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Samstag, 26. November 2016, 11:07

Grundlagen der Schmierstoffe

Schmierstoffarten

Es gibt flüssige, feste und pastöse Schmierstoffe


Die Aufgaben der Schmierstoffe

Schmierstoffe sollen:
- Schmieren
- Kühlen
- Schützen
- Transportieren/Sauberhalten
- Abdichten
- Kräfte übertragen

Die wichtigste Aufgabe ist das Trennen der Reibpartner.

Schmieren
- Reduzierung der Reibung
- Verschleiß vergerringern
- Fressen der Reibpartner verhindern

Kühlen
- Abführen der Reibungswärme der Gleitpartner

Schützen
- vor Korrosion schützen

Transportieren / Sauberhalten
- Additive zuführen
- Schmutzpartikel, Verbrennungsrückstände etc. zum Filter transportieren

Abdichten
- Feinabdichtung an kritischen Stellen

Kräfte übertragen
- z Bsp.: Servolenkung, Hydrauliken, Hydrostößel



Die Herstellung von Schmierstoffen


Es gibt unzählige Begriffe wie Schmierstoffe betitelt werden, wie etwa :
Hydrockracktechnologie, Synthesetechnologie, teilsynthetisch, vollsynthetisch, mineralisch, semisynth, HC-Synthese, mineralisch etc.

Die Worte „synthetisch“, „teilsynthetisch“, „vollsynthetisch“ usw. sind allerdings nirgends genormt oder spezifiziert. Sie werden dadurch häufig als Marketing-Begriffe eingesetzt. Ein Motoren-/Getriebeöl besteht aus Grundöl (ca. 80%) und Additivpaket (ca. 20%). Das Grundöl liefert dabei die Grundeigenschaften des Öles. Einige können nachträglich durch Additive beeinflusst werden, andere nicht. Die ACEA normt fünf Grundölgruppen. Zur Grundölgruppe 1 und 2 gehören Mineralöle, die durch Raffination bzw. Destillation aus Rohöl gewonnen werden (automotiv fast gar nicht mehr eingesetzt/angeboten). Sie sind in Ihrer Fließfähigkeit begrenzt und benötigen daher i.d.R. ein leistungsfähiges Additivpaket. Zur Grundölgruppe 3 gehören Mineralöle, die durch die HC-Synthese synthetisch nachbehandelt wurden. Der Grundstoff dieser Öle ist günstig und man erhält eine vergleichsweise hohe Druckfestigkeit. Zur Grundölgruppe 4 gehören die synthetischen Kohlenwasserstoffe (Polyalphaolefine oder PAO) und zur Gruppe 5 alle anderen synthetisch gewonnenen Grundöle, wie Ester. Diese zeichnen sich durch eine breite Viskositätslage aus und sind hoch alterungsbeständig – dafür aber auch teuer.

Soviel zur Theorie. In der Praxis werden häufig Mischungen der Grundöle eingesetzt. Für den Ölhersteller ist es von vorrangigem Interesse, die Herstelleranforderungen zu erfüllen. Dazu wird eine Komposition verschiedenster Grundöle und Additive eingesetzt. Her zu gehen und Öle als mineralisch, teilsynthetisch oder synthetisch zu klassifizieren, ist daher einfach zu pauschal. Am besten bemisst man ein Öl an seiner ACEA/API-Spezifikation und/oder den Herstellerfreigaben.


Erklären wir mal einige Begriffe.

Mineralöl
zufällige "Kombination der sehr unterschiedlichen Grundbausteine mit relativ breitem Siedebereich

Paraffinbasische Grundöle sind etwa
Hydraulik-, Getriebe- , Motorenöle

Naphtenbasische Öle sind meist
Kältemaschinenöle

Aromatische Grundöle sind oftmals
Weichmacher und Walzöle


Hydrocracköle
sind paraffinbasische Grundöle, hergestellt durch Cracken bei ca. 400°C + 140 Bar in kurzkettige Kohlenwasserstoff-Moleküle, die dann in einer Wasserstoffatmosühäre abgekühlt werden.

Vorteile: VT-Verhalten, Oxidationsbeständigkeit, guter Verdampfungsverlust, Materialverträglichkeit

Nachteile: Preis


PAO-Öle (Polyalphaolefine)
Dies ist Mineralöl welches in mehreren Schritten zerlegt wird und in verschiedenen Schritten neu zusammengesetzt wird. Diese Schritte sind meist
1.) Cracken des Mineralöl in Ethylen
2.) Das Ethylen wird oligomerisiert. Das sind viele gleichartig aufgebaute kleine Moleküle (alpha-Olefine)
3.) Diese werden durch Polymerisation zusammengesetzt, und werden zu größeren aber gleichen Moleküle vernetzt (Poly-apha-Olefin)
4.) Durch Hydrieren setzt man Wasserstoff dazu und verbindet die unter Schritt 3 gebildeten Moleküle untereinander. Jetzt hat man das Syntheseöl (PAO)


Mineralöl
- Kohlenwasserstoffe
- Ausgangsprodukt: Erdöl
- Moleküle des „Endprodukts“ bereits fertig
- Trenn-und Reinigungsvorgänge
- Molekülstruktur wird nicht verändert
- Zufällige Kombination der Grundbausteine


Syntheseöl
- meist Kohlenwasserstoffe
- Ausgangsprodukt kann Erdöl, Kohle, Pflanzenöl o.ä. sein
- Molekülstruktur des „Endproduktes“ wird durch Bearbeitungsprozess gebildet
- Schaffung homogener Struktur



Basis ISO VG 32
Raffinat
HC-ÖL
PAO
Viskosität bei 100°C5,25,65,8
VI95 bis 105120 bis 150160
Pourpoint-15-20-60
Verdampfungsverlust12-207-105-8
Preisfaktor12-36-7



Zitat

Zitat


Was ist ein Gutes Öl ???
- das richtige Öl....
- am richtigen Ort...
- zum richtigen Zeitpunkt !!!!



