Ölzustandssensor richtig auswerten: Alterungstrend früh erkennen

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Ein einzelner Messwert der Dielektrizitätszahl oder Leitfähigkeit sagt noch nicht zuverlässig, ob ein Hydraulik- oder Schmieröl gewechselt werden muss. Zwei unterschiedliche Frischöle können bereits deutlich verschiedene Ausgangswerte besitzen. Auch Temperatur, Additivierung, Wassergehalt und Fremdstoffe beeinflussen die elektrischen Eigenschaften des Öls.

Der eigentliche Vorteil einer kontinuierlichen Ölzustandsüberwachung liegt deshalb im Trend. Wird ein definiertes Referenzöl unter vergleichbaren Bedingungen erfasst und anschließend beobachtet, wie sich relative Permittivität, Leitfähigkeit, Feuchte und Temperatur über Wochen oder Monate verändern, können schleichende Veränderungen wesentlich früher sichtbar werden als bei einer reinen Sichtprüfung.

Dabei muss zwischen langsamer Ölalterung und plötzlich auftretenden Ereignissen unterschieden werden. Ein kontinuierlicher Drift kann beispielsweise auf Oxidation und Veränderungen des Additivsystems hinweisen. Ein sprunghafter Messwertwechsel kann dagegen durch Fremdöl, Wasser, Nachfüllöl, Prozessflüssigkeit oder einen veränderten Betriebszustand verursacht werden.

Dielektrizitätszahl und Leitfähigkeit sollten deshalb niemals als isolierte absolute Grenzwerte bewertet werden. Entscheidend sind Referenzzustand, Temperatur, zeitlicher Verlauf und die gemeinsame Betrachtung mehrerer Ölzustandsparameter.

Passende Sensoren finden Sie bei ICS Schneider unter Ölzustandssensoren sowie in der übergeordneten Kategorie Durchflussmesstechnik.

Für die kontinuierliche Überwachung eignet sich beispielsweise der HySense CM100. Er erfasst relative Feuchtigkeit, relative Permittivität, Leitfähigkeit und Temperatur und ermöglicht damit eine kombinierte Bewertung des Ölzustands. Für eine umfassendere mobile Analyse steht außerdem das HySense CX197 Service-Mess-Set zur Verfügung.

Warum Ölzustand nicht mit einem einzelnen Messwert bewertet werden sollte

Technische Öle sind komplexe Gemische aus:

• Basisöl,
• Verschleißschutzadditiven,
• Oxidationsinhibitoren,
• Korrosionsschutzadditiven,
• Detergentien beziehungsweise Dispergatoren,
• Viskositätsverbesserern,
• weiteren produktspezifischen Additiven.

Diese Zusammensetzung bestimmt bereits im Neuzustand die elektrischen Eigenschaften des Öls.

Ein Messwert von beispielsweise:

εr = 2,3

kann bei einem bestimmten Öl völlig normal sein, bei einem anderen Öl jedoch bereits deutlich vom ursprünglichen Zustand abweichen.

Der Ausgangszustand ist deshalb entscheidend

Ein Ölzustandssensor wird besonders aussagekräftig, wenn seine Messwerte mit einem bekannten Referenzzustand verglichen werden.

Die zentrale Frage lautet nicht:

Ist dieser absolute Wert gut oder schlecht?

sondern:

Wie stark hat sich dieser Wert gegenüber dem definierten Ausgangszustand verändert?

Genau daraus entsteht der Nutzen einer kontinuierlichen Trendüberwachung.

Was bei der Alterung von Öl passiert

Öl verändert sich während des Betriebs chemisch und physikalisch.

Ein wesentlicher Alterungsmechanismus ist die Oxidation. Sauerstoff reagiert mit Bestandteilen des Öls. Dieser Prozess kann durch hohe Temperaturen, metallische Verschleißpartikel und andere Einflussgrößen beschleunigt werden.

Im Verlauf können unter anderem entstehen:

• polare Oxidationsprodukte,
• Säuren,
• Lack- und Harzbildner,
• Schlamm,
• Additivabbauprodukte.

Dadurch verändern sich Eigenschaften wie:

• Viskosität,
• Permittivität,
• elektrische Leitfähigkeit,
• Wasseraufnahmevermögen,
• Säurezahl,
• Farbe und Geruch.

Online-Sensoren erfassen nicht jede dieser Größen direkt

Ein Ölzustandssensor misst bestimmte physikalische Parameter und erkennt deren Veränderung.

Aus diesen Veränderungen können Rückschlüsse auf einen veränderten Ölzustand gezogen werden.

Ein Ölzustandssensor misst deshalb nicht direkt „die Oxidation“ oder „die Restlebensdauer“ des Öls. Er misst physikalische Kenngrößen, aus deren Entwicklung der Zustand bewertet wird.

Was die relative Permittivität über das Öl aussagt

Die relative Permittivität wird häufig auch als:

Dielektrizitätszahl εr

bezeichnet.

Sie beschreibt, wie stark ein Material ein elektrisches Feld gegenüber dem Vakuum beeinflusst.

Bei einem vereinfachten Kondensator gilt:

C = ε0 × εr × A / d

Dabei ist:

• C = Kapazität,
• ε0 = elektrische Feldkonstante,
• εr = relative Permittivität des Mediums,
• A = Elektrodenfläche,
• d = Elektrodenabstand.

Verändert sich die Zusammensetzung des Öls, verändert sich häufig auch seine relative Permittivität.

Mögliche Ursachen einer Änderung sind

• Oxidation,
• Alterung des Additivsystems,
• Wassereintrag,
• Vermischung mit einem anderen Öl,
• Kraftstoff- oder Prozessmedieneintrag,
• andere polare Verunreinigungen.

