SCHMIERSTOFFE UND IHRE hung der Leistung & des Wirkungsgrades Zuverlässigkeit und...

Click here to load reader

  • date post

    17-Sep-2018
  • Category

    Documents

  • view

    217
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of SCHMIERSTOFFE UND IHRE hung der Leistung & des Wirkungsgrades Zuverlässigkeit und...

  • Bildungs- und Forschungsfonds (BFF) des Verbandes der Schweizerischen Schmierstoffindustrie (VSS)

    SCHMIERSTOFFE UND IHRE ANWENDUNGEN

    Stufe 1

    Grundausbildung

  • Lernziel

    Einfhrung in die Grundlagen der Tribologie, mit den Teilbereichen Reibung, Ver-

    schleiss und Schmierung. Erwerb von Grundkenntnissen zum chemischen Aufbau von

    Grundlen und Additiven, sowie Kenntnisse ber Formulierungen der wichtigsten

    Schmierstofftypen aus Grundlen, Grundfetten und Additiven sowie deren Anwen-

    dungen.

    Die Unterlagen wurden von Prof. Wilfried J. Bartz (Tech. Akademie Esslingen (D)) er-

    arbeitet und durch Dr. Rowena Crockett (Eidgenssische Materialprfungs- und For-

    schungsanstalt (Empa)) und Dr. Pierangelo Grning (Empa) in die vorliegende Form -

    berarbeitet.

    Dbendorf, Januar 2009

    (2te Auflage)

  • Schmierstoffe und ihre Anwendungen Stufe I: Grundlagen BFF/VSS-Lubes

    1/49

    Inhaltsverzeichnis Seite

    I. Grundlagen der Tribologie 3 1.1. Einfhrung 3 1.2. Reibung 4

    1.3. Verschleiss 8

    1.4. Schmierung 8

    II. Aufbau der Schmierstoffe 10 2.1. Erdl und Rohl 10 2.2. Mineralische Grundle 11

    2.3. Synthetische Grundle 14

    2.4. Biole 17

    2.5 Schmierfette 19

    III. Additive 20 3.1. Einfhrung 20 3.2. Wirkungsweise wichtiger Additive 20

    IV. Eigenschaften von Schmierstoffen 23 4.1. Einfhrung 23

    4.2. Physikalische, chemische & technologische Eigenschaften

    von Schmierlen 23

    4.3. Physikalische, chemische & technologische Eigenschaften

    von Schmierfetten 24

    4.4. Viskositt und Fliessverhalten 25

    V. Schmierstofftypen & Anwendungen 28 5.1. Industrieschmierstoffe 28

    5.2. Kraftfahrzeugschmierstoffe 29

    5.3. Schmierstoffe & Khlschmierstoffe fr die Werkstoffbearbeitung 31

    5.4. Weitere Schmierstofftypen 33

    Anhang 1: Kurzbeschreibung der wichtigsten DIN-Normen fr Schmierle und Schmierfette 34 38

    Anhang 2: Schautafeln zur Schmiertechnik 39 - 47

  • Schmierstoffe und ihre Anwendungen Stufe I: Grundlagen BFF/VSS-Lubes

    2/49

  • Schmierstoffe und ihre Anwendungen Stufe I: Grundlagen BFF/VSS-Lubes

    3/49

    I. Grundlagen der Tribologie

    1.1. Einfhrung

    Der Begriff TRIBOLOGIE wurde erstmals 1966 geprgt, als man einen technisch klingenden Ausdruck fr den Zusammenhang zwischen Rei-bung, Verschleiss und Schmierung suchte. Der im deutschen Sprachgebrauch hufig verwendete Be-griff Schmiertechnik kennzeichnet dieses Fach-gebiet zu einseitig, weil er die Anwendung eines Schmierstoffs zur Lsung tribologischer Fragen in den Vordergrund stellt. Es gibt zahlreiche Defini-tionen fr die Tribologie. Drei sind hier angefhrt:

    1.1.1. Definition(en) i) Tribologie (griech: Reibungslehre) ist ein Teil-

    gebiet des Maschinenbaus und wird interdiszi-plinr von Maschinenbauern, Werkstoffwissen-schaftlern und Physikern betrieben. Sie befasst sich mit der wissenschaftlichen Beschreibung von Reibung, Schmierung und Verschleiss sowie der Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Reibungsprozessen.

    ii) Nach der Deutschen Industrienorm DIN 50323: Tribologie ist die Wissenschaft und Technik

    von aufeinander einwirkenden Oberflchen in Relativbewegung. Sie umfasst das Gesamtge-biet von Reibung und Verschleiss, einschlies-slich Schmierung, und schliesst entsprechende Grenzflchenwechselwirkungen sowohl zwi-schen Festkrpern als auch zwischen Festkr-pern und Flssigkeiten oder Gasen ein.

    (Die Norm wurde vor einigen Jahren zurckgezogen.)

    iii) Eine der besten Definitionen der Tribologie wurde 1966 von Peter Jost gegeben: Tribologie ist die Wissenschaft und Technolo-gie der aufeinander einwirkenden, in Relativ-bewegung befindlichen Oberflchen und der zusammenhngenden praktischen Vorgngen.

    1.1.2. Tribologisches System

    Reibung ist eines der ltesten Probleme der Physik und mit Sicherheit eines der relevantesten, hinsichtlich der technologischen Bedeutung weshalb hierfr 1966 zurecht der Begriff Tribologie eingefhrt wurde. Eine Schtzung ergab dass, alleine in den USA, aufgrund ungengender Kenntnisse der Tribologie, jhrliche Kosten in der Hhe von 6% des Brutto Inlandproduktes (ca. 420 Milliarden $) entstehen. Aufgabe der Tribologie ist es reibungs- und verschleissbedingte Energie- und Stoffverluste in Hinsicht auf einen mglichst strungsfreien und energieeffizienten Betrieb von technischen Syste-men zu minimieren. Durch die positive Vernderung der aufeinander einwirkenden Oberflchen in Rela-

    tivbewegung (tribologisches System) werden ein hherer Wirkungsgrad und Betriebsdauer und somit ein konomischer Betrieb erreicht. Die technisch, wirtschaftlichen Aspekte die durch Optimierung der Tribologie positiv verndert werden sind: Erhhung der Leistung & des Wirkungsgrades

    Zuverlssigkeit und Betriebsdauer

    Energie- und Materialeinsparung

    Verminderung der Umweltbelastung

    Abbildung 1.1 Tribologisches System nach Czichos

    Tribologische Systeme finden sich in allen Anwen-dungen wo eine Relativbewegung zwischen zwei in Kontakt befindlichen Festkrpern auftritt. Als Bei-spiele seien Gleitlager, Reibung zwischen der Welle und der Lagerschale, Wlz- und Kugellager, Rei-bung zwischen den Wlzkrpern resp. Kugeln und den Halteringen sowie dem Kfig; oder Zahnrder, Reibung zwischen den Zahnflanken von Ritzel und Rad, genannt. Diese Maschinenelemente finden sich in allen Maschinen, wie Motoren, Getrieben, Kompressoren, Hydrauliken usw. Aber auch bei spanabhebenden Werkstoffbearbei-tungen (Drehen, Frsen, Bohren, etc.) tritt zwischen Werkzeug und Werkstck Reibung auf.

    Abbildung 1.2 Tieflochbohrautomat

  • Schmierstoffe und ihre Anwendungen Stufe I: Grundlagen BFF/VSS-Lubes

    4/49

    1.1.3. Optimierung tribologischer Systeme Die Optimierung tribologischer Systems

    kann ber drei Anstze erfolgen:

    1. Vermeidung des tribologischen Kontaktes. Dies sind Massnahmen mit dem Ziel, die ge-wnschte Funktion ohne jeden tribologischen Kontakt zu realisieren. Zum Beispiel: Magnet-schwebebahn.

