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

SCHMIERSTOFFE UND IHRE ANWENDUNGEN

Stufe 1

Grundausbildung

Lernziel

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

schleiss und Schmierung. Erwerb von Grundkenntnissen zum chemischen Aufbau von

Grundölen und Additiven, sowie Kenntnisse über Formulierungen der wichtigsten

Schmierstofftypen aus Grundölen, 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 (Eidgenössische Materialprüfungs- und For-

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

berarbeitet.

Dübendorf, Januar 2009

(2te Auflage)

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

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Inhaltsverzeichnis Seite

I. Grundlagen der Tribologie 3 1.1. Einführung 3

1.2. Reibung 4

1.3. Verschleiss 8

1.4. Schmierung 8

II. Aufbau der Schmierstoffe 10 2.1. Erdöl und Rohöl 10

2.2. Mineralische Grundöle 11

2.3. Synthetische Grundöle 14

2.4. Bioöle 17

2.5 Schmierfette 19

III. Additive 20

3.1. Einführung 20

3.2. Wirkungsweise wichtiger Additive 20

IV. Eigenschaften von Schmierstoffen 23

4.1. Einführung 23

4.2. Physikalische, chemische & technologische Eigenschaften

von Schmierölen 23

4.3. Physikalische, chemische & technologische Eigenschaften

von Schmierfetten 24

4.4. Viskosität und Fliessverhalten 25

V. Schmierstofftypen & Anwendungen 28

5.1. Industrieschmierstoffe 28

5.2. Kraftfahrzeugschmierstoffe 29

5.3. Schmierstoffe & Kühlschmierstoffe für die Werkstoffbearbeitung 31

5.4. Weitere Schmierstofftypen 33

Anhang 1: Kurzbeschreibung der wichtigsten DIN-Normen für Schmieröle und Schmierfette 34 – 38

Anhang 2: Schautafeln zur Schmiertechnik 39 - 47

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I. Grundlagen der Tribologie

1.1. Einführung

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

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

gebiet des Maschinenbaus und wird interdiszi-plinär 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 Oberflächen in Relativbewegung . Sie umfasst das Gesamtge-biet von Reibung und Verschleiss, einschlies-slich Schmierung , und schliesst entsprechende Grenzflächenwechselwirkungen sowohl zwi-schen Festkörpern als auch zwischen Festkör-pern und Flüssigkeiten oder Gasen ein.“

(Die Norm wurde vor einigen Jahren zurückgezogen.)

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 Oberflächen und der zusammenhängenden praktischen Vorgängen.“

1.1.2. Tribologisches System

Reibung ist eines der ältesten Probleme der Physik und mit Sicherheit eines der relevantesten, hinsichtlich der technologischen Bedeutung – weshalb hierfür 1966 zurecht der Begriff Tribologie eingeführt wurde. Eine Schätzung ergab dass, alleine in den USA, aufgrund ungenügender Kenntnisse der Tribologie, jährliche Kosten in der Höhe von 6% des Brutto Inlandproduktes (ca. 420 Milliarden $) entstehen. Aufgabe der Tribologie ist es reibungs- und verschleissbedingte Energie- und Stoffverluste in Hinsicht auf einen möglichst störungsfreien und energieeffizienten Betrieb von technischen Syste-men zu minimieren. Durch die positive Veränderung der aufeinander einwirkenden Oberflächen in Rela-

tivbewegung (tribologisches System) werden ein höherer Wirkungsgrad und Betriebsdauer und somit ein ökonomischer Betrieb erreicht. Die technisch, wirtschaftlichen Aspekte die durch Optimierung der Tribologie positiv verändert werden sind: � Erhöhung der Leistung & des Wirkungsgrades

� Zuverlässigkeit 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 Festkörpern auftritt. Als Bei-spiele seien Gleitlager, Reibung zwischen der Welle und der Lagerschale, Wälz- und Kugellager, Rei-bung zwischen den Wälzkörpern resp. Kugeln und den Halteringen sowie dem Käfig; oder Zahnräder, 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, Fräsen, Bohren, etc.) tritt zwischen Werkzeug und Werkstück Reibung auf.

Abbildung 1.2 Tieflochbohrautomat

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1.1.3. Optimierung tribologischer Systeme Die Optimierung tribologischer Systems

kann über drei Ansätze erfolgen:

1. Vermeidung des tribologischen Kontaktes. Dies sind Massnahmen mit dem Ziel, die ge-wünschte 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 Beeinträchtigung der gewünschten 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 Oberflächen oder verändert diese durch chemische und physikalische Reaktionen.

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

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 beschränkt ist. Zum Beispiel Flüssigkeiten: Die Kräfte zwischen den sich bewegenden Molekülen einer Flüssigkeit bestimmen deren Fliessverhalten. Man spricht dabei von der inneren Reibung der Flüssigkeit. Die Materialkonstante welche die innere Reibung der Flüssigkeit charakterisiert, wird Visko-sität oder dynamische Zähigkeit genannt. Dabei bedeutet eine hohe Viskosität, also grosse innere Reibung, dass die Flüssigkeit zähflüssig 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 (Kräfte) sich relativ zueinander bewegen.“

Die Art der Objekte und Wechselwirkungskräfte ist in dieser Definition noch vollkommen offen. Objekte können sein: Elektronen, Moleküle, Partikel, Festkörper, Sterne, etc. Als Wechselwirkungskräfte sind neben anderen elektrische, magnetische und mechanische möglich.

Beispiel Magnetschwebebahn: Bei dieser wird der Zug über 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 berührungslose und somit verschleisslose Antrieb der Magnetschwebebahn erlaubt Reisegeschwindigkeiten von über 500 km/h.

Abbildung 1.3 Die Magnetschwebebahn „Transrapid“, hier bei

der Einweihung in Shanghai.

Die mechanische Reibung definiert sich wie folgt:

„Mechanische Reibung äussert sich als Kraft, die eine Relativbewegung kontaktierender Körper verhindert (Haftreibung), oder einer Relativbewegung entgegenwirkt und zum Verlust mechanischer Energie führt.“

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

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Abbildung 1.4 Die Reibungsenergie beim Bremsen bringen bei

Rennwagen die Bremsscheiben zum Glühen.

Reibung assoziiert man im Allgemeinen als uner-wünschte Erscheinung, jedoch gibt es mindestens ebenso viele Anwendungen, wo die Reibung uner-lässlich ist. Beispiele: Bremsen, jegliche Art der Fortbewegung, oder der Klang von Streichinstrumenten

Abbildung 1.5 Die Reibung zwischen Bogen und Saite ist der

Ursprung des Klanges einer Geige. Mathematisch lässt sich die mechanische Rei-bungskraft zwischen zwei in Kontakt befindlicher und relativ zueinander bewegter Körper wie folgt beschreiben:

FR: Reibungskraft µ: Reibungskoeffizient L: Last oder Auflagekraft m: Masse g: Gravitationskonstante (9.81 m/s2) v: Geschwindigkeit

LµFR ⋅= Gleichung (1)

1.2.1. Historisches

Das Phänomen der Reibung hat immer wieder die brillantesten Köpfe ihrer Zeit, wie z.B. Leonardo da Vinci (1452-1519), Leonard Euler (1707-1783) oder C. Coulomb (1736-1806) bewo-gen, sich dem Thema wissenschaftlich zu widmen. Die ersten wissenschaftlichen Arbeiten zur Reibung wurden von Leonardo da Vinci durchgeführt.

Abbildung 1.6 Skizzen von Leonardo da Vinci (1452-1519)

zum Studium der Reibung Aufgrund seiner Studien formulierte da Vinci zwei Gesetze der zur mechanischen Reibung: i) Die Reibung eines Körpers ist unabhängig

von seiner Grösse der Auflagefläche. ii) Die Reibungskraft verdoppelt sich, wenn die

Gewichtskraft verdoppelt wird. Die zwei Aussagen da Vinci’s finden sich in dem, 250 Jahre später, durch Charles Augustin Coulomb (1736-1806) formulierten Reibungsgesetz (Gl. (1)) wieder. Dieses besagt, dass die Reibungskraft pro-portional zur Gewichtskraft (Last) ist und implizit, dass die Auflagefläche keine Rolle spielt (kommt in der Gl. (1) nicht vor). Die Gleichung (1) beinhaltet

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noch eine weitere von Leonardo da Vinci aber noch nicht formulierte Eigenschaft der Reibung, nämlich: iii) Die Reibungskraft ist von der Gleit-

geschwindigkeit unabhängig und der Gleitrichtung entgegengesetzt.

Einen interessanten mathematischen Ansatz zur Beschreibung der Reibung beschrieb Bernhard Forrest de Bélidor (1697-1761) indem er annahm, dass Festköper aus kleinen Kugeln zusammen-gesetzt und deren Oberflächen somit aus Kugel-segmenten bestehen. Damit erkannte er als Erster, dass die mikroskopische Rauhigkeit der Ober-fläche einen Einfluss auf die Reibung haben muss. Nach Bélidor entsteht die Reibung durch die Kraft, die aufgewendet werden muss, um die Kugeln übereinander zu bewegen. Die Reibungskraft lässt sich sogar sehr einfach berechnen indem man nur die Kraftkomponente der Auflagekraft in Bewe-gungsrichtung ausrechnet. Dies ist eine einfache geometrische Aufgabe und man erhält als Reibungskoeffizienten µ:

350221 .µ == (2)

Abbildung 1.7 Skizzen von Bernhard F. de Bélidor (1697-1761) zur Modellierung einer rauen Oberfläche mittels

sphärischer Kugeln. Die Arbeiten von Bélidor sind in zweierlei Hinsicht interessant. i) Der Reibungskoeffizient ist unabhängig von der

grösse der Kugeln und der Auflagefläche. Dies ist in Einklang mit den rund 250 Jahre zuvor gemachten Beobachtungen Leonardo da Vinci’s.

ii) Der theoretische Wert von 0.35 für den Rei-

bungskoeffizienten µ entspricht recht genau dem Wert, den man experimentell am häufigs-ten für die trockene Reibung, also ohne Schmiermittel findet.

Obwohl das Modell von Bélidor physikalisch vollkommen falsch ist, wird es aufgrund seiner bestechenden Resultate seit 1737 immer wieder für die theoretische Beschreibung der Reibung herangezogen. Einen weiteren wichtigen Schritt im Verständnis der physikalischen Beschreibung der Reibung erbrach-te Charles Augustin Coulomb (1736-1806) indem er untersuchte, wieso die Haftreibung stets grösser als die Gleitreibung ist. Unter der Haftreibung versteht man die Widerstandskraft die aufgewendet werden muss, um zwei in Kontakt und Ruhe befindliche Körper relativ zueinander zu bewegen. C. Coulomb fand, dass die Haftkraft zweier in Kontakt und Ruhe befindlicher Körper mit der Dauer ihrer Kontaktzeit zunimmt. Er erklärte sich das Verhalten, indem er annahm, dass die Oberflächen der Holzkörper mit denen er die Experimente durchführte aus lauter kleinen elastischen Fasern bestehen und diese mit zunehmender Dauer des statischen Kontaktes stär-ker ineinander verhaken und somit eine höhere Haftreibung ergeben. (Coulomb verwendete Holz, weil im 18. Jahrhundert die meisten Maschinen noch Holzkonstruktionen waren.) Die experimentel-len Arbeiten und Interpretationen von Coulomb sind die Grundlagen der heutigen modernen mikrosko-pischen Beschreibung der Reibung.

1.2.2. Moderne Beschreibung der Reibung

Der Schlüssel zum Verständnis der mecha-nischen Reibung ist die Beschreibung der realen Kontaktfläche der in Kontakt befindlichen Körper. Seit den Arbeiten da Vinci’s ist bekannt, dass die Reibung im Allgemeinen von der Kontaktfläche unabhängig ist (Abb. 1.6b).

Abbildung 1.8

Schematische Darstellung der scheinbaren (geometrischen) und realen Berührungsfläche

Dies ist physikalisch nicht verständlich, ändert sich doch mit der Kontaktfläche der Auflagedruck (Gewichtskraft/Flächeneinheit) des Körpers, was intuitiv die Reibung beeinflussen sollte. Der Grund für diese scheinbare Unverträglichkeit liegt in der Beschreibung der realen Fläche auf welcher sich die beiden in Kontakt befindlichen Körper berühren. Diese sogenannte reale Kontaktfläche entspricht nicht der geometrischen Auflagefläche der Körper.

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Für harte Reibungspartner ist die reale Kontaktflä-che viel kleiner als die geometrische Auflagefläche. Ist aber einer der beiden in Kontakt befindlichen Körper weich (z.B. Gummi) ist die reale Kontakt-fläche viel grösser als die geometrische Kontakt-fläche. Der Grund hierfür liegt in der Rauheit der Oberflächen. Sind beide in Kontakt befindlichen Körper hart, so ist die reale Kontaktfläche nur durch einige wenige Berührungspunkte gegeben (Abb. 1.8). Die reale Kontaktfläche AR ist dabei wie folgt gegeben:

rteEindringhäftAuflagekra

AR = (3)

Dies bedeutet, dass die reale Kontaktfläche AR jene Fläche ist, welche durch die Auflagekraft flach auf der rauen Oberfläche flachgedrückt wird (Abb. 1.8).

Abbildung 1.9 Schematische Darstellung der realen Kontaktfläche AR in Abhängigkeit der Auflagekraft, für den Fall ähnlich

harter Reibungskörper. Wie bereits erwähnt, ist die reale Kontaktfläche AR für harte Materialien immer sehr viel kleiner als die scheinbare Kontaktfläche A. Als Beispiel wollen hier die reale Kontaktfläche AR für einen Stahlquader (Dichte: ρ = 8 kg/dm3) mit den Dimensionen V = 10 x 10 x 10 cm3 und einer Eindringhärte σ = 109 N/m2 auf einer Platte gleichen Materials berechnen. (Gravitationskonstante: g ~ 10 N/ms2):

2080 cm.gVL

AR =σ

⋅⋅ρ=σ

=

Im Vergleich zu der scheinbaren Kontaktfläche A = 100 cm2 ist in diesem Fall die reale Kon-taktfläche 100’000x kleiner!

Dies erklärt nun, wieso die Reibung nicht von der scheinbaren Auflagefläche A abhängt. Die für die Reibung relevante reale Kontaktfläche AR ist nämlich unabhängig von der scheinbaren Auflage-fläche A und nur eine Funktion der Auflagekraft und der Härte der Reibungspartner. Mit zunehmender Auflagekraft nimmt die reale Kontaktfläche AR

(Reibungsfläche) und damit die Reibungskraft zu. Der Reibungskoeffizient µ als Verhältnis Reibungs-kraft/Auflagekraft bleibt aber konstant.

Abbildung 1.10 Schematische Darstellung der realen Kontaktfläche AR

für den Fall, dass einer der Reibungskörper viel weicher ist.

Ganz anders präsentiert sich die Situation, wenn einer der beiden Reibungspartner weich (z.B. Gummi) im Verhältnis zum andern ist. In diesem Fall ist die reale Kontaktfläche viel grösser als die scheinbare Kontaktfläche. Das weiche Material kann je nach Auflagedruck in die feinsten Ritzen und Nuten des harten Reibungspartners eindringen und so die reale Kontaktfläche AR dramatisch vergrössern.

Abbildung 1.11 Die grosse Haftung (Reibung) verdanken Rennreifen

einer extrem weichen Gummimischung. Dadurch kann der Gummi in die Poren des Asphalts eindringen,

wodurch sich die reale Kontaktfläche AR zwischen Reifen und Asphalt und damit die Reibung stark erhöht.

In diesem Fall hängt die Reibung auch von der scheinbaren Kontaktfläche A ab, denn sie bestimmt, mit welchem Flächendruck das weiche Material in die Konturen des harten Materials eindringen kann. Als anschauliches Beispiel seien hier die Autoreifen für den Rennsport genannt. Diese vermitteln mehr Haftung (Reibung) je weicher die Gummimischung ist. Je weicher der Gummi ist, desto besser kann er in die Poren des Asphalts eindringen, damit die

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Kontaktfläche vergösseren was zu einer Erhöhung der Haftung führt.