Zusammensetzung eines Schmieröles
Ein Schmieröl besteht aus einem Grundöl dem Additive zugesetzt werden. Meist 80% Grundöl und 20% Additive

Als Grundöle nimmt man Mineralöle, Hydrockracköle, PAO, Ester, Polyglykole, sonstige Öle
Von den Additiven gibt es viele, die untereinander in 3 Hauptgruppen unterschieden werden.

Oberflächenwirksame Additive
Deterngents, Dispersants, Hochdruck-Verschleißschutz, Korrosionsschutz, Reibwertverminderer

Ölverbessernde Additive
Viskositätsverbesserer, Pourpoint-Verbesserer

Ölschützende Additive
Alterungsschutz, Metalldeaktivatoren,Antischaum

Aus der Mischung von Grundölen und Additiven werden in der Regel folgende Hauptschmierstoffgruppen erzeugt:
Motorenöle, Zweitakt-Motorenöle, Traktoröle, Getriebeöle, Hydrauliköle



Was machen die Additive im Öl ?


Welchen Zweck haben Additive?

VI-Verbesserer, optimieren das Viskositäts-Temperaturverhalten
Anti-Schaum-Zusätze verbessern das Schaumverhalten (Verhinderung von Schaum. Wichtig bei Hydraulikölen
Reibwert-Veränderer, stellen gezielt eine bestimmte Reibwertcharakteristik ein
Haftzusätze, verbessern die Haftung an den Oberflächen
Emulgatoren, Verbessern die Wasseraufnahme
Demulgatoren, verbessern das Wasserabscheidevermögen


Detergents
waschaktive Substanzen, Bildung von Ablagerungen entgegenwirken.
halten den Motor sauber. Darüber hinaus Bildung alkalischer Reserve im Öl (saure Reaktionsprodukte aus der Verbrennung werden neutralisiert)

Dispersants
umhüllen feste und flüssige Verunreinigungen
verhindern „Klumpen“
halten in Schwebe
Transport zum Filter

Ruß, Kondenswasser, Abrieb, Fremdstoffe


Viskositätsverbesserer
Gewährleisten:
- Schnelle Durchölung beim Start
- stabile Viskosität bei Betriebstemperatur


Verschleißschutz
Vermeidung direkter Metallkontakt
Bildung Reaktionsschicht bei Temperaturanstieg durch „Reibkontakt“
meist „harte Salze“
AW-Anti Wear, EP-Extrem Pressure, Hochdruckadditive


Die Viskosität

Jeder Stoff hat eine andere Viskosität. Hier einige Beispiele:
Wasser (20° C) 1 mm²/s

Wasser (25° C) 0,891 mm²/s

Traubensaft ca 2-5 mm²/s

Blut (37° C) ca 4-25 mm²/s

Motorenöl (25° C) ~100 mm²/s

Motorenöl (150° C) ~ 3 mm²/s


Die Viskosität bzw. Zähigkeit ist ein Maß für die innere Reibung eines Öles beim Fließen. Sie ist stark temperaturabhängig:

kalte Öle -----------------> große innere Reibung -------------------------------------------> (hohe Viskosität)

warme Öle ---------------> geringe innere Reibung -----------------------------------------> (niedrige Viskosität)

Die Viskosität bezeichnet also die Dick- bzw. Dünnflüssigkeit einer Flüssigkeit.


Viskosität ist kein Qualitätsmerkmal !!!




Die Viskosität bei Motorenölen


Mehrbereichsmotorenöl SAE 5W-30
Anforderungen einer W-Klasse und bei Betriebstemperatur werden erfüllt

Einbereichsmotorenöl SAE 10W
Anforderungen einer SAE-Klasse werden erfüllt


Ölbeanspruchung
Öle werden während ihrem Einsatz stark beansprucht.
Hierzu zählen als Einflußfaktoren: Temperatur, Verschleiß, Gase, Wasser, Metalle, Oxidation, Saüren und Laugen, Druck, Zug und Scherung

Das Ganze läßt sich in 3 Bereiche einteilen: den Additiv-Abbau, die Verunreinigung und den Grundölabbau

Im Genaueren geschieht dies wie folgt.

Abbau Antioxidantien
Schnellere Alterung
Viskositätsanstieg,
steigende Säurebildung

Verdampfung
Durch hohe Temperaturen
Viskositätsanstieg

Abbau alkalische Reserve
durch Säureeintrag (Motorenöle)
Abbau alkalische Reserve BN

Abbau Verschleißschutz
Temperaturanstieg
Mangelschmierung

Detergents/Dispersants
Verunreinigung, Ruß, Eintrag von Pflanzenöl
Viskositätsanstieg, Verschmutzung




Verfasser: H.Stephan / M.Lorch
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