Führen hoch-aschehaltige Gasmotorenöle automatisch zu mehr Ablagerungen?

In der Branche für stationäre Gasmotoren gibt es zahlreiche „moderne Legenden“ und „Faustregeln“ zu Schmierstoffen. Häufig sind diese „Regeln“ sehr wichtig, weil sie die Gasmotorenölentwicklung beeinflussen, jedoch auch dazu beitragen, die Leistung von Motorenölen in stationären Gasmotoren falsch zu interpretieren. Beispiele für diese „modernen Legenden“ sind „mehr Asche, mehr Ablagerungen“, „bei 50 % TBN Ölwechsel“ und dass „GR II Grundöl besser sei als GR I“. Diese allgemein verbreiteten Mythen zu hinterfragen ist sehr wichtig, um den nächsten Schritt zu besseren und innovativeren Ölen für stationäre Gasmotoren zu gehen. Ich habe eine Reihe von Artikeln über diese „modernen Legenden“ verfasst. Der dritte Artikel befasst sich mit der Regel „mehr Asche = mehr Ablagerungen“. Bitte zögern Sie nicht, meinen Artikeln weiterzuleiten, zu kommentieren oder mich zu kontaktieren.

Joris Van der List – Technology Manager

Legenden über Öle für stationäre Gasmotoren – und was dahinter steckt: Artikel 3 von 3

Führen hoch-aschehaltige Gasmotorenöle systematisch zur Verschmutzung der Motoren?

Die wohl hartnäckigste Faustregel in der Branche für stationäre Gasmotoren besagt, daß Gasmotorenöle mit einem höheren Aschegehalt zu mehr Ablagerungen im Motor führen. Dies erklärt auch, warum der Grenzwert für Sulfatasche in Erdgasanwendungen in der Vergangenheit bei maximal 0,5 % Masse lag. Dieser Wert gilt als niedriger bis mittlerer Ölaschegehalt.

Sulfatasche genauer betrachtet

Schauen wir uns zunächst genauer an, was Sulfatasche eigentlich ist. Sulfatasche ist ein Maß für den Metallgehalt eines Schmierstoffs; im Wesentlichen ist dies die Menge an Rückständen, die nach der Verbrennung des Gasmotorenöls übrig bleiben. Beachten Sie, dass unterschiedliche Metalle zum Sulfataschegehalt in unterschiedlichem Maße beitragen.

Element Faktor (= Sulfatasche-Anteil)
Barium (Ba) 1,7
Kalzium (Ca) 3,4
Magnesium (Mg) 5,0
Zink (Zn) 1,5
Kupfer (Cu) 1,3
Natrium (Na) 3,1
Blei (Pb) 1,5
Bor (B) 3,2
Molybdän (Mo) 1,5

Beachten Sie, dass typische Berichte zur Ölzustandsüberwachung den Additivgehalt und Metallverschleiß im Öl angeben. Ausgehend von diesen Daten und dem Ascheanteilfaktor kann der Sulfataschegehalt eines Gasmotorenöls berechnet werden. Um ein Beispiel zu nennen, nehmen wir ein Öl mit folgenden Zusatzmetallen:

Element: Additivgehalt: Ascheanteil

(= Dosierverhältnis x Faktor)

Kalzium (Ca) 0,12 %-Masse 0,408 (= 0,12 · 3,4)
Zink (Zn) 0,04 %-Masse 0,06 (= 0,04 · 1,5)
Bor (B) 0,01 %-Masse 0,032 (= 0,01 · 3,2) +
0,5 %-Masse

Abgesehen von dieser Berechnung, kann auch der Sulfataschegehalt anhand der Prüfmethode ASTM D 874 gemessen werden.

Es ist auch wichtig zu verstehen, dass Detergentien zwar den größten Beitrag zum Aschegehalt liefern, aber auch eine Reihe von anderen Additivkomponenten den Aschegehalt erhöhen. Die wesentlichen Quellen für Sulfatasche sind: Dispergentien, Detergentien, überbasische Detergentien und Verschleißschutzmittel.

Ein höherer Aschegehalt im Öl kann zu saubereren Motoren führen

Die Regel „mehr Asche verursacht mehr Ablagerungen“ folgt zwar einer gewissen Logik, denn wenn metallische Detergentien/Additive verbrennen, bilden sie Asche, die sich auf Motorbauteile, wie Kolben, Zylinderköpfe und Ventilschäfte ablagern können. Während eine geringe Menge an Ablagerungen auf den Ventilen durchaus dazu beitragen kann, einen Ventilsitzverschleiß zu verhindern, haben zu viele Ablagerungen unerwünschte und schädliche Folgen.

Im Gasmotorenbetrieb kann das Öl jedoch zu unterschiedlichen Arten von Ablagerungen wie Schlamm- und Lackbildung sowie Ascherückständen im Brennraum führen. Schlamm- und Lackbildung werden durch die Additive Dispergentien und Detergentien gesteuert. Das bedeutet, daß mit der richtigen Formulierung der Gasmotorenöle die Ablagerungstendenz im Vergleich zu herkömmlichen Gasmotorenölen deutlich verbessert werden kann. Folglich gibt es auf dem Markt sehr gute Produkte mit hohem Aschegehalt und einer außergewöhnlich geringen Tendenz zur Bildung von Ablagerungen, die demzufolge zu den „Clean Technology“-Produkten (Saubere Technologie) gehören.