1.3. Verschleiss

Jede Abnützung, gewollt oder ungewollt, die zu einer Veränderung der Oberfläche der Reibungspartner führt, wird als Verschleiss de-finiert. Verschleiss durch Gleit-, Roll- oder Wälz-reibung wird als mechanischer Abrieb bezeichnet. Als Strömungsabrieb bezeichnet man jenen Verschleiss, der durch feste Fremdkörper (z.B. mechanische Abriebpartikel) im strömenden Medium hervorgerufen wird.

Abrasiver Verschleiss entsteht, wenn die Rauheiten der härteren Oberfläche jener der weicheren Oberfläche „abradieren“, das heisst flach- oder wegreiben. Fressverschleiss entsteht, wenn durch die Reibungswärme die Kontaktstellen zunächst verschweissen und anschliessend durch die Relativbewegung wieder auseinander gerissen werden.

Abbildung 1.12 Photo eines Motorkolbens mit deutlich erkennbaren

Verschleissspuren an der Kolbenwand.

Wichtige Verschleissformen sind somit die Ab-tragung und damit Glättung der Oberflächen (Einlaufen) in ihrer milderen Form oder die zerfur-chende Zerstörung der Oberflächen in ihrer starken Form. Eine andere wichtige, stets unerwünschte Verschleissform ist der Fressverschleiss der in seiner schlimmsten Form bis zur Blockieren der Bewegung führen kann. Beide Verschleissformen können durch einen geeigneten Schmierstoff stark gemildert resp. verhindert werden.

1.4. Schmierung

Bereits im Alten Ägypten, vor mehr als 4000 Jahren, nutzte man die Schmierung zur Vermin-derung der Reibung. Um den Kraftaufwand, für den Transport von grossen Steinblöcken und Skulpturen auf Holzschlitten zu reduzieren, verwendeten die Ägypter bereits Schmierstoffe.

Abbildung 1.13

Erste schriftliche Überlieferung der Verwendung von Schmierstoffen.

Malerei aus dem Grab von Tehuti-Hetep, El-Bershed (1880 v. Chr.)

Physikalisch gesehen gibt es nur 3 Faktoren welche Reibung und Verschleiss beeinflussen:

i) Mechanischer Abrieb:

Ein grosser Härteunterschied zwischen den Reibungskörpern führt zur Abrasion des weichern durch das härtere Material.

Massnahme: Die Oberfläche des härteren Körpers sollte deshalb immer möglichst glatt sein.

ii) Interatomare Kräfte:

An den Kontaktflächen sind die Atome der Reibungspartner so dicht zusammen, dass zwischen ihnen attraktive Kräfte wirken. Diese Kräfte sind zwischen Metall/Metall- gösser als zwischen Metall/Nichtmetall- und Nichtmetall/Nichtmetall-Oberflächen. Dies ist der Grund, weshalb die Reibung Metall gegen Keramik im Allgemeinen kleiner ist als ist jene Metall gegen Metall.

Massnahme: Reibung von Metall gegen Metall möglichst vermeiden.

iii) Legierungsfähigkeit der Materialien:

Je grösser die Affinität der Materialien der Reibungspartner zur Legierungsbildung ist, desto eher kommt es zu Verschweissung der Kontaktflächen. Die Tendenz zur Legierungs-bildung nimmt zu, je „ähnlicher“ die Materialien der beiden Reibungskörper sind.

Massnahme: Reibung zwischen gleichen Materialien möglichst vermeiden.

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Durch geeignete Schmierung lassen sich alle drei Faktoren positiv, d.h. kleinere Reibung und niedriger Verschleiss, beeinflussen. Im Wesentli-chen lassen sich drei Reibungszustände definieren:

1) Trockenreibung

2) Mischreibung (Grenzflächenschmierung)

3) Hydrodynamische Reibung (Schmierung) 1.4.1. Trockenreibung

Reibung ohne flüssige Schmiermittel - die Reibungskörper sind in direktem Kontakt. Bei Metall-Metall Reibung kann es an den Kontakt-stellen zu Kaltverschweissungen kommen. Die Reibung und der Verschleiss sind allgemein sehr gross. Einige Metalle bilden an Luft eine dünne (~ 5 Nanometer = 5·10-9 m) stabile Oxydschicht an der Oberfläche. Diese vermindert die Tendenz zur Kaltverschweissung, so dass Reibung und Ver-schleiss niedriger sind.

Abbildung 1.14 Schematische Darstellung der Reibungsverhältnisse

bei Trockenreibung a) ohne Oberflächenschicht b) mit Oberflächenschicht

Der Effekt kann verstärkt werden indem man die Metalloberflächen mit einer keramischen Hartstoff-beschichtung (z.B. Titannitrid (TiN), oder Titankar-bid (TiC)) verseht. Als verschleissmindernde Schichten bieten sich auch so genannte Fest-schmierstoffe an. Festschmierstoffe sind Stoffe, die sich leicht verreiben lassen und ähnlich wie ein Fett als Schmiermittel dienen. Die bekanntesten Fest-schmierstoffe sind Graphit (reiner Kohlen: C) und Molybdändisuflid (MoS2). Trockenschmierstoffe setzen Reibung und Verschleiss noch weiter herab.

1.4.2. Mischreibung Mischreibung liegt dann vor, wenn ein

flüssiger Schmierstoff mit entsprechenden Additiven die Oberflächen mit Molekülen beschichtet, so dass in den Kontaktstellen die Festkörperoberflächen stets durch die Molekülschicht getrennt bleiben. Bei Mischreibung ist der Reibungskoeffizient µ 10 – 100x kleiner als bei der Trockenreibung.

Abbildung 1.15 Schematische Darstellung der Verhältnisse

bei Mischreibung

1.4.3. Hydrodynamische Reibung Bei der hydrodynamischen Reibung trennt

ein unter Druck stehender Schmierfilm die Ober-flächen und es tritt keine direkte Berührung der Reibkörper mehr ein. Als Reibung tritt ausschliess-lich Flüssigkeitsreibung auf. Diese hängt nur von der Viskosität des Schmierstoffs ab. Da die Festkörperflächen sich nicht berühren, ist der Verschleiss theoretisch gleich Null.

Abbildung 1.16 Schematische Darstellung der Reibungsverhältnisse

bei hydrodynamischer Schmierung.

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II. Aufbau der Schmierstoffe 2.1. Erdöl und Rohöl

Erdöl ist im Wesentlichen ein Gemisch aus Tausenden von Kohlenwasserstoffen. Damit sich Erdöl bilden kann, sind eine ganze Reihe von besonderen Bedingungen notwendig:

Der Ausgangsstoff für die Entstehung von Erdöl sind pflanzliche und tierische Mikroorganismen, wie z.B. das Plankton. Das sind einzellige Lebewesen, die sich in den obersten Wasserschichten bilden, wo sie durch die Sonnenenergie genährt werden. Im Laufe der Jahrmillionen sterben riesige Mengen Plankton ab und sinken auf den Meeresboden. Dabei verwest der überwiegende Anteil. Ein Teil je-doch gelangt an den Grund, ohne die vorher aufge-nommene Sonnenenergie ganz abgegeben zu ha-ben. Sie bilden den sogenannten Tiefseeschlamm, der in dem fast sauerstofffreien und salzreichen Wasser einen Fäulnisprozess durchläuft. Unter Mithilfe von anaeroben Bakterien und Katalysatoren (z.B. Kieselsäureverbindungen) erfolgt die Um-wandlung der organischen Substanzen in Kohlen-wasserstoffe, wobei das meiste als Kohlendioxid und Wasser entweicht. Weniger als 1% der ursprünglichen Menge wird in einem komplizierten und langwierigen Prozess zu Kohlenwasserstoff.

Damit aus diesem Grundstoff Erdöl wird, ist ein hoher Druck notwendig. Das heisst, anorganisches Material wie Sand oder ähnliches muss sich über dem Tiefseeschlamm ablagern und verdichten. Es muss Sedimentschichten bilden, die den Tiefsee-schlamm überlagern.

Nur wenn all diese Voraussetzungen erfüllt werden, bildet sich Erdöl. Ein ruhiges, wenig durchlüftetes Meeresbecken, wie wir es heute im Schwarzen Meer antreffen und wie es vor Millionen Jahren im Gebiet des Persischen Golfes gewesen sein muss, ist dafür die Voraussetzung.

Erdgeschichtlich gab es zwei Hauptperioden der Erdölbildung: eine erste vor 200 bis 350 Millionen Jahren und eine zweite vor 20 bis 150 Millionen Jahren.

Das gebildete Erdöl muss konzentriert sein, um Lagerstätten zu bilden. Erdöl kommt als kleinste Tröpfchen vor, die in die Struktur poröser Gesteins-schichten wie z.B. Sandstein, dem sogenannten Speichergestein, eingelagert sind.

Durch den hohen Druck bei der Sedimentierung werden die flüssigen Bestandteile zum Rand des Beckens hochgedrückt bis das Erdöl an eine undurchlässige Gesteinsschicht stösst. Da Erdöl leichter ist als Wasser, steigt es in die obersten Speicherschichten auf. Es wird überlagert von dem Erdgas, das in unterschiedlichen Mengen immer in Verbindung mit Erdöl auftritt. Im Laufe der Erd-geschichte werden diese Speicherschichten in Gebirgsbildungsprozessen gefaltet, verworfen, ver-

frachtet etc. Wenn es in diesen Prozessen zur Bildung von sogenannten Ölfallen kommt, dann liegt Erdöl in ausreichenden Mengen vor, um es mit Gewinn zu fördern.

Abbildung 2.1

Schematische Darstellung der Vorkommen fossiler Brennstoffe

In der Erdölindustrie unterscheidet man zwischen konventionellem und nichtkonventionellem Erdöl. Konventionelles Erdöl ist flüssig.

Nichtkonventionelles Erdöl ist zäh oder zähflüssig. Es liegt vor allem in Ölsanden und Ölschiefern oder als sogenanntes schweres Erdöl vor. Ölsande und Ölschiefer werden im Bergbau, meist im Tagebau, abgebaut. Schweres Erdöl wird wie normales geför-dert, allerdings muss es bereits in der Lagerstätte durch Zufuhr von Wärme fliessfähig gemacht wer-den. Die grössten Lagerstätten nichtkonventionellen Erdöls befinden sich in Nordamerika und Venezuela.

Abbildung 2.2 Ölsandabbaustätte in Kanada

Unter dem hohen Druck in den Lagerstätten ist eine bestimmte Menge an Gas (Erdölgas) im Erdöl gelöst, das frei wird, wenn das Erdöl die Erdober-fläche erreicht. Häufig drängt bei der Ölförderung auch Wasser mit an die Oberfläche. Nach Entfernung von Wasser und Erdölgas steht das

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Rohöl als Einsatzprodukt für die Ölraffinerien zur Verfügung.

Rohöl = Erdöl – Erdölgas – Wasser

Ausser den Kohlenwasserstoffen enthält das Rohöl noch organische Sauerstoff- und Schwefel-, Stick-stoffverbindungen, sowie anderen „Verunreinigun-gen“ zu denen auch mehr oder weniger hohe Konzentrationen an verschiedenen Elementen, die alle im Mineralöl stören und daher entfernt werden müssen. Die typische chemische Zusammenset-zung eines Rohöls ist: Kohlenstoff (C) 80 – 85 % Wasserstoff (H) 10 – 17 % Schwefel (S) < 7% N, O, Cl, P, K, Na, Mg u.a. < 1 % (Angaben in Atom%)

2.2. Mineralische Grundöle

2.2.1. Raffinierung

Grundöle (Basisöle) sind die Ausgangspro-dukte für die Herstellung von Schmierölen und können Mineralöle oder Syntheseöle sein. Die meisten Grundöle, die heute hergestellt werden, sind immer noch die konventionellen Mineralöle. Mineralöle erhält man aus der Vakuumdestillation geeigneter Rohöle durch Entparaffinierung (Ent-wachsung), Entaromatisierung und eine besondere Endbehandlung mit Wasserstoff (Hydrofining)).

Abbildung 2.3 Rohölraffinerie

Bei der Rohöldestillation (Raffinerieverfahren) wird Rohöl unter Atmosphärendruck destilliert (Abb. 2.4). Dabei werden alle Bestandteile des Rohöls (Gas, Benzin, Petroleum und Gasöl) gewonnen, soweit ihr Siedepunkt unter der Arbeitstemperatur von etwa 370°C liegt. Bei höherer Erwärmung würde sich das Rohöl zersetzen.

Die Gewinnung weiterer Destillate (Abb. 2.4) erfolgt bei nur geringfügig erhöhter Temperatur, jedoch bei deutlich abgesenktem Druck (Vakuum). Als leich-teste Fraktion wird Vakuumgasöl gewonnen, die schwereren Fraktionen werden zur Herstellung von Schmieröl verwendet.

Abbildung 2.4 Schema der Erdölaufbearbeitung

Für die Schmierölproduktion unterscheidet man abhängig ihrer Viskosität vier verschiedene Grundöle, nämlich:

� Spindelöl

� Leichter Maschinenöl

� Schweres Maschinenöl

� Zylinderöl (kaum noch Anwendungen)

Die Grundöle werden in SN-Klassen (Solvent Neutral) unterteilt:

� SN 80: ca. 17 mm2/s bei 40 °C

� SN 150: ca. 32 mm2/s bei 40 °C

� SN 500: ca. 110 mm2/s bei 40 °C

� Bright Stock 150: ca. 400 mm2/s bei 40 °C

Im Blockschema der Abb. 2.4 ist zu erkennen, dass die 4 oben bezeichneten Grundöle die Produkte der sogenannten physikalischen Trennung im Raffine-rieprozess sind und als Destillate bezeichnet werden. Diese Destillate enthalten noch eine Reihe unerwünschter Bestandteile, welche mittels chemi-scher Extraktionsverfahren entfernt werden. Diese Extraktionsverfahren charakterisieren die eigent-

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liche Raffination, deren Endprodukte die Raffinate sind.

2.2.2. Aufbau der Grundöle

Es gibt zahlreiche Kombinationsmöglich-keiten zur Bildung von Kohlenwasserstoffen; ent-sprechend gross ist auch die Zahl möglicher Kohlenwasserstoffe im Rohöl. Das aus dem Rohöl gewonnene Mineralöl ist daher ein komplexes Gemisch und keine eindeutig definierte chemische Substanz.

Trotzdem können gewisse Grundtypen von Mineral-ölen unterschieden werden:

� Paraffinisches Mineralöl

� Naphthenisches Mineralöl

� Aromatisches Mineralöl

Die Namen der verschiedenen Grundtypen leiten sich aus den enthaltenen Kohlenwasserstoffen ab, wobei man für deren Klassifizierung zwei Merkmale berücksichtigt:

1) Molekülstruktur

� Kettenmolekül

� Ringmolekül

2) Art der chemischen Bindung

� Einfachbindung (gesättigt)

� Doppelbindung (ungesättigt)

Aus diesen Unterscheidungsmerkmalen lassen sich folgende Molekülfamilien definieren:

i) Paraffine (Alkane)

Lineare unverzweigte Kettenmoleküle mit lauter Einfachbindungen (voll gesättigtes Molekül).

Strukturformel: 22nnHC + n = 1,2,3…

ii) Naphthene (Cycloalkane)

Ringmoleküle mit lauter Einfachbindungen (voll gesättigtes Molekül).

Strukturformel: 2nnHC n = 1,2,3…

iii) Aromate

Ringmoleküle mit Doppelbindungen (ungesättigter Kohlenwasserstoffe)

Benzol C 6H6Benzol C 6H6

Strukturformel: nnHC n = 1,2,3…

Einfachbindungen sind gegenüber chemischen Reaktionen, insbesondere auch mit Sauerstoff, stabiler und somit alterungsbeständiger. Zur Her-stellung von Schmierstoff-Grundölen werden daher Kohlenwasserstoffe verwendet, die nur wenige Doppelbindungen enthalten.

