blasen und schrittweise Rissen

Mikrografische Beweise zeigen intergranuläre Brüche in Windkraftanlagenzähnen mit Wasserstoffkonzentrationen von mehr als 5 ppm.

3.3 Weiße Ätzrisse (WEC)

Wasserverschmutzung ist ein primärer Beschleuniger von WECs in Lagern:

1. Wasser stört EHL-Filme → asperity Kontakt

2. Lokale Temperaturen > 800°C erzeugen Martensit

3. Wasserstoff aus Wasser diffundiert in transformierte Struktur

4. Sprödiges Mikro-Cracking verbreitet sich entlang Zementlösungswege

WEC-Ausfälle treten bei nur 15–20% der berechneten L10-Lebensdauer in wasservereinigten Systemen.

Abschnitt 4: Fortgeschrittene Erkennungs- und Entfernungstechnologien

4.1 Sensing Technologien

• Kapazitätssensoren: Detektieren von dielektrischen konstanten Verschiebungen (εwater=80 vs. εoil=2,2)

• NIR-Spektroskopie: Identifiziert Wasserkonzentrationen aus O-H-Absorption bei 1.940 nm

• RF-Impedanz: Messt Widerstandsveränderungen von gelösten Ionen

4.2 Entfernungssysteme

• Vakuum-Dehydrationskammern: Wasser auf < 50 ppm über Sieden bei 50 mbar

• Coaleszierende Separatoren: Entfernen Sie emulgiertes Wasser auf 200 ppm

• Cellulose Tiefenfilter: Absorbieren Sie freies Wasser, während Sie Partikel einfangen

• Fortgeschrittene Membranen: Hydrophobe PTFE-Membranen blockieren Wasser und erlauben den Ölfluss

Abschnitt 5: Branchenspezifische Schutzstrategien

5.1 Marine-Turbinen

• Verwenden Sie PAG-Schmierstoffe (hohe Wassertoleranz)

• Trocknungsmittelatmungsmittel mit 90% RH-Sättigungslarmen installieren

• Monatlicher Karl Fischer Test

5.2 Papiermaschinenöle

• Zentrifugalwasserabtrenner auf Zirkulationsleitungen auftragen

• Geben Sie Öle mit Demulgierbarkeit < 15 Minuten nach ASTM D1401

• Vermeiden Sie Zink-Additive, um Ablagerungen zu verhindern

5.3 Mobile Hydraulik

• Auswahl hydrophober Flüssigkeiten auf Esterbasis

• Wasserabsorbierende Spin-On Filter integrieren

• Verwenden Sie Bucket-Typ Reservoir Designs, um Luftkontakt zu minimieren

Abschluss

Die Bekämpfung der Wasserverschmutzung erfordert ein Verständnis seiner vielseitigen Angriffsstrategien - vom chemischen Zerfall bis hin zu mechanischen Schäden. Moderne Sensortechnologie ermöglicht eine Echtzeitfeuchtigkeitsüberwachung, während fortschrittliche Dehydrationssysteme die Schmierstofftrockne aufrechterhalten. Mit Lagern, die bei 0,1% Wasserverschmutzung arbeiten, die eine 5-fach reduzierte Lebensdauer im Vergleich zu 0,01% zeigen, ist das Streben nach ultratrockener Schmierung nicht theoretisch. Zuverlässigkeit ist imperativ.