Diese Aussage lässt sich anhand von Laborversuchen bestätigen. Das folgende Beispiel zeigt das Ergebnis eines Panel-Coker-Tests (Bestimmung des Detergiervermögens), bei dem das Öl mit einer Spindel auf eine Aluminiumplatte bei einer Temperatur gespritzt wird, die mit einer Brennkammertemperatur (>300°C) vergleichbar ist. Die Bilder der Aluminiumplatten stammen vom Ende des Tests.

higher ash gas engine oils
Gasmotorenöl der Gruppe III 0.8 % Sulfatasche ‘Saubere Technologie’
higher ash gas engine oils
Gasmotorenöl der Gruppe II 0,5 % Sulfatasche
higher ash gas engine oils
Gasmotorenöl der Gruppe III 0,5 % Sulfatasche

Die Ergebnisse bestätigen, daß das Produkt der ‚sauberen Technologie‘ besser abschneidet als die anderen Produkte, obwohl der Aschegehalt mit 0,8 % höher ist als die traditionellen Produkte mit 0,5 % Masse.

Und was ist mit dem ÖLverbrauch?

Auch der Ölverbrauch spielt bei der Tendenz zur Bildung von Ablagerungen eine große Rolle; ein höherer Ölverbrauch führt dazu, dass mehr Öl in der Brennkammer verbrannt wird. In modernen Gasmotoren kann der Ölverbrauch sehr niedrig sein und bei einigen Motoren sogar nur 0,05 g/kWh ausmachen.

In der Diskussion über den Ölverbrauch muss die Leistung des Gebrauchtöls berücksichtigt werden. Wenn das Öl frisch ist oder der Motor gerade grundlegend überholt wurde, wird der Ölverbrauch in der Regel unter Kontrolle gehalten und niedrig sein. Daher ist es wichtig, die Tendenz des Ölverbrauchs über einen längeren Zeitraum zu bewerten.

Gasmotorenöle, die eine Lackierung der Laufbuchsen, die Spiegelflächenbildung und einen Laufbuchsenverschleiß verhindern, weisen im Laufe der Zeit einen geringeren Ölverbrauch auf.

Betrachten Sie das Beispiel in der folgenden Grafik, bei dem der Gasmotor bis zu 45 Monate lang mit einem traditionellen Produkt geschmiert wurde; dann wurde der Motor überholt und der Besitzer wechselte zu einem modernen Gasmotorenöl. Der Unterschied zwischen den beiden Produkten ist nicht der Ölverbrauch unmittelbar nach der Überholung oder im frischen Zustand, sondern der geringe Ölverbrauch über längere Zeit.

higher ash gas engine oils

Der Grund, warum der Ölverbrauch auf einem niedrigen Niveau bleibt, ist die langfristig verbesserte Fähigkeit des Öls, Lack- und Spiegelflächenbildungen vorzubeugen. Tatsächlich können moderne stationäre Gasmotorenöle mit einem höheren Aschegehalt (≈ 0,8 %-Masse) und einer sauberen Technologie die Bildung von Ablagerungen in der Brennkammer verhindern, so zum Beispiel an Zylinderköpfen, Kolben, Laufbuchsen und Ventilen. Dies sind Schlüsselelemente zur Vermeidung von Frühzündung, Klopfen und das Festsetzen der Kolbenringe (Kolbenfresser); gleichzeitig ermöglichen sie eine verbesserte Kontrolle des Ölverbrauchs über längere Zeit.

Abschied von einer modernen Legende

Es gibt nach wie vor viele herkömmliche Gasmotorenöle auf dem Markt, auf welche die Regel „mehr Asche verursacht mehr Ablagerungen“ angewendet werden kann. Doch mit einer guten Gasmotorenöltechnologie bieten Produkte mit einem höheren Aschegehalt zusätzliche Leistungen in Bezug auf die Reinhaltung des Motors, die Kontrolle des Ölverbrauchs und verlängerte Ölwechselintervalle. Einige OEMs haben bereits Öle mit einem höheren Aschegehalt, z.B. Q8 Mahler G8 und Q8 Mahler GR8 für den Erdgasbetrieb, zugelassen, auch in Hochdruck-Stahlkolbenmotoren (BMEP). Diese Öle übertreffen die traditionellen Öle mit 0,5 %-Aschegehalt und halten den Motor sauberer. OEMs und Schmierstoffunternehmen sollten diese moderne Legende neu bewerten, um die Gasmotorenöl-Empfehlungen zu verbessern und den Einsatz besserer Schmierstoffe zu unterstützen.

Bitte zögern Sie nicht, meinen Artikeln weiterzuleiten, zu kommentieren oder mich zu kontaktieren, um das Thema ausführlicher zu erörtern.

Joris van der List

Von unserem Experten Joris van der List

Nach acht Jahren beim Q8Research-Institut in Rotterdam kam Joris van der List im Jahr 2011 zu Q8Oils. Als Maschinbau-Ingenieur bekleidet er die Position des Technology Manager und ist Experte für die Energiewirtschaft.

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