Die Richtung der Veränderung ist nicht universell

Es wäre deshalb falsch, grundsätzlich zu behaupten:

Permittivität steigt = Öl ist schlecht

Die Änderung muss immer relativ zum verwendeten Öl und dessen Ausgangszustand betrachtet werden.

Besonders aussagekräftig ist deshalb:

Δεr = εr,aktuell - εr,Referenz

oder bei temperaturkompensierten Werten:

Δεr40 = εr40,aktuell - εr40,Referenz

Warum die elektrische Leitfähigkeit wichtig ist

Auch ein technisch isolierend wirkendes Öl besitzt eine endliche elektrische Leitfähigkeit.

Die Leitfähigkeit:

σ

wird bei Ölzustandssensoren häufig in sehr kleinen Einheiten wie:

pS/m

angegeben.

Sie hängt unter anderem ab von:

• Basisöl,
• Additivpaket,
• polaren Alterungsprodukten,
• Feuchtigkeit,
• Verunreinigungen,
• Temperatur.

Auch die Leitfähigkeit ist öltypspezifisch

Zwei frische Hydrauliköle gleicher Viskositätsklasse können aufgrund ihrer unterschiedlichen Additivierung bereits deutlich unterschiedliche Leitfähigkeiten besitzen.

Ein absoluter Leitfähigkeitswert darf deshalb nicht ohne Kenntnis des verwendeten Öls bewertet werden.

Interessant ist wiederum die Veränderung

Beispielsweise kann ausgewertet werden:

Δσ40 = σ40,aktuell - σ40,Referenz

Zusätzlich lässt sich eine relative Änderung darstellen:

Δσrel = (σaktuell - σReferenz) / σReferenz × 100 %

Ob ein positiver oder negativer Trend kritisch ist, muss anhand des konkreten Öls und der Anwendung beurteilt werden.

Warum die Temperatur immer mit ausgewertet werden muss

Elektrische Öleigenschaften sind temperaturabhängig.

Wird die Leitfähigkeit beispielsweise morgens bei kalter Maschine und nach mehreren Betriebsstunden bei deutlich höherer Öltemperatur verglichen, kann ein Messwertunterschied allein durch die Temperatur entstehen.

Dasselbe gilt in unterschiedlichem Maß auch für andere Ölzustandsparameter.

Unkompensierte Werte sollten deshalb nur unter vergleichbaren Bedingungen verglichen werden

Geeignet sind beispielsweise:

• gleiche Betriebstemperatur,
• gleicher Maschinenzustand,
• vergleichbare Belastung,
• vergleichbare Probenahmestelle.

Temperaturkompensierte Werte vereinfachen die Trendbewertung

Der HySense CM100 stellt unter anderem temperaturkompensierte Werte der Permittivität und Leitfähigkeit bezogen auf:

40 °C

zur Verfügung.

Damit können Messungen unter wechselnden Öltemperaturen besser miteinander verglichen werden.

Temperaturkompensation beseitigt jedoch nicht jede Prozessabhängigkeit. Sie verbessert die Vergleichbarkeit, ersetzt aber keine Bewertung des tatsächlichen Betriebszustands.

Feuchtigkeit als zusätzlicher Zustandsparameter

Wasser kann den Ölzustand sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen.

Mögliche Folgen sind:

• Korrosion,
• beschleunigte Oxidation,
• Additivabbau,
• Beeinträchtigung des Schmierfilms,
• Schlammbildung,
• Filterprobleme.

Gleichzeitig beeinflusst Wasser auch elektrische Eigenschaften des Öls.

Deshalb ist eine Veränderung von Permittivität oder Leitfähigkeit nicht automatisch ausschließlich auf Ölalterung zurückzuführen.

Die Kombination mehrerer Messgrößen verbessert die Interpretation

Steigt beispielsweise gleichzeitig die relative Feuchtigkeit deutlich an, muss geprüft werden, ob die Veränderung der elektrischen Parameter zumindest teilweise auf Wassereintrag zurückzuführen ist.

Bleibt die Feuchtigkeit dagegen stabil und verändern sich Permittivität und Leitfähigkeit über einen langen Zeitraum kontinuierlich, kann ein Alterungsprozess wahrscheinlicher sein.

Wie Wasseraktivität, Temperatur und ppm-Wert bei technischen Ölen zusammenhängen, wird zusätzlich im Fachbeitrag Wasseraktivität in Öl messen: Feuchtigkeit in Hydraulik-, Schmier- und Transformatorenöl richtig bewerten erläutert.

Warum ein Referenzwert für Frischöl erforderlich ist

Eine zuverlässige Trendanalyse benötigt einen definierten Ausgangszustand.

Optimal ist eine Baseline mit dem tatsächlich eingesetzten Öl

Dazu sollte das:

• richtige Ölprodukt,
• mit dem richtigen Additivpaket,
• im tatsächlichen System,
• bei stabilem Betriebszustand

erfasst werden.

Nach einem vollständigen Ölwechsel sollte nicht zwangsläufig der allererste Messwert als Referenz verwendet werden.

Zunächst muss sichergestellt sein, dass:

• das Öl ausreichend durchmischt ist,
• der Sensor vollständig benetzt ist,
• keine Luftblasen an der Messstelle vorhanden sind,
• die Temperatur einen repräsentativen Betriebszustand erreicht hat,
• Restöl aus vorherigen Befüllungen berücksichtigt wurde.

Mehrere Ausgangswerte sind besser als ein Einzelwert

Aus mehreren Messpunkten kann ein stabiler Referenzbereich gebildet werden.