    2. Beeinflussung der Beanspruchung. Dies sind Massnahmen zur Verringerung der Beanspru-chung des Tribosystems ohne Beeintrchtigung der gewnschten Funktion. Zum Beispiel: Er-setzen eines Gleitlagers durch ein Kugellager.

    3. Beeinflussung der Systemstruktur.

    a) durch konstruktive Massnahmen, d.h. Ge-staltung und Auslegung der Reibungs-partner unter tribologischen Gesichts-punkten.

    b) durch schmierungstechnische Massnah-men, d.h. Auswahl und Anwendung eines geeigneten Schmierstoffes. Der Schmier-stoff trennt entweder die relativ zueinander bewegten Oberflchen oder verndert diese durch chemische und physikalische Reaktionen.

    c) durch werkstofftechnischer Massnahmen, d.h. Auswahl optimaler Werkstoffpaarungen oder aufbringen einer tribologisch opti-mierter Oberflchenschicht.

    1.2. Reibung

    Im Gegensatz zum Terminus Tribologie der eindeutig dem Maschinenbau, oder genauer dem Verhalten mechanischer Systeme zugeordnet ist, ist die Reibung ein Begriff der Physik, der viel allgemeiner gefasst und nicht nur auf die Mechanik beschrnkt ist. Zum Beispiel Flssigkeiten: Die Krfte zwischen den sich bewegenden Moleklen einer Flssigkeit bestimmen deren Fliessverhalten. Man spricht dabei von der inneren Reibung der Flssigkeit. Die Materialkonstante welche die innere Reibung der Flssigkeit charakterisiert, wird Visko-sitt oder dynamische Zhigkeit genannt. Dabei bedeutet eine hohe Viskositt, also grosse innere Reibung, dass die Flssigkeit zhflssig ist. Reibung gibt es aber auch unter den sich bewe-genden Elektronen in einem elektrischen Leiter und ist Ursache des elektrischen Widerstandes. Eine allgemeine Definition der Reibung lautet somit:

    Reibung tritt immer dann auf, wenn physikali-sche Objekte mit gegenseitiger Wechselwirkung (Krfte) sich relativ zueinander bewegen.

    Die Art der Objekte und Wechselwirkungskrfte ist in dieser Definition noch vollkommen offen. Objekte knnen sein: Elektronen, Molekle, Partikel, Festkrper, Sterne, etc. Als Wechselwirkungskrfte sind neben anderen elektrische, magnetische und mechanische mglich.

    Beispiel Magnetschwebebahn: Bei dieser wird der Zug ber starke Magnetfelder in Schwebe gehalten, so dass kein mechanischer Kontakt zum Schienen-strang besteht. Damit werden der Rollwiderstand und der damit verbundene tribologische Verschleiss eliminiert. Trotzdem treten der Fahrt Reibungs-verluste auf, welche durch den Luftwiderstand und den elektrischen Verlusten in den Magneten her-vorgerufen werden. Der berhrungslose und somit verschleisslose Antrieb der Magnetschwebebahn erlaubt Reisegeschwindigkeiten von ber 500 km/h.

    Abbildung 1.3 Die Magnetschwebebahn Transrapid, hier bei

    der Einweihung in Shanghai.

    Die mechanische Reibung definiert sich wie folgt:

    Mechanische Reibung ussert sich als Kraft, die eine Relativbewegung kontaktierender Krper verhindert (Haftreibung), oder einer Relativbewegung entgegenwirkt und zum Verlust mechanischer Energie fhrt.

    Der Verlust an mechanischer Energie, (kinetische Energie sprich Bewegungsenergie) offenbart sich in der Erwrmung der beteiligten Elemente (Oberflche der Reibpartner, Schmierstoff, des ganzen Systems). Anschauliches Beispiel hierfr sind Bremsscheiben, wo das Phnomen der Reibung positiv genutzt wird. Je hher die Reibung zwischen Bremsbacke und Bremsscheibe ist, umso effizienter wirk die Bremse und umso schneller kommt ein Fahrzeug zum Stillstan