Aus toxikologischen Gründen sollten nur wenige Aromaten, also ungesättigte, ringförmige Kohlen-wasserstoffe auf der Grundlage eines Benzolrings (polyzyklische Aromaten) im Grundöl enthalten sein.

An dieser Stelle ist hervorzuheben, dass es keine Grundöle gibt die nur aus Paraffinen, Naphthenen oder Aromaten bestehen. Daher spricht man von paraffinbasischen, naphthenbasischen oder aroma-tischen Ölen, je nach dem, welcher Kohlenwasser-stofftyp die Grundeigenschaften dominiert. Zur Voll-ständigkeit sei erwähnt, dass die ringförmigen Kohlewasserstoffe eine höhere Temperaturstabili-tät wie die kettenförmigen aufweisen.

2.2.3. Eigenschaften der Grundöle Die beschriebenen Molekülstrukturen be-stimmen verschiedene chemische und physikali-sche Eigenschaften des Mineralöls. Die wichtigsten sind: � Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig) � Viskosität � Temperaturverhalten der Viskosität � Oxidationsstabilität (Alterung) � Thermische Stabilität

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i) Aggregatzustand

Mit zunehmender Molekülgrösse steigen die Temperaturen für den Übergang vom festen in den flüssigen Zustand (Schmelzpunkt), sowie vom flüs-sigen in den gasförmigen Zustand (Siedepunkt) an.

Abbildung 2.5

Schmelz- und Siedepunkte für einige Paraffine CnH2n+2 (Alkane) mit n = 1 – 14

Aus dem Schmelz- und Siedepunkten der Kohlen-wasserstoffmoleküle (z.B. Paraffine Abb. 2.5) ergeben sich die Verwendungszwecke der unter-schiedlich grossen Kohlenwasserstoffmoleküle – welche in der Tabelle 2.1 zusammengefasst sind. Verwendung Anzahl C-Atome (C n) im

Molekül (C nHx) Gase C1 – C4 Benzin C5 – ca. C12 Dieselöl/Heizöl C10 – C22 Schmierstoffe C20 – C35 „Raffinerierückstände“ > C35

Tabelle 2.1 Verwendungszwecke der unterschiedlich grossen

Kohlenwasserstoffmoleküle. Aus der Tabelle 2.1 ist ersichtlich, dass für die Schmierstoffherstellung relativ grosse Kohlenwas-serstoffe mit 20 – 35 Kohlenstoffatome verwendet werden. Aus der Abb. 2.5 lässt sich abschätzen, dass diese Kohlenwasserstoffe einen Schmelz-punkt von ca. 0°C und einen Siedepunkt von ca. 300°C aufweisen – also bei Raumtemperatur flüssig und bis zu hohen Betriebstemperaturen nicht flüchtig (gasförmig) sind. Eigenschaften, die für ein gutes und stabiles Schmiermittel unerlässlich sind.

ii) Viskosität

Die Viskosität von Schmierölen ist die wichtigste Kenngrösse. Sie kennzeichnet die innere Reibung eines fliessenden Mediums – also die Kräfte, die zwischen den sich gegeneinander bewegenden Molekülen wirken. Für die Paraffine, Naphthene und Aromate nimmt die Viskosität η mit zunehmender Molekülgrösse zu.

Wie für praktisch alle Flüssigkeiten gilt auch für die Kohlenwasserstoffe, dass die Viskosität stark tem-

peraturabhängig ist und für die Paraffine, Naph-thene und Aromaten noch sehr unterschiedlich ist.

Abbildung 2.6 Schematische Darstellung des Temperaturverhaltens

der Viskosität η von paraffinischen und naphthenischen Mineralölen

Aus der Abb. 2.6 ist ersichtlich, dass die Paraffin-Öle gegenüber den Naphthen-Ölen eine geringere Temperaturabhängigkeit aufweisen. Der Vorteil der Paraffine, niedrigere Viskosität bei tiefen, sowie höhere Viskosität bei höheren Temperaturen, ist für viele Schmieranwendungen gewünscht. Grundöltyp

Eigenschaften Paraffinisch Naphthenisch Aromatisch

Dichte Niedrig Mittel Hoch

Viskosität-Temperatur-verhalten

Gut Mittel Schlecht

Viskosität Hoch Mittel Niedrig

Kälteverhalten Schlecht Gut Gut

Stockpunkt Hoch Niedrig Niedrig

Verdampfungs-verhalten

Gut Mittel Schlecht

Flammpunkt Hoch Mittel Niedrig

Verkokungsnei-gung

Mittel Gering Hoch

Oxidations-stabilität

Gut Gut Schlecht

Alterungspro-dukte

Säuren (löslich)

Schlamm (unlöslich)

Schlamm (unlöslich)

Thermostabili-tät

Mittel Gut schlecht

Strahlenresis-tenz

Niedrig Mittel Hoch

Benetzung Mittel Gut Hoch

Dispergierver-mögen

Mittel Gut Hoch

Additivlöslich-keit

Mittel Gut Hoch

Toxizität Niedrig Mittel Hoch

Tabelle 2.2

Eigenschaften von Mineralölen unterschiedlicher Molekülstruktur

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Aus der in der Tabelle 2.2 gegenübergestellten Eigenschaften ergibt sich, dass die paraffinischen Grundöle für die meisten Schmierstoffanwendungen Vorteile haben. In der Tabelle 2.3 sind die Bezeichnungen der wichtigsten Mineralöle sowie ihre Einsatzgebiete zusammengefasst.

Bezeichnung Kennzeich-nung

Viskosität bei 40°C (mPas)

Einsatzgebiet

Spindelöle Niedrige viskose Öle

ca. 25 Hochgeschwin-digkeitslager

Leichte Maschinenöle

Mittel viskose Öle

25 – 40 Reibstellen mit mittleren Geschwindig-keiten

Schwere Maschinenöle

Hoch viskose Öle

40 – 300 Reibstellen mit niedrigen Geschwindig-keiten

Zylinderöle Sehr hoch viskose Öle

300 – 1000 Dampfzylinder

Tabelle 2.3 Bezeichnung & Einsatzgebiete

der wichtigsten Mineralöle

Mit den Grundölen können nun unterschiedliche Formulierungen von Schmierstoffen für ganz unter-schiedliche Anwendungen zusammengestellt wer-den. Meistens reichen aber die Eigenschaften der Grundöle alleine nicht aus, die hohen Anforderun-gen der Schmierstoffe zu erfüllen. In diesen Fällen ist die Zugabe von Additiven notwendig,

2.2.4. Grundölklassen

Das American Petroleum Institute (API) und die Association Technique de l’Industrie Européene des Lubrificants (ATIEL) haben Grundöle nach ihrer chemischen Zusammensetzung klassifiziert. Die Einstufung der Grundöle auf Mineralölbasis (Gruppe I bis III) beruht auf drei Kriterien:

� Gehalt an gesättigten Verbindungen � Schwefelgehalt � Viskositätsindex

Gruppe Schwefelgehalt

(Gewichts-%)

Sättigungsgrad

(Gewichts-%)

Viskositäts-index

I > 0.03 und/oder < 90 80 – 120

II <= 0.03 und > = 90 80 – 120

III < = 0.03 und > = 90 > 120

IV Polyalphaolefine (PAO)

V Alle Grundöle ausserhalb der Gruppen I – IV

Tabelle 2.4

Grundöleinteilung nach API und ATIEL

2.3. Synthetische Grundöle

2.3.1. Einführung

Synthetische Schmieröle werden einge-setzt, wenn die Anforderungen in bestimmten Anwendungen durch Mineralöle nicht erfüllt werden können, auch nicht durch Zugabe von Additiven. Syntheseöle werden im Gegensatz zu den Mine-ralölen nicht durch Destillation und Raffination, son-dern durch chemische Reaktionen hergestellt – in der Regel aber auch auf Erdölbasis. Die meisten, der schon vor Jahrzehnten entwickelten, syntheti-schen Grundöle haben sich wegen den hohen Her-stellungskosten nur langsam am Markt durchge-setzt. Doch seit den 80iger Jahren ist ihr Anteil stetig zunehmend.

Typ Relative Kosten zu Mineralölen

Alkylaromaten

Polybutene

Dicarbonsäure

Polyalkylenglykole

Polyalphaolefine

Neopentylpolyester

Polysiloxane

Perfluoralkylpolyether

2 – 3

3 – 5

7 – 15

7 – 20

7 – 25

10 – 20

40 – 200

400 – 800

Tabelle 2.5

Die wichtigsten synthetischen Grundöle und ihre relativen Preise verglichen mit Mineralölen (Basisjahr 1999).

2.3.2. Vor- & Nachteile von Syntheseölen

i) Vorteile

Synthetische Schmieröle haben im Vergleich zu mineralischen Grundölen folgende Vorteile:

� Thermische Stabilität � Höhere oxidative Stabilität � Besseres Viskosität-Temperaturverhalten � Besseres Fliessverhalten bei tiefen Temperaturen � Geringere Flüchtigkeit bei hohen Temperaturen � Grösserer Einsatztemperaturbereich � Geringere Entflammbarkeit � Geringere Umweltbelastung

ii) Nachteile Die Nachteile synthetischer Schmieröle gegenüber mineralischen sind im Wesentlichen: � Schlechtere hydrolytische Beständigkeit � Schlechteres Korrosionsschutzverhalten � Schlechtere Verträglichkeit mit anderen

Werkstoffen (Metalle, Dichtungen) � Schlechtere Mischbarkeit � Schlechtere Additivlöslichkeit � Hoher Preis

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2.3.3. Eigenschaften und Anwendungen einiger wichtiger Syntheseöle

i) Allgemeines

Der grosse Vorteil der synthetischen gegenüber den mineralischen Ölen ist ihr besseres Tempera-turverhalten, welches sich z.B. im Viskosität-Temperaturverhalten, Fliessverhalten bei tiefen Temperaturen, grösser Einsatztemperaturbereich, den Verdampfungsverlusten, usw. niederschlägt. Die Abbildung 2.7 zeigt die Verdampfungsverluste von Polyalphaolefinen (PAO) im Vergleich zu Mineralölen. Wie zu erkennen ist, sind die Ver-dampfungsverluste der Mineralöle um einen Faktor 2 – 3, wobei der Unterschied bei niederviskosen (dünnflüssigen) Ölen grösser ist.

Abbildung 2.7

Flüchtigkeit von Polyalphaolefinen (PAO) und Mineralölen

ii) Polyalphaolefine (PAO) Vorteile: � Gutes Fliessverhalten bei tiefen Temperaturen � Hohe thermische und oxidative Beständigkeit � Niedrige Verdampfungsverluste � Hoher Viskositätsindex � Gutes Reibungsverhalten bei Mischreibung � Mischbar mit Mineralölen und Estern � Gute hydrolytische Beständigkeit � Gutes Korrosionsschutzverhalten � Nicht toxisch Damit besonders geeignet für: � Motorenöle � Kompressorenöle � Getriebe- & Hydrauliköle � Schmierfette Nachteile: � Begrenzte biologische Abbaubarkeit � Begrenzte Additiv-Löslichkeit

Damit ungeeignet für: � Hochleistungsgetriebeöle � Schnell biologisch abbaubare Fette iii) Polyalkylenglykol

Vorteile: � Hoher Viskositätsindex � Ausgezeichnete Verschleiss- & Fressschutz-

eigenschaften � Ausgezeichnetes Reibungsverhalten (Stahl/Bronze) � Gute Oxidationsbeständigkeit � Gute Tieftemperatur-Fliesseigenschaften � Nicht toxisch � Schnell biologisch abbaubar Damit besonders geeignet für: � Schneckengetriebe � Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten � Schnell biologisch abbaubare Schmieröle � Textilmaschinenöl � Kälteschmierstoffe Nachteile: � Nicht mischbar mit Mineralölen � Schlechte Additiv-Löslichkeit � Begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerkstof-

fen und Farben/Lacken Damit ungeeignet für: � Motorenöle � Hochleistungsgetriebeöle iv) Diester und Polyester Vorteile: � Gute Oxidationsbeständigkeit � Gute Tieftemperatur-Fliesseigenschaften � Hoher Viskositätsindex � Niedrige Verdampfungsverluste � Unbegrenzte Mischbarkeit & Verträglichkeit mit Mineralölen

� Gute Verschleiss- & Fressschutzeigenschaften � Nicht toxisch � Schnell biologisch abbaubar Damit geeignet für: � Flugturbinenöle � Motorenöle � Kompressorenöle � Getriebe- & Hydrauliköle � Kältemaschinenöle � Schnell biologisch abbaubare Schmieröle

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Nachteile: � Niedrige Viskosität � Begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerk- stoffen und Farben/Lacken � Schlechte Hydrolysebeständigkeit � Mässiges Korrosionsschutzverhalten Damit ungeeignet für: � Anwendungen mit Anforderungen nach

besonderen Viskositäten � Anwendungen mit hohen

Korrosionsschutzanforderungen v) Phosphorsäureester Vorteile: � Schwer entflammbar � Gute Oxidationsbeständigkeit � Gute Tieftemperatur-Fliesseigenschaften � Ausgezeichnete Verschleiss- und Fressschutz- eigenschaften � Hohe Strahlenbeständigkeit � Unbegrenzte Mischbarkeit & Verträglichkeit mit Mineralölen

� Nicht toxisch � Schnell biologisch abbaubar Damit besonders geeignet für: � Schwer entflammbare Hydrauliköle (Hydraulik-

und Lagerschmieröle in Kraftwerken) � Gasturbinenöl � Kompressorenöle Nachteile: � Mässige Hydrolysebeständigkeit � Mässiges Korrosionsschutzverhalten � Niedriger Viskositätsindex � Begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerk-

stoffen � Nicht mischbar mit Mineralöl Damit ungeeignet für: � Alle anderen Anwendungen als oben erwähnt vi) Silikonöle Vorteile: � Höchster Viskositätsindex aller Schmieröle � Gute oxidative und thermische Beständigkeit � Ausgezeichnete Tieftemperatur-Fliesseigen-

schaften � Niedrige Verdampfungsverluste � Hohe chemische Beständigkeit � Ausgezeichnete Tieftemperatur-Fliesseigen-

schaften

� Niedrige Verdampfungsverluste � Hohe chemische Beständigkeit � Ausgezeichnete Verträglichkeit mit Dichtungs-

werkstoffen � Gute elektrische Eigenschaften Damit besonders geeignet für: � Hochtemperatur-Hydraulikflüssigkeiten � Spezielle Schmierfette � Sonderschmierstoffe für chemische und

elektrische Kontakte Nachteile: � Schlechteste Schmierungseigenschaften aller Öle bei Mischreibung � Nicht mischbar mit Mineralölen � Keine Löslichkeit für Additive Damit ungeeignet für: � Alle anderen Anwendungen als oben erwähnt. Syntheseöltyp Anwendungsschwerpunkt

Synthetische Kohlenwasserstoffe Polyalphaolefine Motorenöle, Industrieschmierstoffe

(Kompressorenöle, Hydrauliköle, Lageröle)

Polyisobutene Metallbearbeitungsöle, Zweitaktmoto-renöle, elektrische Isolieröle,

Alkylierte Aromaten

Tieftemperaturschmieröle für Getriebe, Motoren, Hydrauliken usw.

Cycloaliphate Reibradgetriebeöle

Organische Ester Diester Flugturbinenöle der Klasse I,

Mischungskomponente für PAOs Polyolester Flugturbinenöle der Klasse II und III,

Kompressoren, Hydrauliköle, Getriebeöle

Polyglykole Bremsflüssigkeiten, Metallbearbeitungsöle, schwerentflammbare Hydrauliköle, Schneckengetriebeöle

Sonstige Phosphorsäure-ester

Sonderhydraulikflüssigkeiten, Gasturbinenöle

Silikonöle Hochtemperaturhydraulikflüssigkeiten, Bremsflüssigkeiten, Kompressorenöle

Halogenierte Flüssigkeiten

Extrem schwer entflammbare Hydrau-likflüssigkeiten

Polyphenyläther Wärmeträgerflüssigkeiten, strahlenbeständige Schmieröle

Tabelle 2.6

Anwendungsschwerpunkte der wichtigsten synthetischen Öle

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2.3.3 Marktanteile der wichtigsten Syntheseöle

Die beiden wichtigsten Syntheseöltypen sind die Polyalphaolefine mit etwa 45 % und die Esteröle mit etwa 25 % des Marktes für Syntheseöle.