Beispielsweise:

εr40,Referenz = Mittelwert stabiler Anfangswerte

und:

σ40,Referenz = Mittelwert stabiler Anfangswerte

Dadurch wird vermieden, dass ein zufälliger Momentanwert die gesamte spätere Bewertung verschiebt.

Alterungstrend statt Einzelwert bewerten

Der größte Vorteil einer Online-Messung besteht darin, dass nicht nur einzelne Stichproben vorliegen.

Stattdessen entsteht eine Zeitreihe:

Messwert = f(t)

Damit lassen sich langsame Veränderungen erkennen, die bei einzelnen Laborproben möglicherweise unauffällig bleiben.

Typische Trenddarstellung

Sinnvoll ist beispielsweise die parallele Aufzeichnung von:

• relativer Permittivität bei 40 °C,
• Leitfähigkeit bei 40 °C,
• relativer Feuchtigkeit,
• Öltemperatur.

Optional können weitere Zustandsgrößen ergänzt werden, beispielsweise:

• Viskosität,
• Partikelanzahl,
• ferromagnetischer Verschleiß,
• Betriebsstunden,
• Maschinenlast.

Normalisierung auf den Startwert

Für die Visualisierung kann der Startwert auf:

100 %

gesetzt werden.

Dann lässt sich beispielsweise darstellen:

Indexε = εaktuell / εReferenz × 100

Ein Wert von:

105 %

bedeutet dann lediglich, dass der aktuelle Messwert 5 % über dem Referenzwert liegt.

Ob diese Veränderung akzeptabel oder kritisch ist, muss separat definiert werden.

Änderungsrate zur Früherkennung nutzen

Nicht nur die absolute Abweichung vom Referenzwert kann interessant sein.

Auch die Geschwindigkeit einer Veränderung liefert zusätzliche Informationen.

Vereinfacht lässt sich eine Änderungsrate berechnen als:

Änderungsrate = (Messwert2 - Messwert1) / (t2 - t1)

Ein langsamer Drift

über viele Betriebsstunden kann beispielsweise mit normaler Alterung zusammenhängen.

Ein plötzlich stark beschleunigter Trend

kann dagegen auf eine veränderte Betriebsbedingung oder einen Fehler hindeuten.

Beispiele sind:

• Übertemperatur,
• Wassereintrag,
• Vermischung mit Fremdöl,
• Prozessmedium im Öl,
• ungewöhnliche Maschinenbelastung.

Damit kann ein Condition-Monitoring-System nicht nur auf einen Grenzwert reagieren, sondern bereits eine ungewöhnliche Entwicklung erkennen.

Langsamer Drift oder plötzlicher Messwertsprung?

Die zeitliche Form einer Messwertänderung ist oft genauso wichtig wie deren Größe.

Messwertverhalten	Mögliche Interpretation	Sinnvolle Prüfung
Langsamer kontinuierlicher Drift	Alterung beziehungsweise schleichende Veränderung möglich	Trend mit Laborwerten und Betriebsstunden vergleichen
Sprunghafte Änderung nach Nachfüllung	Andere Eigenschaften des Nachfüllöls	Ölprodukt und Charge prüfen
Permittivität und Feuchte steigen gleichzeitig	Wassereintrag möglich	Feuchtequelle und Kühler prüfen
Werte ändern sich gleichzeitig mit Temperatur	Temperatureinfluss möglich	40-°C-kompensierte Werte betrachten
Plötzliche Änderung mehrerer Parameter	Fremdmedium oder Ölvermischung möglich	Ölprobe und Anlagenzustand prüfen
Stark unruhiges Signal	Luft, schlechte Benetzung oder instabile Messstelle möglich	Einbauposition und Ölstrom prüfen
Wert ändert sich nach Ölwechsel dauerhaft	Neue Ölsorte oder anderes Additivpaket	Neue Baseline erstellen

Ein sprunghafter Messwert ist deshalb nicht automatisch ein Zeichen beschleunigter Ölalterung.

Permittivität, Leitfähigkeit, Feuchte und Temperatur gemeinsam interpretieren

Die Aussagekraft steigt, wenn mehrere Messgrößen gleichzeitig betrachtet werden.

Beobachtung	Mögliche Erklärung
Permittivität driftet, Leitfähigkeit driftet, Feuchte stabil	Chemische Ölveränderung beziehungsweise Alterung möglich
Permittivität steigt und Feuchte steigt deutlich	Wassereintrag als Ursache prüfen
Leitfähigkeit springt nach Ölwechsel	Andere Ölformulierung beziehungsweise Additivierung möglich
Alle Rohwerte verändern sich mit Temperatur	Temperatureinfluss vor Zustandsbewertung kompensieren
Temperatur steigt dauerhaft und Alterungstrend beschleunigt sich	Thermische Belastung des Öls prüfen
Elektrische Parameter stabil, Verschleißpartikel steigen	Mechanisches Problem kann trotz noch stabilem Ölzustand vorliegen

Condition Monitoring benötigt Kontext

Zusätzliche Prozessinformationen können die Bewertung deutlich verbessern.

Dazu gehören:

• Betriebsstunden,
• Öltemperatur,
• Maschinenlast,
• Druck,
• Filterwechsel,
• Nachfüllmengen,
• Ölwechsel,
• Wartungsarbeiten.

Wird beispielsweise unmittelbar nach einem Nachfüllen ein Sprung der Leitfähigkeit festgestellt, ist diese Information für die Interpretation entscheidend.

Warum es keine universellen Grenzwerte gibt

Ein häufiger Fehler bei der Einführung von Ölzustandsmonitoring besteht darin, sofort nach einem allgemeingültigen Alarmwert zu suchen.

Ein universeller Grenzwert für:

εr

oder:

σ

ist für unterschiedliche Öle in der Regel nicht sinnvoll.

