BASISWISSEN ÜBER SCHMIERUNG SCHMIERÖLE NILS spa – Dr. Ivo Cordioli

BASISWISSEN ÜBER SCHMIERUNG

SCHMIERÖLE

NILS spa – Dr. Ivo Cordioli


Schon seid den Anfängen der Menschheit hatte man das Bedürfnis Arbeit bei denen sich Oberflächen berührten zu vereinfachen und den Kraftaufwand zu verringern.Der Gebrauch von verschiedenen pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten alsSchmierstoffe wird schon aus der Antike überliefert.Die dargestellten Zeichnungen sind schon über 4000 Jahre alt und zeigendass es schon zu diesen Zeiten Arbeiter gab welche nur für die Schmierung von Schlitten und ähnlichen Geräten zum Bau von Gebäuden verantwortlich waren.


Von dieser Zeit an hat der technische Fortschritt immer effizientereund tauglichere Substanzen hervorgebracht welche die täglichen Anforderungender Schmierung immer besser bewältigen können.

Heutzutage ist das Angebot an verschiedenen Schmierstoffen enorm:Von normalen Schmierölen für verschiedenste Verwendungen, über Schmierfette, Emulsionen für die Metallbearbeitung und Spezialprodukte Für ganz spezifische Anwendungen.


Die Basisaufgaben von Schmierstoffen sind:

- SCHMIEREN- KÜHLEN- SCHÜTZEN

Der Schmierstoff hat die Aufgabe einen Schutzfilm zwischen verschiedenenMetallischen Oberflächen zu formen um Reibung zu verringern und so denVerschleiß an den Bauteilen zu verhindern. Die Stärke dieses “Films”Beträgt meist nur wenige Micron. (tausendstel Millimeter).

Intakter Schmierfilm,komplette Trennung

“Gebrochener Schmierfilm”,Kontakt der Oberflächen,Verschleiß


Der meistverwendete Schmierstoff ist bis heute das klassische “Mineralöl”.

Das Mineralöl wird aus Rohöl gewonnen durch eine Serie vonProzessen der Raffination in welchen ungewollte Stoffe und Unreinheitenaus dem Rohöl entfernt werden.


Das am Ende dieser Prozesse entstehende Produkte ist keine reine Substanzaber eine Zusammensetzung von verschiedenen Molekülketten.

Die wichtigsten Gruppen daraus sind:

aromatischeKohlenwasserstoffe

naphtenische Kohlenwasserstoffe

parafinische Kohlenwasserstoffe

Je nach Anforderungen welche an den Schmierstoff gestellt werden,wird ausgesucht welche Basis man verwenden möchte :Das meistverwendete Grundöl ist auf Parafinbasis, wobei hingegen naphtenbasische für Tieftemperaturöle verwendet werden.


CHEMISCH – PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN

Alle Schmieröle werden durch die Verwendung von verschiedenenChemisch – physikalische Eigenschaften definiert um zu beurteilen für welche Art von Einsatz Sie sich eignen oder welche Vor- oder Nachteile jede einzelne Produkttype aufweist.

Es handelt sich hierbei um alle Informationen welche aus technischen Datenblättern ersichtlich sind. Die wichtigsten hiervon sind:

VISKOSITÄT’

VISKOSITÄTSINDEX’

STOCKPUNKT (POUR POINT)

FLAMMPUNKT’


VISKOSITÄT’

Die Viskosität ist ein Maß für die innere Reibung, die als Wiederstand gegen dieFortschreitende Lageveränderung der Moleküle durch Fliessen oderStrömen an Flüssigkeiten wirkt. Es ist praktisch die Bezeichnung über die “Flüssigkeit” eines Schmierstoffes. Es gibt Schmieröle welche sehr flüssig, ähnlich Wasser sind, und Schmierstoffe welche eher die Zähigkeit vonHonig ähneln.

Die Werte der Viskosität werden in mm2/s oder cSt (centistock) oder selten auch in °E (Engler Grade) angegeben und mittels eines Viskosimeters gemessen.