Öltyp Markanteil

Polyalphaolefine ~ 45 %

Organische Ester ~ 25 %

Polyglykole ~ 10 %

Phosphorsäureester ~ 5 %

Polybutane ~ 5 %

Andere ~ 10 %

Tabelle 2.7

Marktanteile der wichtigsten Syntheseöle

2.4. Bioöle

2.4.1. Einführung

Zwischen 5% und 10% aller Schmierstoffe gelangen in die Umwelt und zwar als

� Verlustschmierstoffe (unvermeidlich)

� Umlaufschmierstoffe (vermeidbar)

Gesetzliche Regelwerke verlangen, dass die Herstellung, Anwendung und Entsorgung von Schmierstoffen so zu erfolgen haben, dass die Beeinträchtigung des Menschen und der Umwelt so gering wie möglich ist. Dies wird durch folgende Massnahmen erreicht:

� Verbot der Verwendung bestimmter Stoffe in Schmierstoffen

� Keine Wassergefährdung

� Biologisch schnell abbaubar.

Unter Bioölen versteht man biologisch schnell abbaubare Öle , um mögliche schädliche Auswir-kungen auf die Umwelt zu verringern. Die Schmier-stoffe machen weniger als 1% des Rohölverbrauchs eines Industriestaates aus. Für die Schweiz dürften dies etwa 5'000 Tonnen pro Jahr sein. Diese wer-den vor allem in den folgenden Anlagen eingesetzt:

� Gemischgeschmierte Zweitaktmotoren

� Kettensägen, Sägegatter

� Spurkränze von Schienenfahrzeugen

� Seilbahnen

� Snowmobile, Skipistenfahrzeuge

� Schalungen in der Bauindustrie

Abbildung 2.8 Zum Schutz der Umwelt ist es Vorschrift die Laufräder

von Seilbahnen mit Bioölen und Biofetten zu schmieren.

Aber auch in einigen Umlaufkreisläufen sind Bioöle sinnvoll, wenn durch Lecks die Gefahr einer Umweltverschmutzung besteht. Hierzu gehören:

� Hydraulikanlagen im Hoch- und Tiefbau

� Hydraulikanlagen in Forst- und Landwirtschaft

� Hydraulikanlagen in Kläranlagen, Schleusen und

Wasserwehren

� Maschinen in der Lebensmittelindustrie

2.4.2. Umweltgefährdung

Für das Ausmass einer Umweltgefährdung zu diskutieren sind folgende Hinweise zu beachten:

� Ein Liter Öl macht 1 Million Liter Wasser ungeniessbar

� 1 Milligramm Öl in einem 1 Liter Wasser vernichtet 60% der darin lebenden Mikro-organismen.

Um eine Umweltgefährdung so gering wie möglich zu halten, sollten Stoffe wieder in ungefährliche Bestandteile zerfallen, wenn diese Stoffe in die Umwelt gelangen.

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Damit gilt für die biologische Abbaubarkeit folgende Definition:

„Unter biologischer Abbaubarkeit versteht man, die durch Mikroorganismen unter Kompostier-bedingungen hervorgerufene vollständige Zer-setzung des Stoffes bei Rückführung seiner Bestandteile in die Natur ohne Bildung ökolo-gisch bedenklicher Zwischenstufen“.

Diese Definition angewendet auf Mineralöle bedeutet die Zersetzung in Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H). Die Geschwindigkeit dieses Abbaus muss definiert und mittels bestimmter Tests nachgewiesen werden.

Vereinfacht ausgedrückt versteht man unter einer Umweltverträglichkeit folgendes:

� Biologisch schnell abbaubar

� Nicht toxisch für Menschen, Tiere und Bakterien

� Keine Wassergefährdung

2.4.3. Verfügbare Stoffgruppen

Als Grundöle für biologisch schnell abbau-barer Schmierstoffe stehen die folgenden Stoff-klassen zur Verfügung:

� Wassermischbare Flüssigkeiten z.B. Polyethylenglykol

� Nicht-wassermischbare Stoffe z.B. Natürliche & synthetische Ester oder Pflanzenöle wie

Rapsöl

In der Tabelle 2.8 ist die biologische Abbaubarkeit verschiedener Grundöle dargestellt. Man erkennt, dass einige Esteröle, Pflanzenöle und Polyglykole unter definierten Testbedingungen (z.B. CEC-L-33-A-94 Test) Abbauraten von fast 100% erreichen können.

Tabelle 2.8

Biologische Abbaubarkeit von Grundölen (Ermittelt mit dem CEC-L-33-A-94 Test)

Für Schmierstoffanwendungen von besonderer Bedeutung sind die tribologischen Eigenschaften, also das verschleiss- und fressverhütende Verhal-ten der biologisch abbaubaren Schmierstoffe. Wie

aus der Tabelle 2.9 zu ersehen ist, ergeben die biologisch schnell abbaubaren Öle in einem Zahnrad- sowie Hydraulikpumpenprüfstand Ergeb-nisse die den konventionellen Schmierölen zumin-dest gleichwertig sind.

HLP

(Mineralöl)

HEES

(Synth. Ester)

HETG

(Nat. Ester)

HEPG

(Polyglykol)

Zahnrad-Prüfstand

Schadensstufe

10

> 10

> 12

11 - 12

Hydraulik-Prüfstand

Ring (mg Abrieb) Flügel (mg Abrieb)

< 120

< 30

< 120

< 30

10

5

10

5

Tabelle 2.9

Verschleiss- und Fressschutzverhalten einiger Bioschmierstoffe und Mineralöl im FZG-Zahnrad- und

im Flügelpumpenhydraulik-Prüfstand

Anders sieht es mit der Oxidationsbeständigkeit aus. Während die synthetischen Esteröle und die Polyglykole gleiche oder sogar bessere Oxidations-stabilitäten wie die Mineralöle aufweisen, sind die natürlichen Ester, also die Pflanzenöle, erheblich anfälliger gegen die Reaktion mit Sauerstoff. Der Grund hierfür sind die zahlreichen Doppelbindun-gen in den Molekülen dieser Stoffklasse.

2.4.4. Umweltzeichen

Zur Kennzeichnung umweltverträglicher Produkte kann ein Umweltzeichen verliehen wer-den, das in der Schweiz wie auch in Deutschland vereinfachend als „Blauer Engel“ bezeichnet wird. Damit soll der Verbraucher u. a. auf umweltverträg-liche Schmierstoffe und Arbeitsflüssigkeiten ver-wiesen werden.

Abbildung 2.9

Einige Umweltzeichen für biologisch schnell abbaubare Schmierstoffe

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Zur Vergabe eines solchen Umweltzeichens müs-sen die folgenden Eigenschaften nachgewiesen werden:

� Ökotoxikologische Unbedenklichkeit

� Technische Brauchbarkeit

Ausserdem werden die Produktionsverfahren und Produktionsanlagen überprüft. Um für ein Produkt ein solches Umweltzeichen zu erhalten, dürfen darin bestimmte Stoffe gar nicht und andere nur in geringen Maximalkonzentrationen enthalten sein. Darüber hinaus müssen natürlich die biologisch schnelle Abbaubarkeit sowie die Nicht-Wasser-gefährdung nachgewiesen sein.

Derzeit existieren Umweltzeichen (UZ) für die folgenden Produkte und Schmierstoffe:

� RAL – UZ 48 für Sägekettenöle

� RAL – UZ 64 für Schalöle

� RAL – UZ 79 für Hydrauliköle

2.5. Schmierfette

Schmierfette sind sehr dickflüssige Schmierstoffe, die in Wirklichkeit gar keine Fette sind. Sie bestehen vor allem aus einem Grundöl und einem Verdicker, wobei dieser als ein schwammartiges Gerüst dient, welches das Grundöl festhält. Zum Gewährleisten bestimmter Eigenschaften können Additive beigemischt werden. Schmierfette werden dort eingesetzt, wo Schmieröle weg fliessen würden, zum Beispiel in Wälzlagern (Abb. 2.10). Die einzelnen Bestanteile sind in den folgenden Konzentrationen in Schmierfetten enthalten:

� Grundöle: 75 – 95 % � Verdicker: 5 – 20 % � Additive: 1 – 10 %

Wichtige Eigenschaften der Schmierfette sind:

� Tief- und Hochtemperaturverhalten mit Tropfpunkt

� Beständigkeit gegenüber Wasser � Verschleissschutzverhalten

Abbildung 2.10 Für Kugel- (links) und Wälzlager (rechts) werden

hauptsächlich Schmierfette verwendet.

Als Verdicker werden häufig Seifen, bestehend aus einer Fettsäure, mit einem Metall verwendet. Schmierfette auf Natriumseifenbasis sind wasser-empfindlich, aber dafür sehr temperaturbeständig. Kalkseifenfette andererseits sind wasserbeständig, haben aber nicht sehr temperaturbeständig (bis ca. 150°C). Lithiumverseifte Schmierfette sind sehr wasser- und temperaturbeständig und deshalb als Universalfette am weitesten verbreitet. Oft werden Schmierfette mit Festkörperschmierstoffen (Grafit, Teflon (PTFE) oder Molybdändisulfid (MoS2)) kom-biniert um die Notlaufeigenschaften zu verbessern.

Weil Schmierfette konsistente (feste) Stoffe sind, weisen sie die folgenden grundsätzlichen Nachteile auf:

� Keine Kühlwirkung, da sie an der Reibstelle Ver- bleiben und nicht durch diese hindurch fliessen. � Keine Säuberungswirkung, weil sie z.B. den

Metallabrieb nicht von der Reibstelle weg transportieren.

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III. Additive

3.1 Einführung

Voraussetzung für die Formulierung von Hochleistungsschmierstoffen sind gute Grundöle. Allerdings reichen deren Eigenschaften meistens nicht aus, die Anforderungen des Anwendungsfalles zu erfüllen. In der Tabelle 3.1 sind einige der wich-tigsten Eigenschaften von Schmierstoffen unterteilt in Auswahl- und in Gütewerte aufgelistet.

Gütewerte Auswahlwerte

Primäre Sekundäre

Viskosität

Dichte

Flammpunkt

Anilinpunkt

Toxizität

Reibungsverhalten

Verschleissverhal-ten

Einlaufverhalten

Schaumverhalten

Entflammbarkeit

Strahlenbeständig-keit

Aschebildung

Temperaturverhalten der Viskosität

Druckverhalten der Viskosität

Fliessverhalten bei tiefen Temperaturen

Fliessverhalten bei hohen Temperaturen

Kälteverhalten

Chemisches Verhalten (Korrosion)

Beständigkeit (Thermisch, oxidativ)

Wasser- & Luftab-scheidevermögen

Verträglichkeit mit Dichtungsmaterialien

Verkokungsneigung

Verdampfungsverhalten

Tabelle 3.1

Wichtige Eigenschaften von Schmierstoffen und Betriebsstoffen

Es leuchtet ein, dass es kaum möglich ist, einen Schmierstoff zu entwickeln, der hinsichtlich Eigen-schaften und für alle denkbaren Anwendungsfälle optimales Verhalten aufweist.

Somit haben die Additive im Grundschmierstoff folgende Aufgaben zu erfüllen:

� Eigenschaften erzeugen, welche der Grund- schmierstoff nicht besitzt

� Nachteilige Eigenschaften des Grundschmier-stoffes abschwächen

� Positive Eigenschaften des Grundschmierstoffes verstärken

Dabei ist zu bedenken, dass manche Eigenschaften durch Additive nicht beeinflusst werden können. Hierzu gehören physikalische Eigenschaften wie z.B. Verdampfungsverhalten, Schmelzpunkt, usw.

3.2. Wirkungsweise wichtiger Additive

Wie bereits besprochen erfolgt die Einstel-lung der spezifischen Eigenschaften des Schmier-stoffes durch Mischung von Grundölen und der Verwendung von speziellen Zusätzen, den soge-nannten Additiven. Additive werden den Grundöl beigegeben, um deren natürliche Eigenschaften zu verändern oder zu verbessern beziehungsweise ihnen Eigenschaften zu verleihen, die sie von Natur aus nicht haben. Art und Menge der Additive müs-sen auf den jeweiligen Anwendungsfall genau ab-gestimmt sein. Der Additivanteil kann von weniger als 1% bis zu 30% betragen. Die Zugabe von Additiven zum Grundschmierstoff wird auch als Legierung bezeichnet.

Im Folgenden sollen die wichtigsten Additivtypen, ihre Wirkungsweise und Anwendungen kurz be-schrieben werden.

3.2.1. Rost- & Korrosions-Inhibitoren Korrosion ist eine schädliche Veränderung

eines Werkstoffes durch chemische oder elektro-chemische Reaktionen an der Oberfläche. Am bekanntesten ist die Bildung von Rost auf Eisen durch die Einwirkung von Sauerstoff und Wasser. Ein Korrosions-Inhibitor ist eine Verbindung, die in der Lage ist, sich orientiert an Metalloberflächen zu adsorbieren und dichte hydrophobe (wasserab-weisende) Schutzfilme zu bilden. Durch diese Filme wird Kontakt zwischen der Oberfläche und Wasser verhindert.

Man spricht von Metall-Desaktivatoren, wenn solche Additive Reaktionen zwischen bestimmten Elementen im Öl, z.B. Schwefel und bestimmten Metallen, z.B. Kupfer unterbinden.

3.2.2. Oxidations-Inhibitoren

Ihre Aufgabe besteht darin, die chemische Reaktionen zwischen den Ölmolekülen und dem Sauerstoff zu unterdrücken, verlangsamen. Damit soll die Bildung von sauer reagierenden und zu Ablagerungen führenden Stoffen verringert werden. Vor allem Schmierstoffe für längere Betriebszeiten, (längere Ölwechselfristen) oder höheren Betriebs-temperaturen enthalten Oxidations-Inhibitoren.

3.2.3. Hochdruck- & Verschleissschutz-Additiv Diese Zusätze reduzieren Reibung und Ver-

schleiss und verhindern den „metallischen“ Kontakt (z.B. Nocken / Nockenwelle, Kolbenringe / Zylinder, Zahnflanken) der Reibungspartner. Das heisst, dass die Metallteile immer durch eine dünne Schicht von Additiven getrennt sind.

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Abbildung 3.1 Ein 4-Takt-Motor: Der Verschleissschutz ist vor allem

zwischen Nockenwelle und Ventilstössel, Kolbenring und Zylinder und Kolben und Zylinder wichtig.

.

3.2.4. Fressschutz-Additiv

Unter schwersten Betriebsbedingungen, bei welchen nicht nur Verschleiss sondern sogar Fressen (temporäre Kaltverschweissungen) auftre-ten, müssen Additive verwendet werden, die nicht nur physikalische Schutzschichten (Trennschicht), sondern chemische Reaktionsschichten auf den Oberflächen aufbauen. Vor allem Hochleistungs-schmierstoffe für Kraftfahrzeuge, Getriebe und Hydraulikanlagen enthalten derartige Additive.

Abbildung 3.2 Verschleissspuren auf einer Zylinderwand

3.2.5. Reibwertveränderer (Friction Modifier)

Diese oberflächenaktiven Zusätze vermin-dern die Reibung an geschmierten Metallober-flächen durch Adsorption. Sie wirken vor allem unter milden Bedingungen wie bei Mischreibung. Durch diese Additive wird die Wirtschaftlichkeit der Maschine resp. Anlage erhöht. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind Kraftfahrzeugschmierstoffe mit denen der Kraftstoffverbrauch herabgesetzt wird.