Grenzwerte sollten auf der Anwendung basieren

Geeignete Grundlagen sind beispielsweise:

• Messwerte des Frischöls,
• historische Messdaten der Maschine,
• Laboranalysen,
• Herstellerempfehlungen des Schmierstoffs,
• Maschinenherstellergrenzen,
• Erfahrungen mit früheren Ölwechseln.

Mehrstufige Warnungen sind häufig sinnvoll

Beispielsweise können unterschieden werden:

• Normalbereich,
• Vorwarnbereich,
• kritischer Bereich.

Zusätzlich kann eine ungewöhnlich hohe Änderungsrate einen Alarm auslösen, obwohl der eigentliche absolute Grenzwert noch nicht erreicht wurde.

Ölwechsel nicht allein nach Betriebsstunden entscheiden

Traditionell werden Öle häufig nach festen Intervallen gewechselt:

z. B. nach x Betriebsstunden

Dieses Vorgehen ist einfach, berücksichtigt aber die tatsächliche Belastung des Öls nur eingeschränkt.

Zwei baugleiche Anlagen können trotz gleicher Betriebsstunden einen völlig unterschiedlichen Ölzustand besitzen.

Einflussfaktoren sind beispielsweise

• mittlere Öltemperatur,
• Temperaturspitzen,
• Wassereintrag,
• Schmutzeintrag,
• Maschinenlast,
• Tankvolumen,
• Nachfüllmengen,
• Filtration,
• Umgebungsbedingungen.

Condition Based Maintenance versucht deshalb, den Wartungszeitpunkt stärker am tatsächlichen Zustand auszurichten.

Online-Messung ersetzt die fachliche Ölwechselentscheidung jedoch nicht

Der Sensor liefert zusätzliche Zustandsinformationen.

Bei kritischen Veränderungen sollte die Ursache geklärt und bei Bedarf eine Laboranalyse durchgeführt werden, bevor allein aus einem einzelnen Sensorwert ein Ölwechsel abgeleitet wird.

Ölzustandssensor richtig einbauen

Ein Ölzustandssensor kann nur das Öl beurteilen, das tatsächlich an seiner Messstelle vorbeiströmt.

Die Einbauposition ist deshalb ein wesentlicher Teil der Messaufgabe.

Eine geeignete Messstelle sollte

• repräsentatives Öl erfassen,
• ausreichend durchströmt sein,
• den Sensor vollständig benetzen,
• keine dauerhaften Luftblasen enthalten,
• innerhalb des zulässigen Druck- und Temperaturbereichs liegen,
• für Wartung zugänglich sein.

Rücklauf oder Bypass können sinnvoll sein

Je nach Anlage kann eine Messstelle im gut durchmischten Rücklauf oder in einem definiert durchströmten Bypass eine repräsentative Messung ermöglichen.

Entscheidend ist nicht allein die Position im Schaltplan, sondern ob tatsächlich kontinuierlich Öl aus dem relevanten Kreislauf am Sensor vorbeigeführt wird.

Druckbereich beachten

Beim HySense CM100 nennt ICS Schneider einen maximalen Betriebsdruck von:

50 bar

Eine direkte Montage in einer Hochdruckleitung oberhalb dieses Bereichs ist deshalb nicht zulässig.

In solchen Anlagen kann ein geeigneter Niederdruckbereich oder ein entsprechend ausgelegter Mess- beziehungsweise Bypasskreis erforderlich sein.

Warum Luftblasen und Toträume problematisch sind

Sensoren für Permittivität und Leitfähigkeit benötigen einen definierten Kontakt mit dem Öl.

Befinden sich Luftblasen im Bereich der Messelektroden, sieht der Sensor nicht mehr ausschließlich das Öl.

Dadurch können unplausible oder stark schwankende Messwerte entstehen.

Problematische Einbausituationen sind beispielsweise

• hoch gelegene Stellen mit Luftansammlung,
• nicht vollständig gefüllte Rohrleitungen,
• Saugseiten mit Kavitation beziehungsweise Lufteintrag,
• Toträume mit kaum ausgetauschtem Öl,
• Bereiche unmittelbar hinter stark belüftenden Rückläufen.

Ein scheinbarer Ölzustandstrend kann dadurch in Wirklichkeit lediglich eine Änderung der Messstellenbedingungen sein.

4–20 mA und digitale Schnittstellen richtig auswerten

Der HySense CM100 bietet neben RS232 und CANopen auch analoge:

4 … 20 mA

Signale.

Die analogen Ausgänge können abhängig von der Parametrierung unterschiedlichen Ölzustandsgrößen zugeordnet werden.

Dazu gehören unter anderem:

• Temperatur,
• relative Feuchtigkeit,
• relative Permittivität,
• temperaturkompensierte Permittivität bei 40 °C,
• Leitfähigkeit,
• temperaturkompensierte Leitfähigkeit bei 40 °C.

Bei der SPS-Integration muss die Skalierung eindeutig dokumentiert werden

Ein Eingangswert von:

12 mA

hat ohne Kenntnis der konfigurierten Messgröße und Skalierung keine eindeutige physikalische Bedeutung.

Zu dokumentieren sind deshalb mindestens:

• Messgröße,
• 4-mA-Wert,
• 20-mA-Wert,
• Einheit,
• Temperaturkompensation,
• Alarmfunktion.

Trenddaten sinnvoll speichern und darstellen

Ein Condition-Monitoring-System sollte nicht nur den aktuellen Wert anzeigen.

Wichtiger ist die Historie.