Die Viskosität wird an zwei verschiedenen Temperaturen gemessen:

- 40°C (“Umgebungstemperatur”)-100°C (Hochtemperatur)

Öle haben die Eigenschaft dass Sie mit steigender Temperatur immer flüssigerwerden. Es ist sehr wichtig dass Öle bei höheren Temperaturen nicht zu “dünn”Werden, da ansonsten die Schmierfilmdicke nicht ausreichend ist und es zu Reibungen zwischen den Oberflächen kommt und diese dadurch zerstörtwerden (Verschleiß) .

Viskosität

hoch

tief

Temperatur

hochtief

A

B

Öl A: starkes Absinken derViskosität

ÖL B: geringes Absinken derViskosität


VISKOSITÄTSINDEX’

Der Viskositätsindex wird aus den verschiedenen Viskositätsmessungen bei40°C und 100°C berechnet und gibt Auskunft über das Viskositäts– Temperaturverhalten eins Öles.

Ein niedriger Viskositätsindex (zB. von 90 bis 100) bedeutet dass die ViskositätBeim erhöhen der Temperatur relativ schnell absinkt.

Umgekehrt sinkt die Viskosität bei Ölen mit einem hohen Viskositätsindex, bei steigender Temperatur, langsamer.


Auf Basis Ihrer Viskosität werden Schmieröle in Viskositätsklassen (ISO VG) eingeteilt.

Viskositätsklasse ISO

Durchschnitts-viskosität bei 40

°C mm²/s

Viskositätslimite 40 °C mm²/s

min. max.

ISO VG 2 2.2 1.98 2.42

ISO VG 3 3.2 2.88 3.52

ISO VG 5 4.6 4.14 5.06

ISO VG 7 6.8 6.12 7.48

ISO VG 10 10 9 11

ISO VG 15 15 13.5 16.5

ISO VG 22 22 19.8 24.2

ISO VG 32 32 28.8 35.2

ISO VG 46 46 41.4 50.6

ISO VG 68 68 61.2 74.8

ISO VG 100 100 90 110

ISO VG 150 150 135 165

ISO VG 220 220 198 242

ISO VG 320 320 288 352

ISO VG 460 460 414 506

ISO VG 680 612 612 748

ISO VG 1000 1000 900 1100

ISO VG 1500 1500 1350 1650


Neben den internationalen ISO VG Normen werden auch die amerikanischen SAE Normen vor allem im Automotivsektor für Motoröle und Getriebeöleverwendet.

SAE Klasse

max. zugelassene Visk. Messmetode (mPa*s) a

°C

Mindesttemperatur für Pumpbarkeit max. (°C)

Viskosität bei 100 °C (mm²/s)

min. max.

0 W 3250/-30 -35 3.8 -

5 W 3500/-25 -30 3.8 -

10 W 3500/-20 -25 4.1 -

15 W 3500/-15 -20 5.6 -

20 W 4500/-10 -15 5.6 -

25 W 6000/-5 -10 9.3 -

20 . . 5.6 9.3

30 . . 9.3 12.5

40 . . 12.5 16.3

50 . . 16.3 21.3

Spezifizierungen SAE Motoröle


SAE Klasse

max. zulässige Viskosität von 150000 mPa*s (°C)

Viskosität bei 98.9 °C (mm²/s)

min. max.

70 W -40 4.2 .

80 W -26.2 7 .

85 W -12.3 11 .

90 . 14 25

140 . 25 43

250 . 43 .

Spezifizierungen SAE für Getriebeöle


Was bedeuten Spezifikationen wie 15W40 oder 80W90 welche man auf technischen Datenblättern von Motor- oder Getriebeölen findet?

Diese Normen kennzeichnen Mehrbereichsöle, also Öle welche in einem breitenTemperaturbereich eingesetzt werden können, in der die Viskosität für eine optimale Schmierung ausreicht.

SAE 50SAE 40SAE 30SAE 20WSAE 10WSAE 5W

SAE 50SAE 40SAE 30SAE 20WSAE 10WSAE 5W

SAE 5W-40

Vis

kosi

tät

Temperatur

Ein 5W40 zum Beispielhat eine typische Tieftemperaturviskosität bei tiefen Temperaturenvon einem 5W und beiHohen von einem SAE 40.


STOCKPUNKT (POUR POINT)

Das ist die niedrigste Temperatur, bei welcher das Öl eben noch fliesst, wenn Es unter festgelegten Bedingungen abgekühlt wird.