3.2.6. Viskositätsindex-Verbesserer

Diese Additive verbessern das Viskositäts-Temperatur-Verhalten (vergl. Abb. 2.7) eines Öls durch Reduktion des Viskositätsabfalls bei Tempe-raturanstieg. Bei tiefen Temperaturen wirken sie kaum, bei hohen Temperaturen ist durch ihre ein-dickende Wirkung der Viskositätsabfall geringer. Alle Mehrbereichsöle auf Mineralölbasis, vor allem die Kraftfahrzeugschmierstoffe, enthalten solche Additive.

Abbildung 3.3

Wirkung eines Viskositätsindex-Verbesserers: Bei höherer Temperatur öffnet sich das Polymer und wird in

dem Öl löslicher. Dadurch steigt der Einfluss auf die Viskosität.

3.2.7. Detergent-Dispersant Additiv

Ihre Aufgabe besteht darin die bei Betriebs-temperatur (Detergents) und bei tiefen sowie hohen Betriebstemperaturen (Dispersants) entstehenden festen und flüssigen Verunreinigungen in Schwebe zu halten und das Festsetzen von Ablagerungen an Oberflächen (z.B. Kolben) zu verhindern. Alle Motorenöle enthalten solche Additive.

3.2.8. Pourpoint-Erniedriger

Ihre Aufgabe besteht darin, zu verhindern, dass die bei tiefen Temperaturen auskristallisierten,

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winzigen Paraffinkristalle zusammenwachsen und ein nicht mehr fliessfähiges Gerüst bilden. Dabei umhüllen die Additive die Paraffinkristalle wodurch diese nicht zusammenwachsen (agglomerieren) können. Ohne Pourpoint-Erniedriger kann ein Öl in einem kalten Betriebszustand aufhören zu fliessen wodurch seine Schmierwirkung nicht mehr gegeben ist. Schmierstoffe, die tiefen Temperaturen ausge-setzt werden, z.B. Motorenöle, Getriebeöle, Hydrau-liköle usw. enthalten deshalb solche Additive.

Abbildung 3.4 Elektronenmikroskop-Bilder von Paraffinkristallen

3.2.9. Schaum-Inhibitor

Ihre Aufgabe besteht darin, die Schaumbild-ung an der Oberfläche zu verhindern. Durch beweg-te Teile wie zum Beispiel Kurbelwellen, Pleuel oder Zahnräder werden Öle stark mit Luft durchmischt und neigen zum Schäumen. Wird Schaum über die Ölpumpe angesaugt, so versagt dadurch das Schmiersystem und es kann zu Ausfällen kommen. Im motorischen Betrieb können folgende Schäume entstehen: Oberflächenschaum: kann durch Addi-tive, z. B. Silikonöle, unterdrückt werden. Aero-Emulsionen können nur durch Additive stabilisiert werden, z. B. durch Silikonöle. Schaumbildung in Schmierölen führt zu: Beschleunigung der Ölal-terung, Veränderung der Viskosität, Erhöhung der Kompressibilität. Die beiden erstgenannten Punkte können zur Beeinträchtigung oder gar zum Zusam-menbruch der Ölversorgung führen.

3.2.10. Emulgator

Öl und Wasser sind nicht ineinander löslich. Um eine stabile Verbindung zwischen diesen bei-den Flüssigkeiten, also eine Emulsion herzustellen, sind Emulgatoren nötig, die durch Adsorptions-mechanismen an der Öl/Wasser-Grenzfläche diese beiden Flüssigkeiten „zusammenhalten“. Das Anwendungsgebiet für Emulgatoren sind die was-sermischbaren Metallbearbeitungsmedien. Diese sind Schmier- und Kühlmittel zugleich.

3.2.11. Bakterizid

Besonders die Emulgatoren in wasser-mischbaren Kühlschmierstoffen sind empfindlich gegenüber Angriff von Mikroorganismen. Er ist die Aufgabe von Bakteriziden, auch als Biozide bezeichnet, solche Mikroorganismen abzutöten.

3.2.12. Weitere Additive

Für spezielle Anwendungen können dem Grundschmierstoff noch weitere Additive zuge-mischt werden. Hierzu gehören u.a. Haftverbesse-rer, Geruchsveränderer, Farbstoffe usw.

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IV. Eigenschaften von Schmierstoffen

4.1. Einführung

Die Eigenschaften von Schmierstoffen las-sen sich grundsätzlich wie folgt unterteilen:

� Physikalische, chemische und technologische Eigenschaften

� Gebrauchseigenschaften

Zur Prüfung der Gebrauchseigenschaften sind mehr oder weniger aufwendige Anlagen notwendig, die in der Regel nicht genormt sind. Ähnlich verhält es sich bei den anwendungsbezogenen, technologi-schen Eigenschaften.

Genormte Prüfverfahren stehen zur Messung von physikalischen, chemischen und technologischen Eigenschaften zur Verfügung, die ihrerseits in den genormten Mindestanforderungen für viele Schmierstofftypen enthalten sind. Die wichtigsten dieser Eigenschaften werden hier erläutert und zwar für Schmieröle und Schmierfette.

4.2. Physikalische, chemische & techno-

logische Eigenschaften von Schmier-

ölen

4.2.1. Physikalische Eigenschaften

i) Cloudpoint und Pourpoint

Der Cloudpoint ist die Temperatur, bei welcher beim Abkühlen eines Schmieröls Paraffinkristalle auskris-tallisieren. Er hat keine praktische Bedeutung.

Der Pourpoint ist jene Temperatur, bei welcher die ausgeschiedenen Paraffinkristalle agglomerieren (klumpen), so dass kein Fliessen des Öls mehr möglich ist. Er ist ein grobes Mass für das Tieftemperaturfliessen des Schmieröls.

ii) Flammpunkt

Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei welcher die Verdampfungsgeschwindigkeit gerade so hoch ist, dass die Öldämpfe von einer Zündquelle entflammt werden. Er hat nur für bestimmte Anwendungen (z.B. Kompressorenölen) eine praktische Bedeut-ung.

iii) Verdampfungsverlust

Der Verdampfungsverlust kennzeichnet den durch Verdampfung entstandenen Ölverlust. Er ist ein Mass für den Ölverbrauch.

4.2.2. Chemische Eigenschaften

i) Asche

Die Asche eines unlegierten (ohne Additive) Mineralöls ist ein Mass für die darin enthaltenen festen Verunreinigungen und erlaubt somit Hin-weise auf die Sauberkeit des Öls. Die Öle, die Additive enthalten, findet man in der Asche die festen Rückstände der Additive.

ii) Verkokungsrückstand

Reicht beim Versuch, Öl zu verbrennen, der vor-handene Sauerstoff nicht aus, so verkokt das Öl. Dieser Koksrückstand ist ein Mass für die Qualität von Grundölen, die hohen Temperaturen ausge-setzt sind, z.B. Motorenöle oder Kompressorenöle.

iii) Neutralisationszahl (NZ)

Bei der Oxidation von Schmierölen entstehen sauer reagierende Produkte, die u.a. zu Korrosion führen können. Die Neutralisationszahl (NZ) ist ein Mass für die Versäuerung eines Öls und kennzeichnet die freien Säuren im Öl.

Ein unlegiertes Frischöl sollte eine Neutralisations-zahl von Null (NZ = 0) aufweisen!

iv) Gesamtbasenzahl (TBN)

Bei Motorenölen erfolgt die Versäuerung nicht nur durch Oxidation des Öls sondern auch durch saure Rückstände bei der Verbrennung schwefelhaltiger Kraftstoffe. Daher werden Motorenöle als Frischöle alkalisch eingestellt. Diese Alkalität wird als Gesamtbasenzahl (TBN) gemessen, welche sich während des Gebrauchs des Öls verringert.

v) Gesamtsäurezahl (TAN)

Bei Motoren, die mit aggressiven Kraftstoffen betrie-ben werden, wie z.B. Erdgas oder Deponiegas, muss mit einer so ausgeprägten Versäuerung während des Betriebes gerechnet werden, so dass eine Gesamtsäurezahl (TAN) gemessen wird, um einen Hinweis auf den Zustand des Öls zu erhalten.

4.2.3. Technologische Eigenschaften

i) Wasserabscheidevermögen

Unter dem Wasserabscheidevermögen wird die Geschwindigkeit verstanden, mit der sich aus einem Gemisch mit Öl Wasser wieder abscheidet.

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ii) Luftabscheideverhalten (LAV)

Unter dem Luftabscheideverhalten (LAV) wird die Geschwindigkeit verstanden, mit der dispergierte Luftbläschen zur Oberfläche aufsteigen. Für bestim-mte Anwendungen wie z.B. Hydraulikölen ist ein gutes LAV sehr wichtig.

iii) Rost- und Korrosionsschutzverhalten

Hierunter versteht man die Wirksamkeit von Grundölen und Additiven das Auftreten von Rost und Korrosion zu unterdrücken. Dies kann mit entsprechenden Prüfstäben gemessen werden.

iv) Verschleiss- und Fressschutzverhalten

Dabei versteht man die Eigenschaft des Schmieröls sowie der darin enthaltenen „Antiwear“-Wirkstoffe (AW) und/oder „Extreme-Pressure“-Wirkstoffe (EP), Verschleiss und Anfressen (Kaltverschweissen) zu verhindern oder zumindest zu verringern.

Diese Eigenschaft wird in Prüfgeräten mit realen Maschinenelementen durchgeführt. Bewährt hat sich der FZG-Zahnrad-Verspannungsprüfstand sowie eine der Test in einer Flügelzellen-Hydraulik-pumpe.

v) Scherstabilität

Mehrbereichsöle mit beigemischten Viskositäts-index-Verbesserer erleiden während des Betriebs einen permanenten Viskositätsverlust durch tribo-chemischen Abbau dieser Additive.

4.3. Physikalische, chemische & techno-

logische Eigenschaften von Schmier-

fetten

4.3.1. Physikalische Eigenschaften

i) Tropfpunkt

Der Tropfpunkt eines Schmierfettes kennzeichnet die Temperatur bei welcher das Fett ein bestimmtes Fliessen (Viskosität) erreicht. Die Betriebstempe-ratur für das Fett muss unterhalb seines Tropf-punktes liegen, soll das Fett als konsistenter Schmierstoff eingesetzt werden.

ii) Penetration

Die Penetration eines Schmierfettes ist ein Mass für seine „mechanische Festigkeit“ oder für den Wider-stand, den das Fett einer Formänderung entgegen-bringt. Die Penetration dient der Einordnung der Schmierfette in NLGI-Klassen.

Dabei gibt es 9 NLGI-Klassen: 000, 00, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 (Tab. 4.3). Sehr weiche Fette der Klassen 0 bis 000 werden als „Fliessfette" bezeichnet und u.a. zur Schmierung von Nutzfahrzeugaggregaten mittels Zentralschmieranlagen verwendet. Schmierfette der Klasse 000 und 00 dürfen in einem Betriebstempe-raturbereich von -25°C - 80°C eingesetzt werden. Schmierfette der Klasse 0 nur für einen einge-schränkten Temperaturbereich von -10°C – 80°C.

4.3.2. Chemische Eigenschaften

i) Wasserbeständigkeit

Da Schmierfette Seifengerüste als Verdicker ver-wenden, sind sie auf Zersetzung durch Wasser sehr anfällig. Aus diesem Grund wird die Wasserbestän-digkeit von Schmierfetten immer ermittelt. Die Bestimmung der Wasserbeständigkeit erfolgt dyna-misch bestimmt, indem in ein mit Fett befülltes Wälzlager während des Betriebs Wasser einge-spritzt wird. Die Beurteilung erfolgt indem das Ausmass des aus dem Lager herausgewaschenen Schmieröls gemessen wird.

ii) Oxidationsbeständigkeit

Bei der Ermittlung der Oxidationsbeständigkeit eines Schmierfettes wird das Fett einem Sauer-stoffdruck ausgesetzt. Dabei wird der Druckabfall als Mass für die Reaktivität des Schmierfettes gegenüber Sauerstoff bestimmt.

4.3.3. Technologische Eigenschaften

i) Ölabscheidung

Die Ölabscheidung ist ein Mass für die Druckstabi-lität eines Fettes. Gemessen wird die Ölabschei-dung in einem statischen Test, bei welchem das Fett einem hohen Druck ausgesetzt und dabei misst wie viel Öl das Schmierfett freigibt. Die praktische Bedeutung dieser Methode ist begrenzt.

ii) Fliessdruck

Unter dem Fliessdruck versteht man den Druck, der notwendig ist, um einen Schmierfettstrang aus einer Prüfdüse herauszupressen. Er ist ein Mass für die Konsistenz und das Fliessverhalten des Fettes.

iii) Förderwiderstand

Hierunter versteht man den erforderlichen Druck einer Pumpe zur Förderung des Schierfettes durch eine Zentralschmieranlage. Damit kann auch die maximale Rohrlänge oder der notwendige Rohr-

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querschnitt für eine vorgegebene Fördermenge berechnet werden.

iv) Korrosionsschutzverhalten

Hierunter versteht man die Wirksamkeit des Schmierfettes das Auftreten von Rost und Korrosion zu unterdrücken. Das Korrosionsschutzverhalten von Schmierfetten in Wälzlagern erfolgt, nachdem in einem Versuch, in welchem dem mit Fett gefüllten Wälzlager Wasser zugesetzt wurde, der Korrosionszustand der Lagerringe beurteilt wird.

v) Mechanisch-dynamische Eigenschaften

Unter den Mechanisch-dynamischen Eigenschaften versteht man das Ermüdungs- und Verschleiss-verhalten des Schmierfettes in Wälzlagern. Auch diese Eigenschaft ist in den genormten Mindest-anforderungen für Schmierfette enthalten.

4.4. Viskosität und Fliessverhalten

Die Viskosität ist die wichtigste Kenngrösse für Schmieröle. Die Viskosität beschreibt die innere Reibung eines fliessenden Mediums – also die Kräfte die zwischen den sich gegeneinander bewe-genden Molekülen wirken.

4.4.1. Definitionen

Die „Dynamische Viskosität“ ηηηη beschreibt das Fliessverhalten einer Flüssigkeit. Je grösser die Viskosität, desto dickflüssiger (weniger fliessfähig) ist die Flüssigkeit; je niedriger die Viskosität, desto dünnflüssiger (fliessfähiger) ist sie.

Teilchen (Moleküle) zäher Flüssigkeiten sind stärker aneinander gebunden und somit unbeweglicher, man spricht daher auch von der inneren Reibung. Sie resultiert nur aus den Anziehungskräften zwi-schen den Teilchen der Flüssigkeit.

Die Einheit [η] der Viskosität ist:

[ ] sPam

sNsm

kg ⋅=⋅=⋅

=η2

dabei ist: N: die Krafteinheit F in Newton ([F] = N) Pa: die Druckeinheit (Kraft/Fläche) p in Pascal ([p] = Pa) s: die Zeitangabe t in Sekunden ([t] = s) m: die Längenangabe l in Meter ([l] = m)

Die dynamische Viskosität η wird üblicherweise in Milli-Pa·s angegeben. (Milli-Pa·s = 10-3 Pa·s = mPa·s).

Substanz Viskosität ηηηη in

[mPa ·s] Wasser 1 Petrol 0.65

Pentan (25°C) 0.224 Hexan 0.320 Heptan 0.410 Octan 0.538 Nonan 0.711 Decan 0.920 Ethanol 1.19

Traubensaft 2 – 5 Olivenöl ~ 100 Honig ~ 10’000

Tabelle 4.1

Viskosität einiger Substanzen bei T = 20°C

Oft findet man auch die Bezeichnung „Kinema-tische Viskosität“ νννν. Die kinematische Viskosität ist definiert als der Quotient der dynamischen Viskosität η und der Dichte ρ der Flüssigkeit.

Kinematische Viskosität [ ]s

m2 =υ

ρη=υ

4.4.2. Temperaturabhängigkeit der Viskosität und Viskositätsindex (VI)

Die Temperaturabhängigkeit gibt an, wie stark die Viskosität bei fallenden Temperaturen ansteigt und wie stark sie bei steigenden Tempe-raturen abfällt. Ein Mass für die Temperaturabhän-gigkeit ist der Viskositätsindex (VI), einer dimen-sionsloser Kennwert, der aus der kinematischen Viskosität bei 40°C und 100°C gebildet wird und Werte zischen 0 und 100 bzw. grösser 100 aufwie-sen kann. Ein höherer Viskositätsindex (VI) bedeu-tet dabei eine geringere Temperaturabhängigkeit. Einbereichsöle mit einem relativ steilen Viskositäts-Temperatur Verlauf weisen VI-Werte von unter 100. Mehrbereichsöle weisen VI-Werte von über 150 auf.