Eine geeignete Trendansicht enthält beispielsweise

• Permittivität beziehungsweise P40,
• Leitfähigkeit beziehungsweise C40,
• relative Feuchtigkeit,
• Temperatur,
• Zeit beziehungsweise Betriebsstunden.

Ereignisse sollten zusätzlich markiert werden

Beispiele:

• Ölwechsel,
• Nachfüllung,
• Filterwechsel,
• Maschinenstillstand,
• Übertemperatur,
• Reparatur eines Wärmetauschers.

Dadurch lässt sich später nachvollziehen, ob eine Messwertänderung mit einem konkreten Ereignis zusammenhängt.

Nicht jede kurzfristige Schwankung ist relevant

Für langfristige Alterungstrends kann eine geeignete Mittelwertbildung helfen, kurzfristiges Prozessrauschen von einer nachhaltigen Veränderung zu unterscheiden.

Gleichzeitig sollte die Rohdatenauflösung ausreichend hoch bleiben, damit plötzliche Ereignisse nicht vollständig herausgefiltert werden.

Online-Sensor und Laboranalyse richtig kombinieren

Online-Ölzustandssensoren und Laboranalysen erfüllen unterschiedliche Aufgaben.

Der Online-Sensor besitzt seinen größten Vorteil bei

• kontinuierlicher Überwachung,
• Erkennung zeitlicher Veränderungen,
• Erkennung plötzlicher Ereignisse,
• automatischer Alarmierung.

Eine Laboranalyse kann dagegen weitere Parameter bestimmen

Je nach Untersuchungsumfang beispielsweise:

• kinematische Viskosität,
• Säurezahl,
• Additivelemente,
• Verschleißmetalle,
• Wassergehalt,
• Oxidationskennwerte,
• Partikelkontamination.

Die Kombination ist besonders leistungsfähig:

Online-Trend erkennt Veränderung → Laboranalyse hilft Ursache zu bestimmen

So muss nicht jede Ölprobe in festen kurzen Intervallen genommen werden. Stattdessen können auffällige Trends gezielt weiter untersucht werden.

Typische Fehlerbilder bei der Ölzustandsüberwachung

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Permittivität verändert sich täglich mit Maschinenstart	Temperatureinfluss	Temperatur beziehungsweise P40 vergleichen
Leitfähigkeit springt direkt nach Ölwechsel	Andere Ölformulierung	Neue Baseline für das neue Öl erstellen
Permittivität und Feuchtigkeit steigen gleichzeitig	Wassereintrag möglich	Feuchtequelle und Ölprobe prüfen
Messwerte schwanken stark	Luftblasen oder ungleichmäßige Benetzung	Einbaustelle und Ölstrom kontrollieren
Trend reagiert sehr langsam	Sensor sitzt in schlecht durchströmtem Totraum	Messstelle prüfen beziehungsweise Bypass verwenden
Messwerte sind nach Nachfüllung plötzlich anders	Nachfüllöl besitzt andere Eigenschaften	Produkt und Charge vergleichen
Sensor zeigt Änderung, Laborprobe erscheint normal	Unterschiedliche Messzeitpunkte oder Messgrößen	Probe zeitgleich an repräsentativer Stelle entnehmen
Ölzustandsindex verschlechtert sich ungewöhnlich schnell	Übertemperatur oder Kontamination möglich	Temperaturhistorie und Prozesszustand prüfen
Nach Sensorreinigung verändert sich der Messwert	Ablagerungen an der Messstelle	Einbaubedingungen und Ölreinheit prüfen
Fester Grenzwert funktioniert bei anderem Öl nicht	Andere Basisöl- oder Additiveigenschaften	Ölspezifische Referenzwerte verwenden

Praxisbeispiel: schleichende Ölalterung erkennen

Eine Hydraulikanlage arbeitet über mehrere Schichten mit stark schwankender Belastung.

Nach einem Ölwechsel wird das neue Öl zunächst unter stabilen Betriebsbedingungen erfasst.

Als Referenz werden unter anderem gespeichert:

εr40,Referenz

und:

σ40,Referenz

Zusätzlich werden relative Feuchtigkeit und Öltemperatur aufgezeichnet.

Phase 1: stabiler Betrieb

Über mehrere Wochen bewegen sich die temperaturkompensierten Werte innerhalb eines engen Bereichs.

Temperatur und Feuchtigkeit schwanken mit dem Maschinenbetrieb, die langfristigen elektrischen Kennwerte bleiben jedoch weitgehend stabil.

Phase 2: langsamer Drift

Im weiteren Betrieb beginnen Permittivität und Leitfähigkeit unter vergleichbaren Bedingungen kontinuierlich vom Referenzzustand abzuweichen.

Die relative Feuchtigkeit zeigt dagegen keinen vergleichbaren Sprung.

Die Änderung erfolgt nicht plötzlich, sondern entwickelt sich über viele Betriebsstunden.

Phase 3: beschleunigte Veränderung

Nach einer Periode mit erhöhten Öltemperaturen nimmt die Änderungsrate der elektrischen Kennwerte deutlich zu.

Das Condition-Monitoring-System erkennt damit nicht nur die absolute Abweichung, sondern auch die beschleunigte Veränderung.

Weitere Prüfung

Eine gezielte Ölprobe wird entnommen und im Labor untersucht.

Die Ergebnisse werden anschließend mit:

• Online-Trend,
• Betriebsstunden,
• Temperaturhistorie,
• Wartungshistorie

verglichen.

Auf dieser Grundlage kann entschieden werden, ob das Öl weiter betrieben, genauer überwacht oder gewechselt werden sollte.

Ergebnis

Der Vorteil der kontinuierlichen Messung besteht nicht darin, einen universellen „Öl gut / Öl schlecht“-Wert zu erzeugen. Sie macht sichtbar, wann und wie sich das Öl gegenüber seinem ursprünglichen Zustand verändert.