FLAMMPUNKT

Das ist die Temperatur, bei welcher sich die Öldämpfe kurz aufflammen Und gleich wieder erlischen wenn man sich mit einer offenen Flamme nähert.


Der Grossteil der auf dem Markt befindlichen Produkte sind auf Mineralölbasis.jedoch gibt es verschiedene Anwendungen bei denen Mineralöle wenn sie auchgut additiviert sind, nicht ausreichen um die Anforderungen zu erfüllen.

In diesem Fall ist es notwendig auf synthetische Schmierstoffe zurückzugreifen,d.h. Produkte welche durch verschiedene chemische Verfahren weiterverarbeitetwerden.

Die wichtigsten hierbei sind:

- PAO (POLI-ALFA-OLEFINE)

- ESTERÖLE (SYNTHTISCH und VEGETAL)

- POLYGLYCOLÖLE

- SILICONÖLE

- FLUORIERTE ÖLE


PAO (POLI-ALFA-OLEFINE)

Die PAO Öle werden, immer von einem Rohöl ausgehend hergestellt, aber von Diesem werden einige Teile heraus gebrochen um dann in speziellen Reihenfolgendurch chemische Vorgängewieder zusammengesetztzu werden, bis zur Formulierung von neuen,synthetischen Molekülen, welche höhere charakteristischeSchmiereigenschaftenaufweisen.


PAO Öle sind also komplett synthetisch, chemisch homogen und frei vonjeder Art von Unreinheiten.

Aus diesem Grund haben PAO Öle einige höhere Eigenschaften als mineralölbasische Produkte:

- Hoher “natürlicher” Viskositätsindex, d.h. nicht durch Additive verändert,Typische Werte über einem VI von 150;

Vis

kosi

tät

Temperatur

MineralölPAO


Mineralöl

PAO

Viskosität bei 100°C

Po

ur

po

int

- wesentlich tieferer Stockpunkt als bei einem Mineralöl in der gleichen Viskositätsklasse.

Mineralöl

PAO

Viskosität bei 100°C

Verl

ust

in G

ew

icht

(%)

- geringerer Verdampfungsverlust als bei Mineralölen in der gleichen Viskositätsklassen.

Für den Gebrauch bei tiefenTemperaturen.

geringere Nachfüllmengen


0

20

40

60

80

100

120

A B C

A MineralölB Hc ÖlC PAO

(TOST- Oxydationstest)

Oxyd

ati

nsb

est

än

dig

keit

, h

/10

0

- bessere Oxydationsbeständigkeit

Langsamere Ölalterung und dadurch längereWechselinterwalle


ESTERÖLE

Die Esteröle welche als Schmierstoffe verwendet werden, haben eine molekulareZusammensetzung, aus einem “polaren” Kopf welcher an einer langen “unpolaren”Kohlenwasserstoffkette hängt, welche wiederum mehr oder weniger gesättigt ist.Der polare Kopf dient zur besseren Adhäsion an der Metalloberfläche wodurch ein sehr resistenter Schmierfilm entsteht.

POLARER KOPF

KETTE

METALLOBERFLÄCHE

Dank dieses “Magneteffektes” sind Esteröle ausgezeichnete Schmierstoffe,und verfügen außerdem über einen hohen, natürlichen Viskositätsindexund einen sehr hohen Flammpunkt.


Die Anwesenheit der “ungesättigten Moleküle” in der Kette ist der Schwachpunkt von Esterölen welche auch maßgeblich die Schmierstoff-Eigenschaften wie Lebensdauer, Temperaturverhalten, Hydrolysebeständigkeitu.a. negativ beeinflussen.

Sauerstoff

OXYDATIONSSTABILITÄT

Wasser

HYDROLYSEBESTÄNDIGKEIT

TERMISCHE STABILITÄTHohe Temp.

C C

Weiters werden Esteröle auch wegen Ihrer biologischen Abbaubarkeit verwendet.


Deshalb ist es wichtig zu unterscheiden zwischen:

pflanzliche Ester

synthetische Ester

teilsynthetische Ester

pflanzliche Ester

Sind meistens biologisch abbaubare Triglyceride, welche mittels Pressverfahrenund Reinigung aus Pflanzen und Samengewonnen werden.Typische Produkte hierbei sindRaps-, Rizinus-, Sonnenblumenöl, usw.Glycerin

e

Fettsäuren (verschiedene Typen)


Die Fettsäuren, aus denen die “Ketten” der Triglyceride bestehen enthaltenviele “ungesättigte Fettsäuren”, oder besser gesagt, viele Schwachpunkte.Aus diesem Grund ist der Einsatz dieser Produkte sehr limitiert:

-Verwendung bis zu Temperaturen von 80-90°C; darüber oxydieren die Fettsäuren und bilden feste Ablagerungen und Verkrustungen.