4.4.3. Druckabhängigkeit der Viskosität

Die Viskosität aller Öle hängt auch vom Druck ab. Mit steigendem Druck nimmt auch die Viskosität zu. Die Druckabhängigkeit der Viskosität hängt von der Struktur des Öls aber auch von der Temperatur ab.

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4.4.4. Schergefälleabhängigkeit

Einige Schmieröle weisen zum Teil noch weitere Fliessanomalien auf. Von Bedeutung ist die Schergefälleabhängigkeit. Hierzu gehören die Strukturviskosität und die Thixotropie .

Bei der Strukturviskosität versteht man die Ver-ringerung der Viskosität mit zunehmendem Scher-gefälle (Fliessgeschwindigkeit). Die Thixotropie beschreibt die Abnahme der Viskosität mit zunehmender Zeitdauer der Scherbeanspruchung.

Mehrbereichsöle welche VI-Verbesserer enthalten sind Flüssigkeiten, die eine Schergefälleabhängig-keit zeigen. Häufig wird die scheinbare Viskosität dieser Substanzen in Abhängigkeit vom Scher-gefälle für verschiedene Temperaturen (und Drücke) angegeben.

4.4.5. Fliessverhalten von Schmierfetten

Bei Ölen dient die Viskosität zur Unterschei-dung, ob ein Öl eher dick oder dünn ist. Bei Schmierfetten zeigen die (Ruhe)-Penetration bzw. die Konsistenz , ob ein Fett eher weich oder fest ist. Die Penetration ist nicht mit der Grundölviskosität zu verwechseln. Sie wird, je nach vorhandener Fettmenge, in einem Penetrometer mit Hilfe eines Voll- oder eines Viertelkonus gemessen. Für die Bestimmung gemäß DIN ISO 2137 wird das Fett bei Raumtemperatur (25°C) in einen genormten Becher gefüllt (siehe Abb. 4.1).

Abbildung 4.1 Penetrometer nach DIN ISO 2137 zur Bestimmung

der Konsistenz von Schmierfetten

Die Spitze eines standardisierten Doppelkegels berührt die Oberfläche. Nach dem Lösen der Haltevorrichtung hat der Kegel 5 Sekunden Zeit, um in das Fett einzudringen. Mit Hilfe einer Skala, die an der Haltestange des Kegels aufgebracht ist, wird diese Eindringtiefe in 0,1 mm angegeben. Die Penetration charakterisiert somit die Verformbarkeit des Fettes durch einen gewichtsbelasteten Kegel.

In weiche Schmierfette dringt der Kegel tiefer ein als in feste.

4.4.6. Klassifizierung von Viskosität & Fliess-verhalten Zu unterscheiden sind die folgenden Klassi-

fizierungssysteme:

� ISO-VG-Klassen für Industrieschmieröle

� SAE-Klassen für Kraftfahrzeug-Motoren- öle und Getriebeöle

� NLGI-Klassen für Schmierfette

i) ISO-VG-Klassen

Alle Industrieschmieröle werden nach der Norm ISO-VG beschrieben. Genormt sind 18 Viskositäts-klassen von 2 mm2/s bis 1500 mm2/s. Diese Visko-sitäten beziehen sich auf die Temperaturen von 40°C.

Grenzen der kinemati-schen Viskosität

bei 40°C (mm 2/s)

ISO-Viskositäts-

klasse

ISO VG xx

Mittelpunktsviskosität bei 40°C

(mm2/s) mindestens höchstens

2

3

5

7

10

15

22

32

46

68

100

150

220

320

460

680

1000

1500

2.2

3.2

4.6

6.8

10

15

22

32

46

68

100

150

220

320

460

680

1000

1500

1.96

2.88

4.14

6.12

9.00

13.5

19.8

28.8

41.4

61.2

90.0

135

198

288

414

612

900

1350

2.42

3.52

5.06

7.48

11.0

16.5

24.2

35.2

50.6

74.8

110

165

242

352

506

748

1100

1650

Tabelle 4.2

ISO-Viskositätsklassen nach DIN 51519

ii) SAE-Klassen

Die Viskositäten von Kraftfahrzeug-Motorenöle und -Getriebeöle werden in die SAE-Klassen (SAE; Society of Automotive Engineers) eingeteilt. Die Viskositätsklassen reichen von 0 bis 60 , wobei Öle

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für den Tieftemperatureinsatzbereich die zu-sätzliche Kennzeichnungen „W“ (Winter) erhalten.

Kinematische Viskosität bei 100°C (DIN 51550) [cSt] (2)

SAE

Viskositäts-klasse

Dynamische Visikosität

(DIN 51377)

[cP] (1) bei °C Min. Max.

0W

5W

10W

15W

20W

25W

20

30

40

50

60

3250 / -30°C

3500 / -25°C

3500 / -20°C

3500 / -15°C

4500 / -10°C

6000 / -5°C

-

-

-

-

-

3.8

3.8

4.1

5.6

5.6

9.3

5.6

9.3

12.5

16.3

21.9

-

-

-

-

-

-

9.3

12.5

16.3

21.9

26.1 (1) 1 cP = 1 mPa·s (2) 1 cSt = 1 mm2/s

Tabelle 4.3 SAE Viskositätsklassen für Kraftfahrzeugmotorenöle

Öle die neben der Einhaltung einer Hochtem-peratur-Anforderung auch eine Tieftemperatur-Anforderung erfüllen, werden als Mehrbereichsöle bezeichnet, z.B. 10W-40 oder 5W-50.

Kinematische Viskosität bei 100°C

(DIN 51550)

[cSt] (2)

SAE

Viskositäts-klasse

Höchsttemperatur für die Viskosität von 150'000 cP (1)

(DIN 51396)

[°C] Min. Max.

70W

75W

80W

85W

80

85

90

110

140

190

250

-55

-40

-28

-12

-

-

-

-

-

-

-

4.1

4.1

7.0

11.0

7.0

11.0

13.5

18.5

24.0

32.5

41.0

-

-

-

-

< 11.0

< 13.5

< 18.5

< 24.0

< 32.5

< 41.0

- (1) 1 cP = 1 mPa·s (2) 1 cSt = 1 mm2/s

Tabelle 4.4 SAE Viskositätsklassen für Kraftfahrzeuggetriebeöle

iii) NLGI-Klassen

Die NLGI-Klassen kennzeichnen das Fliessverhal-ten von Schmierfetten (Tabelle 4.5). Die 000, 00 und 0 werden als Fliessfette bezeichnet. Sie sind

weich und können in Zentralschmieranlagen ver-wendet werden. Die meisten anderen Fettschmier-stellen werden mit den Fetten 1, 2 oder 3 versorgt. Die Fette 4 und auch 5 sind fest und z.B. für Wasserpumpen geeignet. Die Fette NLGI 6 haben keine Bedeutung mehr.

Konsistenzkennzahl

NLGI-Klasse nach DIN 51818

Walkpenetration

nach DIN ISO 2137 Einheiten*

000 445 bis 475

00 400 bis 430

0 355 bis 385

1 310 bis 340

2 265 bis 295

3 220 bis 250

4 175 bis 205

5 130 bis 160

6 85 bis 115

* 1 Einheit entspricht einer Kegeleindringtiefe von 0.1 mm

(siehe Abb. 4.1)

Tabelle 4.5

Konsistenzkennzahlen für Schmierfette nach NLGI-Klassen

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V. Schmierstofftypen & Anwendungen

5.1. Industrieschmierstoffe

5.1.1. Getriebeöle

Zu unterscheiden sind geschlossene und offene Getriebe. Die geschlossenen Getriebe ent-halten verschiedene Zahnradtypen, die durch eine Zentral- oder Tauschschmierung versorgt werden. Als Schmierstoffe werden in der Regel Getriebeöle und in speziellen Fällen Getriebefette verwendet. Offene Getriebe verwenden in der Regel Stirnräder, die oft über eine Verlustschmierung versorgt werden.

Abbildung 5.1

Pleuelstange mit Zahnradgetriebe

Zu den wichtigsten Aufgaben des Schmiermittels gehören:

� Verschleiss an den Zahnrädern verhindern

� Reibung minimieren

� Wärme abführen

� Stillstandskorrosionen unterbinden

Zur Erfüllung dieser Aufgaben muss sich zwischen den Zahnflanken ein Schmierfilm ausbilden. Hierzu werden spezielle Getriebeöle, Getriebefette und Sprühhaftschmierstoffe formuliert. Diese Schmier-stoffe können unlegiert oder legiert sein, also Additive enthalten.

Als Grundöle für Getriebeöle können Mineralöle oder Syntheseöle verwendet werden.

Die Additive werden auf die Betriebsbedingungen abgestimmt, wobei folgende Additivtypen verwendet werden können:

� Verschleissschutz- (AW) und Fressschutz- (EP)

Additive

� Reibungsveränderer

� Oxidations-Inhibitoren

� Korrosions-Inhibitoren

� Schaum-Inhibitoren

Getriebefette (Fliessfette) werden in der Industrie bei Untersetzungsgetrieben und Getriebemotoren eingesetzt. Sprühhaftschmierstoffe werden zur Schmierung von offenen Getrieben (z.B. Ketten-antrieb) eingesetzt. Die Klassifizierung von Industriegetriebeölen erfolgt nach DIN 51517 wie folgt:

� Getriebeöle C Unlegierte Mineralöle für niedrige Anforderungen an Lebensdauer und Belastung

� Getriebeöle CL

Mit Oxidations- und Korrosions-Inhibitoren für längere Lebensdauer

� Getriebeöle CLP

Mit Oxidations- und Korrosionsinhibitoren für längere Lebensdauer und mit Verschleissschutz- und Fressschutz-Additiven für niedrigen Ver schleiss

5.1.2. Hydrauliköle

Hydraulikanlagen dienen der Kraftübertrag-ung durch einen Öldruck. Mittels einer Pumpe (Hydraulikpumpe) wird das Hydrauliköl unter Druck gesetzt. Durch die Hydraulikleitungen und entspre-chende Steuereinrichtungen, z.B. Ventile, gelangt das unter Druck stehende Öl in die Arbeitszylinder, welche dann bewegt werden und die gewünschte Funktion ausführen.

Abbildung 5.2

Arm eines Baggers mit Hydraulikzylinder und Hydraulikleitungen

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Die tribologisch empfindlichsten Komponenten einer Hydraulikanlage sind die Hydraulikpumpen.

Zu den wichtigsten Aufgaben der Hydrauliköle ge-hören:

� Schmieren aller bewegten Teile

� Schutz aller Metalloberflächen gegen Korrosion

� Wärmeabfuhr

� Gewährleistung einer effektiven Kraftübertragung

Zur Erfüllung dieser Aufgaben müssen die Hydrau-liköle die folgenden Eigenschaften aufweisen:

� Optimale Viskosität über einen weiten Tempera- turbereich

� Gutes Luftabscheidevermögen

� Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen

� Hohe Alterungsbeständigkeit

� Verschleissschutzeigenschaften

Zur Erfüllung ihrer Aufgaben und zur Gewähr-stellung der genannten Eigenschaften bestehen Hydraulikölformulierungen aus mineralischen oder synthetischen Grundölen und geeigneten Additiven. Für umweltverträgliche Hydrauliköle werden auch biologisch schnell abbaubare Grundöle eingesetzt. Folgende Additive werden den Grundölen zugegeben:

� Pourpoint-Verbesserer

� Viskositätsindex-Verbesserer

� Reibungs- und Verschleissschutzadditive

� Oxidations-Inhibitoren

� Korrosions-Inhibitoren

Die Klassifizierung der Hydrauliköle erfolgt nach DIN 51524. Die folgenden Typen werden nach ihrem Leistungsverhalten unterschieden:

� Hydrauliköle H

Unlegierte Mineralöle (nicht mehr genormt)

� Hydrauliköle HL Hydrauliköl H + Oxidations- und Alterungsschutz

(DIN 51524, Teil 1)

� Hydrauliköle HLP Hydrauliköle HL + Verschleissschutz

(DIN 51524, Teil 2)

� Hydrauliköle HVLP Hydrauliköle HLP + hoher Viskositätsindex

(DIN 51524, Teil 3)

� Hydrauliköle HLPD Hydrauliköle HLP + Detergierwirkung

(nicht genormt)

Die biologisch schnell abbaubaren Hydrauliköle werden nach DIN ISO 15380 klassifiziert. Die Viskositäten von Hydraulikölen werden nach ISO-VG beschrieben (siehe Tabelle 4.2)

5.2. Kraftfahrzeugschmierstoffe

5.2.1. Motorenöle

Auch Motorenöle müssen die im Abschnitt 2.3.3. aufgeführten Haupt- und Nebenaufgaben er-füllen, wobei der Aufgabe „Unschädlichmachen von festen und flüssigen Verunreinigungen“ eine beson-dere Bedeutung zukommt. Diese Aufgaben müssen bei tiefen Temperaturen (Winter) und bei hohen Temperaturen (Sommer) gleichermassen gut be-wältigt werden. Hinzu kommt noch, dass das Leist-ungsverhalten der Motoren in den vergangenen Jahrzehnten erheblich angestiegen ist, die Ölfüll-ungen der Motoren aber nicht in gleichem Masse zugenommen haben. Die Beanspruchung der Moto-renöle hat sich daher erheblich erhöht.

Im Einzelnen haben die Motorenöle die folgenden Aufgaben zu erfüllen:

� Reibung und Verschleiss reduzieren

� Reibungswärme abführen

� Korrosion verhindern

� Fest Fremdstoffe zum Filter transportieren

� Flüssige Fremdstoffe unschädlich machen

Zur Erfüllung dieser Aufgaben, müssen die Motorenöle folgende Eigenschaften aufweisen:

� Reibungssenkende und verschleissmindernde

Eigenschaften

� Detergier- und Dispergiervermögen

� Neutralisationsvermögen

� Optimale Viskosität bei tiefen und hohen

Temperaturen

� Oxidationsstabilität

Aufgrund der extremen Umgebungs- und Betriebs-bedingungen gehören die Motorenöle zu jenen Schmierölen mit dem höchsten Anteil an Additiven. Der Anteil kann bei 10 bis 20% liegen. Die Höhe der Anforderungen kann die Verwendung synthetischer Grundöle erfordern, wenn die Eigenschaften der mineralischen Grundöle nicht mehr ausreichen.

Mindestanforderungen and Motorenöle werden durch die API-Klassifikationen definiert (American Petroleum Institute). Es gibt unterschiedliche Klassi-fikationen für Ottomotoren und Dieselmotoren, gekennzeichnet durch den Buchstaben S (Service, bzw. Spark Ignition) für Ottomotoren und C

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(Commercial, bzw. Compression Ignition) für Dieselmotoren sowie je einen weiteren Buchstaben, der die Qualitätstufe indiziert. Je höher im Alphabet der Zusatzbuchstabe ist, umso anspruchsvoller die Prüfungen an das Öl.

Folgende Grundöltypen lassen sich für Motorenöle einsetzen:

� Mineralöle

� Hydrocracköle

� Polyalphaolefine

� Esteröle

Diesen Grundölen werden die folgenden Additiv-typen zugesetzt:

� Detergier- und Dispergieradditive

� Oxidations-Inhibitoren

� Korrosionsschutzadditive

� Reibungs- und Verschleissschutzadditive

� Pourpoint-Verbesserer

� Viskositätsindex-Verbesserer

� Schaum-Inihibitoren

Die Klassifizierung von Motorenölen erfolgt nach neutralen Spezifikationen und nach Militär- und Firmenspezifikationen. Bei den neutralen Klassifi-kationen gibt es US-amerikanische, japanische, europäische und globale Systeme. Für Europa sind die ACEA-Klassifikationen von Bedeutung. In diesen wird nach folgenden Motorenöltypen unterschieden.