Ölzustandsüberwachung systematisch in Betrieb nehmen

1. Öl eindeutig bestimmen: Hersteller, Produkttyp, Viskositätsklasse und möglichst genaue Bezeichnung dokumentieren.
2. Messaufgabe definieren: Alterung, Feuchtigkeit, Kontamination, Verschleiß oder mehrere Zustände überwachen.
3. Sensor auswählen: Benötigte Messgrößen und Schnittstellen festlegen.
4. Prozessdaten prüfen: Temperatur, Druck und Mediumverträglichkeit mit dem Sensor vergleichen.
5. Messstelle auswählen: Repräsentativen und ausreichend durchströmten Einbauort bestimmen.
6. Luft und Toträume vermeiden: Vollständige Benetzung des Sensors sicherstellen.
7. Elektrische Signale parametrieren: 4–20-mA-Kanäle beziehungsweise digitale Kommunikation eindeutig zuordnen.
8. Temperaturkompensation verwenden: Für Langzeitvergleiche möglichst P40 und C40 beziehungsweise vergleichbare kompensierte Größen nutzen.
9. Referenzzustand erfassen: Nach stabiler Inbetriebnahme mehrere Ausgangswerte des bekannten Öls speichern.
10. Trendaufzeichnung starten: Permittivität, Leitfähigkeit, Feuchtigkeit und Temperatur gemeinsam speichern.
11. Betriebsereignisse dokumentieren: Ölwechsel, Nachfüllung, Filterwechsel und Störungen markieren.
12. Vorwarnungen definieren: Zunächst auf Basis des eigenen Referenzzustands und vorhandener Erfahrungswerte.
13. Änderungsrate überwachen: Ungewöhnlich schnelle Veränderungen zusätzlich zum Absolutwert bewerten.
14. Auffälligkeiten verifizieren: Bei Bedarf Ölprobe und Laboranalyse durchführen.
15. Grenzwerte optimieren: Online-Daten, Laborwerte und reale Maschinenzustände über längere Zeit miteinander vergleichen.

Passende Ölzustandssensoren bei ICS Schneider

HySense CM100 für kontinuierliche Ölzustandsüberwachung

Der HySense CM100 erfasst mehrere Ölzustandsparameter gleichzeitig.

ICS Schneider beziehungsweise Hydrotechnik nennen unter anderem:

• relative Permittivität,
• relative Feuchtigkeit,
• elektrische Leitfähigkeit,
• Temperatur,
• Messbereich relative Permittivität 1 … 7,
• Messbereich relative Feuchtigkeit 0 … 100 % r.F.,
• Messbereich Leitfähigkeit 100 … 800.000 pS/m,
• Betriebstemperatur -20 … +85 °C,
• maximalen Betriebsdruck 50 bar,
• RS232, CANopen und 4 … 20 mA,
• elektrischen Anschluss M12, 8-polig,
• Schutzart IP67.

Temperaturkompensierte Zustandsgrößen

Für die Auswertung stellt der Sensor unter anderem:

• Permittivität bei aktueller Temperatur,
• Permittivität bezogen auf 40 °C,
• Leitfähigkeit bei aktueller Temperatur,
• Leitfähigkeit bezogen auf 40 °C

zur Verfügung.

Gerade für langfristige Trendanalysen sind die auf eine definierte Temperatur bezogenen Werte interessant, weil wechselnde Betriebstemperaturen die direkte Vergleichbarkeit der Rohwerte erschweren können.

Anlernphase und Zustandsbewertung

Der HySense CM100 ist für eine zustandsorientierte Überwachung ausgelegt. Nach einer Anlernphase können die erfassten Ölzustandsparameter über implementierte Zustandsalgorithmen bewertet werden.

In Verbindung mit geeigneten Messgeräten der MultiSystem Reihe können unter anderem:

• Grenzwerte definiert,
• Messwerte gespeichert,
• Historien dargestellt,
• Zustände visualisiert,
• Messdaten exportiert

werden.

HySense CX197 für eine umfassendere mobile Ölzustandsanalyse

Das HySense CX197 kombiniert mehrere Sensoren in einem Service-Mess-Set.

Erfasst werden unter anderem:

• Partikelanzahl,
• Viskosität,
• relative Feuchtigkeit,
• relative Permittivität,
• Leitfähigkeit,
• Temperatur.

Damit eignet sich das Set insbesondere für mobile Diagnose- und Serviceaufgaben, bei denen neben den elektrischen Ölzustandsparametern auch Viskosität und Partikelkontamination betrachtet werden sollen.

ICS nennt einen maximalen Betriebsdruck von:

45 bar

und einen Betriebstemperaturbereich von:

-20 … +85 °C

HySense CW100 zur Verschleißüberwachung

Ein Öl kann hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften noch vergleichsweise stabil erscheinen, während gleichzeitig ein mechanischer Schaden entsteht.

Der HySense CW100 ergänzt die Ölzustandsüberwachung deshalb um die Detektion ferromagnetischer Verschleißpartikel.

Der Sensor unterscheidet zwischen:

• feinen ferromagnetischen Partikeln im µm-Bereich,
• gröberen Partikeln im mm-Bereich.

Dadurch kann zusätzlich zum Zustand des Schmierstoffs die Entwicklung mechanischen Verschleißes überwacht werden.

Weitere Lösungen finden Sie unter Ölzustandssensoren bei ICS Schneider.

Fazit

Eine Online-Ölzustandsüberwachung ermöglicht eine wesentlich detailliertere Betrachtung als ein einzelner Ölzustandswert oder ein ausschließlich nach Betriebsstunden festgelegtes Wartungsintervall.