-Kein möglicher Einsatz bei Temperaturen unter 0°C weil das Öl „gefriert”

-Unbedingte Vermeidung von Kontakt mit Wasser da sich sonst sehr resistente Ablagerungen bilden

Unter der Betrachtung der Eigenschaften dieser Produkte empfiehlt sichausschließlich der Einsatz bei Verlustschmierungen wie Kettensägenöl.


SYNTHETISCHE ESTER

Diese Ester sind das Produkt einer synthetischen Reaktion aus:

Fettsäuren + Alkohol

Herstellung aus pflanzlichen Esterndurch Destillation, Reinigung undWasserstoffbehandlung

Herstellung aus Rohöl durch synthetische Verfahren.

Auf Grund dieser synthetischen Behandlungen erden die ungesättigten Kettenvon Esterölen n gesättigte umgewandelt. Dadurch wird das Endprodukt wesentlichresistenter bei hohen Temperaturen, Wasser und Sauerstoff.


Eigenschaften von „gesättigten“ synthetischen Estern:

- hoher Viskositätsindex

- tiefer Stockpunkt

- hoher Flammpunkt

- ausgezeichnete Schmiereigenschaften

- geringe Verdampfung

- lange Lebensdauer

- biologische Abbaubarkeit


ACHTUNG!

Es befinden sich auf dem Markt synthetische Ester welche aber “ungesättigt”sind, welche aber von den Eigenschaften her zwischen den pflanzlichen Esternund den gesättigten synthetischen Estern liegen.

Diese Produkte sind meist preislich wesentlich günstiger, haben aber bei weitem nicht die Eigenschaften von gesättigten Estern.

Von den technischen Daten auf dem Datenblatt ist es fast unmöglich diesebeiden Produkttypen zu unterscheiden. Den einzigen Hinweis gibt die sogenannte „Jodzahl“. Diese Zahl gibt den Bestandteil an ungesättigten Kettenim Ölk an.Zum Beispiel:

pflanzliche Ester ungesättigte

synthetiche Ester

gesättigte

synthetiche .

Ester

100-120 70-80 1-2


pflanzliche Ester ungesättigte

synthetische Ester

gesättigte

synthetische Ester

Mineralöl

Klassifizierung HETG HEES HEES HLP

Viskositätsindex 205-220 180-200 145-170 95-105

Tieftemperaturverhalten ausreichend ausreichend/ gut sehr gut ausreichend/ gut

Einsatztemperatur (°C) 70-80 90-100 150-180 120-130

Hitze- Oxydationsbeständigkeit ausreichend ausreichend/ gut sehr gut sehr gut

Test TOST (Stunden) 50 70-150 3000 1500

Hydrolysebeständigkeit (H2O) ausreichend/

gut

ausreichend/ gut gut sehr gut

Elastomerverträglichkeit ausreichend ausreichend gut gut

Biologische Abbaubarkeit sehr gut sehr gut gut sehr schlecht

Preis (HLP=1;) 2.5-3.0 3.5-4.0 5.0-6.5 0.7-1.5

Vergleichstabelle


POLYGLYCOLEParafinkette

polare Gruppen

Die Moleküle der Polyglycolöle (PAG) habe eine Struktur in der viele polare Gruppen enthalte sind. der “Magneteffekt” ist ähnlich wie bei den Esterölen und dadurch sind auch die Schmiereigenschaften dieser Produkte ähnlich gut. Polyglycolöle sind komplett synthetische Produkte und werden vorwiegend als Basis für Industriegetriebeöle verwendet.