� A/B-Klasse Öle für Personenwagen mit Otto- und

Dieselmotoren

� C-Klasse Öle mit verbesserter Katalysatorverträglichkeit

� E-Klasse Öle für Nutzfahrzeuge mit Dieselmotoren

Die Viskositäten von Motorenölen werden in die SAE-Klassen eingeordnet. Diese reichen von SAE 0W bis SAE 60 (siehe Tabelle 4.3).

5.2.2. 2-Takt-Motorenöle (Benzin Motoren)

Neben den bereits für Motorenöle genan-nten Aufgaben und Eigenschaften müssen 2-Takt-Motorenöle mit Benzin mischbar sein. Anderseits fällt die Forderung nach dem Detergier- und Disper-sionsvermögen weg. Da es sich um eine Verlust-schmierung handelt ist auch das Oxidations-verhalten von untergeordneter Bedeutung.

Als Grundöle werden meistens konventionelle Mineralöle verwendet. Nur in Ausnahmefällen setzt man Syntheseöle ein. Für 2Takt-Aussenbordmoto-ren von Booten verwendet man auch biologisch schnell abbaubare Grundöle. Als Additive werden vor allem Korrosionsinhibitoren zugesetzt. Am häuf-igsten werden 2-Takt-Motorenöle mit den SAE-Klassen 30 und 40 verwendet. Zur Kennzeichnung des Leistungsverhaltens werden meistens Spezifi-kationen der Motorenhersteller herangezogen.

Eine Besonderheit stellen Öle für Sägeketten dar, für welche in Europa biologisch schnell abbaubare Grundöle auf der Basis nachwachsender Rohstoffe eingesetzt werden, z.B. Rapsöl.

5.2.3. Getriebeöle

Kraftfahrzeuge werden mit Schalt-, Auto-matik-, Verteiler- und Achsgetrieben ausgerüstet. Um eine einwandfreie Funktion der Getriebe über die gesamte Einsatzdauer zu gewährleisten, bedarf es spezieller Getriebeöle für die entsprechenden Baugruppen. Deshalb gehen Getriebeöle heute als Konstruktionselement mit in die Entwicklung ein.

In Kraftfahrzeugen sind die Getriebeöle in der Regel wesentlich höheren Beanspruchungen als in Indus-trieanlagen ausgesetzt. Dies wirkt sich in erster Linie auf die Höhe der Legierung der Getriebeöle aus, die für Kraftfahrzeuggetreibeöle erheblich höher als für Industriegetriebeöle ist.

Eine Besonderheit stellen die Synchronringe dar, deren Funktion nicht durch reibungssenkende Additive beeinträchtigt werden darf.

Zu den Hauptaufgaben der Kraftfahrzeuggetriebe-öle gehören:

� Verschleissminderung der Zahnräder

� Korrosionsschutz

� Wärmeabfuhr

� Keine Beeinträchtigung der Synchronringfunktion

Zur Erfüllung dieser Aufgaben müssen Kraftfahr-zeuggetriebeöle die folgenden Eigenschaften auf-weisen:

� Verschleissschutzverhalten

� Korrosionsschutzverhalten

� Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen

� Alterungsbeständigkeit

� Optimale Viskosität bei tiefen und hohen

Temperaturen

� Geringe Schaumbildung

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Als Grundöle für Kraftfahrzeuggetriebeöle werden hochwertige Mineralöle verwendet. Wenn die Betriebsbedingungen besonders hoch sind und/oder für Lebensdauerschmierung werden auch Hydrocracköle oder Syntheseöle eingesetzt.

Als Additive können eingesetzt werden:

� Verschleissschutzadditive

� Oxidations-Inhibitoren

� Korrosions-Inhibitoren

� Pourpoint-Verbesserer

� Viskositätsindex-Verbesserer

� Schaum-Inhibitoren

Die Klassifizierung der Kraftfahrzeuggetriebeöle erfolgt nach neutralen Spezifikationen, wie etwa nach API (American Petroleum Institute), oder Militärspezifikationen. Zunehmende Bedeutung haben aber Firmenspezifikationen, die von den wichtigsten Fahrzeugherstellern oder aber von namhaften Verbrauchern wie der Bundesbahn, erstellt werden.

Die Viskositäten von Kraftfahrzeuggetriebeölen wer-den in die SAE-Klassen eingeordnet. Diese reichen von 70W bis 250W (siehe Tabelle 4.4). Kraft-fahrzeuggetriebeöle werden als Einbereichs- oder Mehrbereichsöle hergestellt. Während die Ein-bereichsöle nur die Anforderungen an die Viskosität bei tiefen oder aber hohen Temperaturen erfüllen, z.B. SAE75 oder SAE 140, erfüllen die Mehr-bereichsöle die Anforderungen bei tiefen und bei hohen Temperaturen, z.B. 75W-90 oder 90W-140.

5.3. Schmierstoffe & Kühlschmierstoffe

für die Werkstoffbearbeitung

5.3.1. Zerspanung

Unter Zerspanung versteht man die Her-stellung eines Werkstückes durch Materialabtrag eines Rohlings. Die Schmierstoffe für die Zerspan-ung werden auch als „Kühlschmierstoffe“ bezeich-net, womit ihre Doppelfunktion „Kühlen“ und „Schmieren“ zum Ausdruck gebracht wird.

Die wichtigsten Zerspanungsverfahren sind:

� Drehen

� Bohren

� Fräsen

� Hobeln

� Gewindeschneiden

� Schleifen

� Läppen und Honen

Der Kühlschmierstoff soll die Zerspanungsleistung verbessern und damit die Fertigung gegenüber Trockenbearbeitung wirtschaftlicher machen.

Die Zerspanungsleistung hängt von den folgenden Einflussfaktoren ab:

� Zerspanbarkeit des Werkstoffes

� Werkzeug (Geometrie und Werkstoff)

� Schmierstoff und seine Zufuhr

Drehen

Bohren

Fräsen

Schleifen

Abbildung 5.3

Einige wichtige Zerspanungstechniken

Der Kühlschmierstoff hat dabei die folgenden Aufgaben:

� Die Schnittkräfte (Reibung) verringern und damit den Energieverbrauch senken

� Oberflächengüte und die Masshaltigkeit verbes-sern

� Die Werkzeugstandzeiten verlängern, z.B. durch Verschleiss- und Reibungssenkung

� Die Späne abführen

� Die Werkstücke gegen Korrosion schützen

� Die Temperatur des Werkstückes senken

5.3.2. Umformung Unter Umformung versteht man die

Herstellung eines Werkstücks durch plastische Verformung eines Rohlings. Dies kann nach dessen Erwärmung (Warmumformung) oder aber ohne seine Erwärmung (Kaltumformung) erfolgen. Man unterscheidet noch zwischen der Blechverarbeitung und der Massivumformung.

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Abbildung 5.4 Gesenkschmiedepresse

Die wichtigsten Umformungstechniken sind:

� Schmieden

� Walzen

� Tiefziehen

� Streckziehen

� Strangpressen

� Draht-, Rohr- und Strangziehen

� Gewindewalzen

Abbildung 5.5 Links: Schematische Darstellung des Tiefziehprozesses.

Rechts Büchsen und Tuben werden meistens durch Tiefziehen hergestellt.

Bei Umformungsprozess werden dem Schmiermittel folgende Aufgaben zugeordnet:

� Reibungs- und Verschleisssenkung zwischen

Werkzeug und Werkstück

� Korrosionsschutz des Werkstücks

� Verringerung der Umformarbeit

(Energieeinsparung)

� Verbesserung der Umformung

Darüber hinaus werden an den Umformschmierstoff oft noch folgende Anforderungen gestellt – welche vor allem mit den nachfolgenden Prozessen zu tun haben:

� Leichte Entfettung

� Verträglichkeit mit Lacken

� Ermöglichung des Klebens

Abbildung 5.6 Schematische Darstellung des Strangpressens

5.3.3. Typen von Kühlschmierstoffen

Als Kühlschmierstoffe stehen grundsätzlich zwei Typen zur Verfügung:

� Wassermischbare Kühlschmierstoffe

� Nicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe

Abbildung 5.7 Einsatz von Kühlschmierstoffen auf einem

Bohrautomaten

i) Wassermischbare Kühlschmierstoffe Die wassermischbaren Kühlschmierstoffe werden

vor dem Gebrauch mit Wasser gemischt, wobei das Mischungsverhältnis zwischen Wasser und Öl von der Schwere des Zerspanungsprozess abhängt. Je höher der Wassergehalt, desto besser die Kühlwirk-ung; je höher der Ölgehalt, desto besser die Schmierwirkung.

Da Wasser und Öl nicht ineinander löslich sind, muss durch einen so genannten Emulgator eine stabile Verbindung hergestellt werden. Ein Emulgator ist ein Molekül, welches einen „öllieben-den“ (oliophilen) Teil und einen „wasserliebenden“ (hydrophilen) Teil besitzt. Mehrere Emulgator-

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moleküle können so ein Öltröpfchen im Wasser stabilisieren.Je nach dem ob Wasser die äussere Phase ist oder aber Öl, hat man eine Öl-in-Wasser Emulsion, respektiv eine Wasser-in-Öl Emulsion.

� Öl-in Wasser Emulsionen: Vor allem für die Zerspanungstechniken

� Wasser-in-Öl Emulsionen: Vor allem für Umformungsprozesse

Je nachdem wie die Emulsion zusammengesetzt ist erscheint sie anders:

� Konventionelle Emulsionen mit hohem Mineralöl-gehalt sind meistens milchig.

� Semi-synthetische Emulsionen mit niedrigem Mineralölgehalt sind transparent bis milchig.

� Mineralölfreie Emulsionen (Lösungen) sind trans-parent.

�

hydrophil oliophil resp. hydrophob Wasser

Öl

Abbildung 5.8 Oben: Aufbauprinzip eines Tensidmoleküls

Unten: Öltröpfchen in einer Öl-Wasser Emulsion mit Tensidmoleülen

ii) Nicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe

Die nicht-wassermischbaren Kühlschmierstoffe be-stehen aus Grundölen, verschleissvermindernden und fressverhütenden Additiven, sowie weiteren Additiven. Die Abbildung 5.9 zeigt eine Übersicht über den systematischen Aufbau solcher Schmierstoffe, die auch als Schneideöle bezeich-net werden.

Zu beachten ist, dass die Öle mit schwefelhaltigen Additiven, wegen der Gefahr chemischer Reaktio-nen, oft nicht für die Zerspanung und Umformung von kupferhaltigen Legierungen verwendet werden dürfen.

Nicht-wassermischbare Kühlschmierstoffe werden auch zur sogenannten Minimalmengenschmier-ung eingesetzt, wobei kleinste Schmierstoffmengen aufgebracht werden. Auch für die Umformung kann mit kleinsten Schmierstoffmengen gearbeitet werden. Diese werden bei Blechen bereits im Walzwerk aufgebracht.

Abbildung 5.9 Schematische Darstellung des Aufbaus nicht-wassermischbarer Schmierstoffe

5.4. Weitere Schmierstofftypen

Weiter kennt man noch folgende Schmier-stofftypen:

� Umlauföle für industrielle Anwendungen

� Turbinenöle

� Kompressorenöle

� Kältemaschinenöle

� Seilschmieröle

� Sägekettenöle

� usw.

Ihre Zusammensetzung aus Grundölen und Additivpaketen ergeben sich aus den spezifischen Anforderungen der Anwendung.

Verband der Schweizerischen

Schmierstoffindustrie

Association de l’industrie suisse des lubrifiants Associazione dell’industria svizzera dei lubrificanti

Swiss Association of Lubricants Industry

Zentralstrasse 37, CH-8003 Zürich

Tel.+41 (044) 213 13 30 ● Fax +41 (044) 213 13 33

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Anhang 1: Kurzbeschreibungen der wichtigsten DIN-Normen für Schmieröle und Schmierfette

DIN Norm Titel Beschreibung

DIN 31655-1

Gleitlager

Hydrostatische Radial-Gleitlager im stationären Betrieb

Berechnung von ölgeschmierten Gleitlagern ohne Zwischennuten

Die Norm gilt für hydrostatische Radial-Gleitlager im stationä-ren Betriebzustand. Die Funktionsweise hydrostatischer Lager ist dadurch gekennzeichnet, dass der tragende Druck des Lagers durch eine externe Schmierstoffversorgung erzeugt wird.

DIN 31692-1 Gleitlager

Teil 1 : Schmierung und Schmierungsüberwachung

Das Dokument enthält Hinweise für die Schmierung ölgeschmierter Gleitlager.

DIN 51347-2

Prüfung von Schmierstoffen

Prüfung im Mischreibungsgebiet mit dem Schmierstoffprüfgerat nach Brugger

Teil 2: Verfahren für Schmieröle

Das Brugger-Schmierstoffprüfgerät wird für die Prüfung von Schmierstoffen bei Einsatz im Mischreibungsgebiet eingesetzt. Die Prüfergebnisse beschreiben das Verhalten der Schmier-stoffe in Tribosystemen, in denen Mischreibung zwischen Reibpartnern aus Stahl auftritt. Je nach Schmierstoffeigen-schaft erzeugt der rotierende Prüfring eine unterschiedlich grosse Verschleissfläche auf dem feststehenden Prüfzylinder. Aus dieser Verschleissfläche wird dann die Belastbarkeit des Schmierstoffes berechnet.

DIN 51350-2

Prüfung von Schmierstoffen

Prüfung im Shell-Vierkugel-Apparat, Bestimmung der Schweisskraft von flüssigen Schmierstoffen

Der Shell-Vierkugel-Apparat (VKA) ist ein in DIN 51 350 Teil 1 genormtes Prüfgerät zur Bestimmung der Schweiss- und Gutkraft (DIN 51 350 Teil 2 und 3) sowie verschiedener Reib- und Verschleißkennwerten von Schmierstoffen (DIN 51 350 Teil 4 und 5). Bei der Standardprüfung wird eine rotierende Kugellagerkugel unter Last auf dreigleichartige aber stillstehende Kugeln gepresst.

DIN 51350-6

Prüfung von Schmierstoffen

Prüfung im Shell-Vierkugel-Apparat

Teil 6: Bestimmung der Scherstabili-tät von polymerhaltigen Schmierölen

Im Unterschied zu dem temporären Viskositätsverlust bei kur-zer Belastung kann dagegen eine starke Scherbeanspruchung über längere Zeit zu permanentem Viskositätsverlust führen. Die Scherstabilität eines Motorenöls beschreibt dessen Wider-stand gegen permanenten Viskositätsverlust durch das „Scheren“ langkettiger polymerer Additive, den Viskositätsin-dex verbessern (VI–Verbesserer), die in Mehrbereichsölen, die mehrere Viskositätsklassen überdecken, eingesetzt werden.

DIN 51352-1

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung des Alterungsverhaltens von Schmierölen

Zunahme des Koksrückstandes, nach Conradson

Das Motorenöl unterliegt zahlreichen Belastungen durch den Fremdstoffeintrag. Es kommt zu chemischen Veränderungen des Öles im Betrieb, insbesondere der Bildung von flüssigen (niedermolekularen) und festen (hochmolekularen) Alterungs- und Reaktionsprodukten.

DIN 51352-2

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung des Alterungsverhaltens von Schmierölen

Koksrückstand, nach Conradson, nach Alterung mit Durchleiten von Luft in Gegenwart von Eisenoxid

Die Bildung von Verkokungsrückständen bei hohen Temperaturen kann im Labor durch die Bestimmung nach Conradson simuliert werden. Der Koksrückstand besteht aus organischen und anorganischen Bestandteilen und ist ein Mass für die Verkokungsneigung des Kraftstoffes an den Einspritzdüsen und Rückstandsbildung im Verbrennungsraum.