Permittivität zeigt Veränderungen der Ölzusammensetzung

Alterung, Wasser, Fremdöl und andere Verunreinigungen können die relative Permittivität beeinflussen. Entscheidend ist deshalb die Abweichung vom bekannten Ausgangszustand.

Leitfähigkeit liefert eine zusätzliche unabhängige Information

Auch sie reagiert auf Ölformulierung, Additive, Alterungsprodukte, Feuchtigkeit und Kontamination. Ein universeller Absolutgrenzwert ist deshalb meist nicht sinnvoll.

Temperatur muss immer berücksichtigt werden

Für langfristige Vergleiche sind temperaturkompensierte Größen wie Permittivität und Leitfähigkeit bezogen auf 40 °C besonders hilfreich.

Mehrere Messgrößen erhöhen die Aussagekraft

Permittivität, Leitfähigkeit, Feuchtigkeit und Temperatur gemeinsam betrachtet ermöglichen eine wesentlich bessere Interpretation als ein einzelner Sensorwert.

Der Trend ist wichtiger als eine Momentaufnahme

Langsame Drifts, sprunghafte Veränderungen und die Änderungsrate liefern unterschiedliche Informationen über den Zustand von Öl und Anlage.

Online- und Laboranalyse ergänzen sich

Der Online-Sensor erkennt, wann sich etwas verändert. Eine gezielte Laboranalyse kann anschließend helfen, die Ursache genauer zu bestimmen.

Für die Praxis gilt

Öltyp dokumentieren → Messgrößen auswählen → repräsentative Messstelle festlegen → Temperatur, Druck und Mediumverträglichkeit prüfen → Sensor vollständig benetzen → Referenzzustand mit bekanntem Öl erfassen → temperaturkompensierte Werte verwenden → Permittivität, Leitfähigkeit, Feuchtigkeit und Temperatur gemeinsam aufzeichnen → langsamen Drift und schnelle Änderungen getrennt bewerten → Wartungsereignisse dokumentieren → Warnwerte aus realen Trends und Laboranalysen ableiten → auffällige Veränderungen verifizieren → Ölwechselentscheidung auf den tatsächlichen Zustand statt ausschließlich auf Betriebsstunden stützen.

FAQ: Ölzustand online überwachen und Alterungstrends richtig bewerten

Was misst ein Ölzustandssensor?

Je nach Sensortyp können unter anderem relative Permittivität, elektrische Leitfähigkeit, Feuchtigkeit, Temperatur, Viskosität und Partikel erfasst werden.

Was bedeutet Dielektrizitätszahl bei Öl?

Die Dielektrizitätszahl beziehungsweise relative Permittivität beschreibt die elektrischen dielektrischen Eigenschaften des Öls. Änderungen können auf eine veränderte Ölzusammensetzung hinweisen.

Ist eine steigende Permittivität immer ein Zeichen für Ölalterung?

Nein. Auch Wasser, Fremdöl und andere Kontaminationen können die Permittivität verändern. Die Entwicklung muss zusammen mit den anderen Zustandsparametern bewertet werden.

Warum ist ein Referenzwert erforderlich?

Unterschiedliche Frischöle besitzen unterschiedliche Ausgangswerte. Erst der Vergleich mit dem bekannten Ausgangszustand des tatsächlich eingesetzten Öls macht den langfristigen Trend aussagekräftig.

Was bedeutet relative Permittivität?

Sie beschreibt das Verhältnis der Permittivität des Mediums zur Permittivität des Vakuums und ist eine dimensionslose Größe.

Warum verändert sich die Permittivität bei Ölalterung?

Chemische Veränderungen und die Bildung polarer Alterungsprodukte können die elektrischen Eigenschaften des Öls verändern und dadurch auch die Permittivität beeinflussen.

Was sagt die Leitfähigkeit eines Hydrauliköls aus?

Die elektrische Leitfähigkeit hängt unter anderem vom Basisöl, Additivsystem, Alterungsprodukten, Feuchtigkeit, Verunreinigungen und der Temperatur ab.

Ist eine hohe Leitfähigkeit grundsätzlich schlecht?

Nein. Der absolute Wert hängt stark vom verwendeten Öl ab. Für Condition Monitoring ist deshalb häufig die Veränderung gegenüber dem Referenzzustand wichtiger.

Warum wird die Leitfähigkeit in pS/m angegeben?

Technische Öle besitzen häufig eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Deshalb werden entsprechend kleine Einheiten wie Pikosiemens pro Meter verwendet.

Warum muss die Öltemperatur mitgemessen werden?

Permittivität, Leitfähigkeit und weitere Ölparameter sind temperaturabhängig. Ohne Temperaturinformation können normale Betriebsänderungen fälschlich als Ölzustandsänderung interpretiert werden.

Was bedeutet P40?

Bei der HySense-Auswertung bezeichnet P40 die auf 40 °C bezogene beziehungsweise temperaturkompensierte relative Permittivität.

Was bedeutet C40?

C40 bezeichnet die auf 40 °C bezogene beziehungsweise temperaturkompensierte elektrische Leitfähigkeit.

Warum sind P40 und C40 für Trends interessant?

Sie reduzieren den direkten Einfluss wechselnder Öltemperaturen und verbessern dadurch die Vergleichbarkeit zeitlich auseinanderliegender Messwerte.

Kann Wasser die Permittivität verändern?

Ja. Wassereintrag kann die elektrischen Eigenschaften des Öls beeinflussen. Deshalb sollte die Feuchtigkeit möglichst gemeinsam mit Permittivität und Leitfähigkeit ausgewertet werden.

Kann ein Ölzustandssensor Wasser erkennen?