Andere Vorteile: sehr hoher Viskositätsindex (> 200)

lange Einsatzdauer

Nachteile: nicht mischbar mit Mineralölen oder Esterölen

begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen

schlechtes Demulgierverhalten


SILICONÖLE

VORTEILE

- maximaler Viskositätsindex- sehr tiefer Stockpunkt-thermische und oxydative Stabilität- gute Dichtungsverträglichkeit- isolierende Eigenschaften

NACHTEILE

- geringe Schmiereigenschaften- nicht mischbar mit Mineral- ölen

FLUORIERTE ÖLE

VORTEILE

- ausgezeichnete Schmier- Eigenschaften- tiefer Stockpunkt-termische, oxydative, und chemische Resistenz- gute Dichtungsverträglichkeit

NACHTEILE

- sehr hohe Kosten


ADDITIVE

Um die Eigenschaften von Ölen zu verbessern, sei es bei Mineralölen wie auch bei synthetischen Ölen, werden Additive eingesetzt.

Die wichtigsten sind:

- Antioxydantien- Korrosionsschutz- Metalldesaktivatoren- Verschleißschutz- Additive “extreme pressure” (EP)- Viskositätsindexverbesserer- Detergenz und Dispersants - alkalische Reserve (TBN)


Antioxydantien

Helfen um den Oxydationsprozess und dadurch die Alterung des Öles auf Grund von Hitze, Feuchtigkeit, Luft, usw. zu Verlangsamen.Dadurch werden längere Einsatzzeiten ermöglicht .

Korrosionsschutz

Schutzen die Metalloberflächen von korrosiven Einwirkungen von Wasserund Sauerstoff.

Metalldesaktivatoren

Nachdem vor allem Gelbmetalllegierungen (Kupfer, Messing , usw.) die Ölalterung beschleunigen, helfen diese Additive dieses Phenomen zu verringern.


Verschleißschutzadditive

Metall

SchmierstoffSchutzfilm

Dabei handelt es sich um spezielle Additive welche sich auf der Metalloberfläche verankern und einen dünnen Schmierfilm bilden und so die Berührung der Metalloberflächen minimieren.


Additive “extreme pressure” (EP)

Metall

Additiv-Molekül

Schwefelatome

ÖL

ÖL

ÖLÖL

Wenn die wirkenden Drücke auf die Oberflächen sehr hoch werden greifendiese speziellen EP Additive (meist auf Schwefelbasis) ins Geschehen einund reagieren chemischmit der Oberflächein dem Sie einensehr resistentenund widerstands- fähigen Schutzfilmbilden.


Viskositätsindexverbesserer

Wie se der Name schon sagt sind diese Additive dazu da den VI zu erhöhen.Diese Additive sind z.B. in den so genannten HVI Ölen vorhanden(high viscosity index) und in den meisten Mehrbereichsölen wie Motor- oderGetriebeölen.

Diese sind aus Substanzen zusammengesetzt aus sehr langen Molekülkettenwelche sich bei tiefen Temperaturen zusammenziehen und bei hohen wiederausstrecken und so die Viskosität des Öles beeinflussen.

kalt

warm

Das sind Additive welche sich mit der Zeit verbrauchenda Sie aus langen Ketten bestehen und dadurch bei höherenTemperaturen leicht mechanischgebrochen werden. Dadurch verringert sich mit der Zeit der Viskositätsindex.


impurità

detergentiDetergenti / Disperdenti

Sono additivi tipici soprattutto degli olimotore con il compito di sciogliere e mantenere in sospensione tutte le impu-rità e le fuliggini che si formano durantel’uso. Queste possono così poi essereeliminate quando si fa il cambio-olio.

Riserva alcalina (T.B.N.)

Questi additivi, che costituiscono negli olimotore il T.B.N. (total base number) hannoil compito di neutralizzare gli acidi che siformano e limitare così anche l’ossidazionedell’olio e il pericolo di corrodere il motore.


METALL

Verscleiß-schutz

Ölmolekül AdditivEP

Korrosions-schutz

Verschleiß-schutz

Korrosions-schutz

Metall-desaktivatoren

Additiv EP

Antioxydantien

Ölmolekül

Wie wir gesehen haben sind eine Vielzahl an Additiven in Ölen vorhanden wovon die Mehrheit auf der Metalloberfläche agiert. Die Konzentration dieser Additivemuss aus diesem Grund ausgewogen sein, damit sie sich nicht gegenseitig in ihrer Arbeit behindern. Dieses ist auch der Hauptgrund warum man von häufigen Vermischungen verschiedener Produkte abrät.

Metall-desaktivatore

n


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