DIN 51365

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung der Gesamtverschmutz-ung von gebrauchten Motoren-schmierölen mittels Zentrifugen-verfahren

Die Gesamtverschmutzung in gebrauchten Motorenschmier-ölen wird mittels Zentrifugenverfahren bestimmt. Hierbei werden Russ, an Russ adsorbtiv gebundene Wirkstoffe, Metallabrieb und asphalthaltige Stoffe durch Zentrifugieren aus dem Schmieröl-Lösungsmittelgemisch abgetrennt. Der Kennwert Gesamtverschmutzung lässt Schlussfolgerungen auf die weitere Verwendbarkeit des Schmieröls sowie der Betriebsverhältnisse im Motor zu.

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DIN 51377

Prüfung von Schmierölen

Bestimmung der scheinbaren Viskosi-tät von Motorenschmierölen bei niedriger Temperatur zwischen -5 "C und -35 "C mit dem Cold-Cranking-Simulator

Das Verfahren nach dieser Norm dient zur Einstufung eines Motorenschmieröles in die SAE-Viskositätsklassen mit Hilfe seiner scheinbaren Viskosität. Diese lässt Rückschlüsse auf das Kaltstartverhalten des Öles im Motor zu.

DIN 51378

Prüfung von Mineralölen

Bestimmung der Kohlenstoffverteil-ung

Kohlenstoffe sind chemische Verbindungen (Moleküle), die überwiegend aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen; Paraffine (Alkane), Naphthene (Cykloalkane), Aromaten, Olefine, Komplex-Kohlenwasserstoffe usw.

DIN 51380

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung der leichtsiedenden Anteile in gebrauchten Motorenölen; Gaschromatographisches Verfahren

Das in der Norm festgelegte gaschromatographische Ver-fahren dient der Bestimmung des Gehaltes an leichtsieden-den Anteilen, ermittelt als Massenanteil in %, in gebrauchten Otto- und Dieselmotorenölen. Eine Verdünnung des Öls mindert dessen Schmierfähigkeit, so dass ein erhöhter Motorenverschleiss auftreten kann.

DIN 51391-1

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung des Gehaltes an Additivelementen

Teil 1: Direkte Bestimmung durch Atomabsorptionsspektrometrie

Die Atomemissionsspektroskopie (AES) ist eine Methode der Spektroskopie bei der Atome zur Emission von Strahlung angeregt werden, die für sie charakteristisch ist. Die Methode ist besonders nützlich bei der Multielementanalyse.

DIN 51391-2

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung des Gehaltes an Additivelementen:

Teil 2: Wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA)

Die Röntgenfluoreszenzanalyse ermöglicht eine Identifizierung und Konzentrationsbestimmung aller Elemente ab Ordnungs-zahl Z = 9 (Fluor) in den unterschiedlichsten Zusammenset-zungen. Sie ist eine der am häufigsten eingesetzten Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der atomaren bzw. chemischen Zusammensetzung, da die Proben durch die Messung nicht zerstört werden und keine Aufschlüsse benötigt werden. Besonders breite Anwendung findet sie in der metall-verarbeitenden Industrie, bei der Untersuchung von Glas, Keramik und Baustoffen sowie bei der Analyse von Schmier-stoffen und Mineralölprodukten. Die Nachweisgrenze liegt etwa bei einem Mikrogramm pro Gramm.

DIN 51391-3

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung des Gehaltes an Additivelementen

Teil 3: Direkte Bestimmung von Ca, Mg, Zn und Ba durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP OES)

Wie bei Atomabsorptionsspektrometrie und Röntgenfluores-zenzanalyse wird ICP OES OES (Inductive Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von Elementen eingesetzt. Dadurch werden die Konzentrationen von Ca, Mg, Zn und Ba-haltige Additive bestimmt.

DIN 51394

Prüfung von Schmierstoffen

Prüfung von niedrigviskosen Schmierölen auf oxidations- und kor-rosionsverhindernde Eigenschaften

Die Norm gilt für niedrigviskose, hoch ausraffinierte, legierte Mineralöle. Das Verfahren dient zur Prüfung von Ölen auf ihre Fähigkeit, verschiedene Metalle gegen Oxidation und Korrosion zu Schützen.

DIN 51396-1

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung von Abriebelementen

Teil 1 : Direkte Bestimmung durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv gekoppeltem Plasma

Wie bei Additive können auch die durch Verschleiss entstandenen Abriebelemente auch mit ICP OES (Inductive Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) bestimmt werden.

DIN 51398

Prüfung von Schmierstoffen

Bestimmung der scheinbaren Viskosität von Getriebeölen bei niedriger Temperatur mit dem Brookfield-Viskosimeter (Flüssigkeitsbadmethode)

Ein Brookfield Viskosimeter/Rheometer ermöglicht die Mess-ung von Viskositäten/Konsistenzen bei Materialien mit Eigen-schaften die mit den üblichen Standardspindeln nicht mehr zu messen sind. Es sind Materialien, wie Pasten, Cremes, Gela-tine oder Wachse, bei denen die Standardspindeln leer laufen oder sich nur ein Lösungsmittelfilm an der Spindelfläche ausbildet.

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DIN 51400-3

Prüfung von Mineralölen und Brennstoffen

Bestimmung des Schwefelgehalts

Teil 3: Verbrennung nach Schöniger

Die zu untersuchende Substanz wird in einem Stück aschefreiem Filterpapier in einem mit Sauerstoff gefülltem Erlenmeyerkolben verbrannt, die Verbrennungsprodukte absorbiert und der Gehalt des zu bestimmenden Elementes mit der Thorin-Titration analysiert.

DIN 51433

Prüfung von Altölen

Bestimmung des Mineralölgehalts im Altöl

lnfrarotspektrometrisches Verfahren

Die Infrarotspektroskopie ist ein Verfahren der optischen Spektroskopie, bei dem die Absorptionsspektren von organischen festen, flüssigen oder gasförmigen Verbindungen im Bereich des nahen (NIR), mittleren (MIR) und fernen Infrarot (FIR) zur qualitativen bzw. quantitativen Analyse und zur Konstitutionsermittlung herangezogen werden.

DIN 51509-1

Auswahl von Schmierstoffen für Zahnradgetriebe

Schmieröle

Die Norm gibt Richtwerte zur Auswahl von Schmierölen für Zahnradgetriebe (Wälz- und. Schraubwälzgetriebe) ohne und mit. verschleissverringernden Wirkstoffen an.

DIN 51517-1

Schmierstoffe – Schmieröle

Teil 1: Schmieröle C; Mindestanforderungen

Die Norm legt die Mindestanforderungen für z. B. Viskosität, Dichte, Flammpunkt u.s.w. an Schmieröle fest.

DIN 51517-2

Schmierstoffe – Schmieröle

Teil 2: Schmieröle CL; Mindestanforderungen

Mindestanforderungen für Schmierstoffe mit Wirkstoffen zu Erhöhen des Korrosionsschutzes und/oder der Alterungsbeständigkeit.

DIN 51517-3

Schmierstoffe – Schmieröle

Teil 3: Schmieröle CLP; Mindestanforderungen

Mindestanforderungen für Schmierstoffe zum Herabsetzen der Reibung und des Verschleiss im Mischreibungsgebiet und/oder zur Erhöhung der Belastbarkeit.

DIN 51551-1 Prüfung von Schmierstoffen und flüssigen Brennstoffen

Bestimmung des Koksrückstands

Teil 1: Verfahren nach Conradson

Achtung: Erscheinungsdatum 2008-01 -21

Vorgesehen als Ersatz für DIN 51 551 -1 (1 993-04).

Der Koksrückstand gibt die Menge an Rückstand an, die bei der Verschwelung von 10 Gramm des zu prüfenden Öles in einer speziellen Conradson-Apparatur unter definierten Bedingungen entsteht. Rückstandsbildungen in Form von Ölkohle oder Koks können entstehen, wenn Mineralöle thermisch überbelastet werden oder bei unzureichendem Sauerstoffangebot unvollständig verbrennen.

DIN 51563 Prüfung von Mineralölen und verwandten Stoffen

Bestimmung des Viskosität-Tempera-tur-Verhaltens, Richtungskonstante m

Die Richtungskonstante hat den Zweck, nach ihrer Bestimmung auch die Berechnung der kinematische Viskositäten bei anderen Temperaturen ohne weitere Versuche zu ermöglichen.

DIN 51574 Prüfung von Schmierstoffen

Probenahme von Schmierölen aus Verbrennungskraftmaschinen

Entnahme einer repräsentativen Probe zur Beurteilung des Schmierölzustandes und soweit möglich des Motorenzustandes

DIN 51581-1 Prüfung von Mineralölerzeug-nissen

Bestimmung des Verdampfungs-verlustes

Teil 1 : Verfahren nach Noack

Bei der Bestimmung des Verdampfungsverlustes wird gemessen, wie gross der Verlust während einer Stunde bei 250 °C unter Vakuum (2 mbar) ist.

DIN 51589-1 Prüfung von Schmierstoffen und verwandten Erzeugnissen

Bestimmung des Wasserabscheide-vermögens nach Dampfbehandlung

Prüfung von Schmierölen und schwerentflammbaren Flüssigkeiten

Eigenschaft von Mineralölprodukten und synthetischen Produkten, Wasser abzuscheiden (Emulgierfestigkeit)

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DIN 51784 Prüfung flüssiger Brennstoffe

Bestimmung des Schmierölgehalts in Zweitaktermischungen über die Bestimmung des Abdampfrückstan-des nach dem Aufblasverfahren

Bestimmung des Mischungsverhältnisses der Volumenanteile Schmieröl zu Volumenanteile Kraftstoff. Er entspricht den unter den Bedingungen dieser Norm nicht verdampfbaren Volumenanteilen.

DIN 51819-1 Prüfung von Schmierstoffen

Mechanisch-dynamische Prüfung auf dem Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät FE8

Teil 1: Allgemeine Arbeitsgrundlagen

Mit dem FE 8-Prüfstand wird der Schmierfetteinfluss auf das Reibungs- und Verschleißverhalten von Wälzlagern unter Temperatureinfluss, Lagerbelastung und Drehgeschwindigkeit untersucht.

DIN 51819-2 Prüfung von Schmierstoffen

Mechanisch-dynamische Prüfung auf dem Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät FE8

Teil 2: Verfahren für Schmierfette, einzusetzende Prüflager, Schräg-kugellager oder Kegelrollenlager

Die Prüfung wird bei der gewünschten Belastung, Drehzahl und Temperatur solange betrieben, bis die Lagerung wegen mangelhafter Schmierung ein bestimmtes Grenzreibmoment überschreitet oder die angestrebte Beanspruchungsdauer von 500 Stunden erreicht ist.

DIN 51819-3 Prüfung von Schmierstoffen

Mechanisch-dynamische Prüfung auf dem Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät FE8

Teil 3: Verfahren für Schmieröl, einzusetzende Prüflager, Axialzylin-derrollenlager

Die Prüfung wird bei der gewünschten Belastung, Drehzahl und Temperatur solange betrieben, bis die Lagerung wegen mangelhafter Schmierung ein bestimmtes Grenzreibmoment überschreitet oder die angestrebte Beanspruchungsdauer von 500 Stunden erreicht ist.

DIN 51834-2 Prüfung von Schmierstoffen

Tribologische Prüfungen im trans-latorischen Oszillations-Prüfgerät

Teil 2: Bestimmung von Reibungs- & Verschleissmessgrössen für Schmieröle

Die eingebauten Prüfkörper werden bei vorgegebener Normalkraft, Prüffrequenz, Schwingungsweg und Prüftemperatur mechanisch beansprucht. Nach dem Versuch wird der Verschleissbetrag ermittelt.

DIN EN 12634

Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe

Bestimmung der Säurezahl

Potentiometrische Titration in nichtwässrigen Medien

Die Neutralisationszahl ist ein Mass für die Gesamtmenge der in einem Mineralölprodukt vorhanden sauren Bestandteile, welche durch verdünnte Kalilauge neutralisiert werden können.

DIN EN IS0 2160

IS0 2160: 1998

Mineralölerzeugnisse

Korrosionswirkung auf Kupfer - Kupferstreifenprüfung

Mit der “Kupferstreifenprüfung” wird nachgewiesen, inwieweit Schmieröle und Schmierfette auf Kupfer korrosiv wirken.

DIN EN IS0 2719

IS0 2719: 2002

Bestimmung des Flammpunktes

Verfahren nach Pensky-Martens mit geschlossenem Tiegel

Mit der Pensky-Martens Apparatur dient zur Bestimmung der Flammpunkte > 49°C von mittel- und schwerflüchtigen Stoffen im geschlossen Tiegel.

DIN EN IS0 6245

IS0 6245: 2001

Mineralölerzeugnisse:

Bestimmung der Asche

Unter Oxidasche versteht man den bei 750 bis 800°C unter Luftzutritt unverbrennbaren, nicht-flüchtigen Rückstand des Schmierstoffes.

DIN EN IS0 6743-4

IS0 6743-4: 2001

Schmierstoffe, lndustrieöle und verwandte Erzeugnisse

Klasse L – Klassifizierung:

Teil 4: Hydraulische Systeme

In dieser Norm ist der Hydrauliköl-Typ HL mit Zusätzen zur Verbesserung des VT-Verhaltens spezifiziert.

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DIN EN IS0 20763

IS0 20763:2004

Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte

Bestimmung des Verschleissschutz-vermögens von Druckflüssigkeiten - Prüfung in der Flügelzellenpumpe

Die zu prüfende Hydraulikflüssigkeit wird in einem Prüfstand durch eine Flügelzellenpumpe bei bestimmter Temperatur und bestimmtem Druck umgewälzt. Gemessen wird nach dem Prüflauf der Verschleiß von Ring und Flügel der Pumpe.

DIN IS0 2909

IS0 2909:2002

Mineralölerzeugnisse

Berechnung des Viskositätsindex aus der kinematischen Viskosität

Zusammen mit einer Viskositätsangabe bei bestimmter Temperatur charakterisiert der Viskositätsindex da Viskositäts-Temperatur-Verhalten.

DIN IS0 6614

IS0 6614: 1994

Mineralölerzeugnisse

Bestimmung des Wasserabscheide-vermögens von Mineralölen und synthetischen Flüssigkeiten

Eigenschaft von Mineralölprodukten und synthetischen Produkten, Wasser abzuscheiden (Emulgierfestigkeit).

DIN IS0 6743-0

IS0 6743-0: 1981

Schmierstoffe, lndustrieöle und verwandte Erzeugnisse

Klasse L; Klassifikation; Allgemeines;

Diese Klassifikation besteht aus 18 Familien, denen die Erzeugnisse entsprechend ihrer Anwendung so zugeordnet sind, dass – soweit wie möglich – alle Anwendungsfälle für Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Erzeugnisse erfasst sind; Übersicht in DIN ISO 6743 Teil 0

DIN IS0 13357-1

IS0 13357-1: 2002

Mineralölerzeugnisse

Bestimmung der Filtrierbarkeit von Schmierölen

Teil 1: Verfahren für Öle in Gegenwart von Wasser

Die Norm wird benützt um Partikeln festzustellen, die zur Verstopfen des Motorenfilters führen können.

DIN IS0 13357-2

IS0 1 3357-2: 1998

Mineralölerzeugnisse

Bestimmung der Filtrierbarkeit von Schmierölen

Teil 2: Verfahren für Trockenöle

Wasserfreie und wasserhaltige Motorenöle werden unterschiedlich auf ungelöste Partikeln untersucht.

DIN IS0 14635- 1

IS0 14635-1: 2000

Zahnräder

FZG-Prüfverfahren

Teil 1 : FZG-Prüfverfahren N8, 3/90 zur Bestimmung der relativen Fresstragfähigkeit von Schmierölen

Diese Prüfung wird vorwiegend zur Ermittlung der Grenz-beanspruchbarkeit von Schmierstoffen angewendet. Bei der FZG-Zahnrad-Verspannungs-Prüfmaschine ist ein Übertragungsgetriebe mit dem Prüfgetriebe durch zwei Torsionswellen kraftschlüssig verbunden, wobei sich auf einer Welle eine Kupplung zur Aufbringung der Belastung befindet. Die Verspannung wird durch Einhängen von Gewichten an einem Hebelarm erreicht.

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