Der HySense CM100 erfasst neben Permittivität und Leitfähigkeit auch die relative Feuchtigkeit des Öls.

Was bedeutet relative Feuchtigkeit im Öl?

Sie beschreibt vereinfacht, wie nahe das Öl bei der jeweiligen Temperatur an seinem Wassersättigungszustand liegt. Die genaue Interpretation ist vom Messprinzip abhängig.

Warum ist eine Trendmessung besser als ein einzelner Messwert?

Ein Trend zeigt, ob sich ein Parameter langsam, schnell oder sprunghaft verändert. Dadurch lassen sich Alterung und plötzliche Störungen besser voneinander unterscheiden.

Was kann ein plötzlicher Sprung der Messwerte bedeuten?

Mögliche Ursachen sind beispielsweise Nachfüllöl, Fremdöl, Wasser, Prozessmedien, Luftblasen oder eine plötzlich veränderte Betriebstemperatur.

Was bedeutet ein langsamer Drift?

Ein langsamer Drift kann auf eine kontinuierliche Veränderung des Öls hinweisen. Ob tatsächlich Alterung vorliegt, sollte anhand weiterer Messgrößen und gegebenenfalls einer Laboranalyse geprüft werden.

Wie kann die Veränderung der Permittivität berechnet werden?

Beispielsweise mit Δεr = εr,aktuell - εr,Referenz oder als relative prozentuale Veränderung gegenüber dem Referenzwert.

Sollte ein Ölwechsel direkt bei einer Permittivitätsänderung durchgeführt werden?

Nicht allein aufgrund dieses Messwertes. Ursache, Trend, andere Zustandsgrößen, Herstelleranforderungen und gegebenenfalls eine Laboranalyse sollten gemeinsam bewertet werden.

Kann ein Online-Sensor eine Laboranalyse vollständig ersetzen?

Nein. Online-Sensoren sind besonders stark bei kontinuierlicher Trend- und Ereigniserkennung. Laboranalysen können zusätzliche chemische und physikalische Ölparameter bestimmen.

Wo sollte ein Ölzustandssensor eingebaut werden?

Geeignet ist eine repräsentative, ausreichend durchströmte Messstelle, an der der Sensor dauerhaft vollständig mit Öl benetzt ist.

Kann ein Ölzustandssensor in einem Totraum eingebaut werden?

Das ist ungünstig. Dort kann sich altes oder schlecht durchmischtes Öl befinden, sodass der Messwert nicht den tatsächlichen Zustand des umlaufenden Öls repräsentiert.

Warum sind Luftblasen problematisch?

Die elektrischen Eigenschaften von Luft unterscheiden sich stark von denen des Öls. Luft an der Messstelle kann deshalb zu instabilen oder falschen Messwerten führen.

Kann ein Ölzustandssensor im Rücklauf montiert werden?

Ein gut durchmischter Rücklauf kann eine geeignete Messstelle sein, sofern Druck, Temperatur, Durchströmung und Benetzung innerhalb der zulässigen Bedingungen liegen.

Kann ein Bypass verwendet werden?

Ja. Ein definiert durchströmter Bypass kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn an der Hauptleitung keine geeignete Messstelle vorhanden ist.

Was misst der HySense CM100?

Der HySense CM100 erfasst relative Feuchtigkeit, relative Permittivität, elektrische Leitfähigkeit und Temperatur.

Welchen Permittivitätsbereich besitzt der HySense CM100?

Hydrotechnik nennt einen Messbereich der relativen Permittivität von 1 … 7.

Welchen Leitfähigkeitsbereich besitzt der HySense CM100?

Hydrotechnik nennt einen Bereich von 100 … 800.000 pS/m.

Welchen Temperaturbereich besitzt der HySense CM100?

ICS Schneider nennt einen Betriebstemperaturbereich von -20 … +85 °C.

Welchen maximalen Betriebsdruck besitzt der HySense CM100?

Der maximale Betriebsdruck beträgt laut ICS Schneider 50 bar.

Welche Schnittstellen besitzt der HySense CM100?

Der Sensor unterstützt unter anderem RS232, CANopen und 4 … 20 mA.

Kann der HySense CM100 temperaturkompensierte Werte ausgeben?

Ja. In der Hydrotechnik-Dokumentation sind unter anderem Permittivität und Leitfähigkeit bezogen auf 40 °C als verfügbare Größen aufgeführt.

Was ist das HySense CX197?

Das HySense CX197 ist ein mobiles Service-Mess-Set für eine umfassendere Ölzustandsanalyse.

Welche Größen misst das HySense CX197?

Es erfasst unter anderem Partikelanzahl, Viskosität, relative Feuchtigkeit, relative Permittivität, Leitfähigkeit und Temperatur.

Was misst der HySense CW100?

Der HySense CW100 erkennt ferromagnetische Verschleißpartikel und kann zwischen feinen Partikeln im µm-Bereich und gröberen Partikeln im mm-Bereich unterscheiden.

Warum sollte Verschleiß zusätzlich zum Ölzustand überwacht werden?

Ein mechanischer Schaden kann Verschleißpartikel erzeugen, obwohl sich Permittivität oder Leitfähigkeit des Öls noch nicht wesentlich verändert haben.

Wo finde ich den HySense CM100 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter HySense CM100 bei ICS Schneider.

Wo finde ich das HySense CX197 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter HySense CX197 bei ICS Schneider.

Wo finde ich den HySense CW100 bei ICS Schneider?

Weitere Informationen finden Sie unter HySense CW100 bei ICS Schneider.

Wo finde ich weitere Ölzustandssensoren?

Eine Übersicht finden Sie unter Ölzustandssensoren bei ICS Schneider.