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| Diese
Erläuterungen sind teilweise aus dem "Kraftfahrtechnischen
Taschenbuch" und dem Buch "Autoelektrik
/ Autoelektronik" von Bosch, die im Vieweg-Verlag Wiesbaden erschienen
sind, zitiert. Diese handlichen Nachschlagewerke mit knapp gefaßten Beiträgen, die einen Einblick in den gegenwärtigen Stand der Kfz-Technik geben, sind als gebundene Ausgabe mit 370 (bzw. 314) Seiten in der mittlerweile 23. (bzw. 3.) Auflage bei Amazon erhältlich. |
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Begriffe
und Definitionen
Schmierstoffe dienen als Trennmittel zwischen zwei relativ gegeneinander in
Bewegung stehenden Reibpartnern.
Ihre Aufgabe ist es, den direkten Kontakt zwischen diesen zu verhindern und
dadurch zum einen Verschleiß herabzusetzen und zum anderen Reibung zu
mindern bzw. zu optimieren. Zusätzlich kann der Schmierstoff kühlen,
die Reibstelle abdichten, Korrosion verhindern oder auch Laufgeräusche
verringern. Es gibt feste, konsistente, flüssige und gasförmige Schmierstoffe.
Die Auswahl richtet sich nach der konstruktiven Begebenheit, der Materialpaarung,
den Umgebungsbedinungen und den Beanspruchungen an der Reibstelle.
Additive
Wirkstoffe, die zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften dem Schmierstoff zugesetzt
werden.
Die Wirkstoffe verändern die physikalischen Eigenschaften des Schmierstoffes
(z.B. VI-Verbesserer, Pourpointerniedriger) oder die chemischen Eigenschaften
(z.B. Oxydationsinhibitoren, Korrosionsinhibitoren). Sie können ferner
eine Oberflächenveränderung der Reibpartner bewirken, verursacht z.B.
durch Reibungsveränderer (Friction Modifier), durch Verschleißschutzwirkstoffe
(Anti-Wear) oder durch Freßstoffe (Extreme Pressure). Zur Vermeidung antagonistischer
Effekte müssen die Additive sehr genau aufeinander abgestimmt sein.
Legierte Schmierstoffe
Schmierstoffe, die Additive zur Verbesserung bestimmter
Eigenschaften enthalten.
Beispiele: Alterungsstabilität, Verschleißschutz, Korrosionsschutz,
Viskositäts-Temperatur-Verhalten
Mehrbereichsöle
Motoren- und Getriebeöle mit geringer Viskositäts-Temperatur-Abhängigkeit
(großer Viskositätsindex VI).
Diese Öle sind für den ganzjährigen Einsatz in Kraftfahrzeugen
gedacht und überdecken mehrere SAE-Klassen.
Mineralöle
Mineralöle sind aus Erdöl oder Kohle gewonnenen
Destillations- und Raffinationsprodukte.
Sie bestehen aus zahlreichen Kohlenwasserstoffen verschiedener chemischer Zusammensetzung.
Je nach dem welche Anteile überwiegen, spricht man von paraffinbasischen
(kettenförmige gesättigte Kohlenwasserstoffe), naphtenbasischen (ringförmig
gesättigte Kohlenwasserstoffe, meist mit 5 bzw. 6 Kohlenstoffatomen im
Ring) oder aromatenreichen Ölen (z.B. Alkylbenzole). Diese unterscheiden
sich u.U. stark in ihren chemisch-physikalischen Eigenschaften.
Viskosität (DIN 1342,
DIN 51550)
Maß für die innere Reibung von Stoffen.
Es ist der Widerstand (innere Reibung) den die Stoffteilchen der Kraft beim
Verschieben entgegensetzen.
Viskositätsindex (VI)
(DIN ISO 2909)
Der VI ist eine rechnerisch ermittelte Zahl, die die Viskositätsänderungen
eines Mineralölerzeugnisses bei Temperaturänderung charakterisiert.
Je größer der VI, desto geringer ist der Einfluß der Temperatur
auf die Viskosität.
Viskositätklassen
Klassifizierung von Ölen innerhalb bestimmter
Viskositätsbereiche.
SAE-Viskositätsklassen (DIN 51511, SAE J300, DIN 51512, SAE J306c).
| SAE- Visko- sitäts- klasse |
Viskosität
(ASTM D 5293) m * Pas bei °C |
Grenzpumpviskosität (ASTM D 4684) ohne Fließgrenze m * Pas bei °C | Kinematische Viskosität (ASTM D 445) mm2/s bei 100°C | Viskosität
bei hoher Scherung (ASTM D 4683, CEC L-36-A-90, ASTM D 4741) m *Pas bei 150°C und 106 s-1 min. |
|
| min. | max. | ||||
| 0 W | 3250 bei -30 | 60000 bei -40 | 3,8 | - | - |
| 5 W | 3500 bei -25 | 60000 bei -35 | 3,8 | - | - |
| 10 W | 3500 bei -20 | 60000 bei -30 | 4,1 | - | - |
| 15 W | 3500 bei -15 | 60000 bei -25 | 5,6 | - | - |
| 20 W | 4500 bei -10 | 60000 bei -20 | 5,6 | - | - |
| 25 W | 6000 bei -5 | 60000 bei -15 | 9,3 | - | - |
| 20 | - | - | 5,6 | <9,3 | 2,6 |
| 30 | - | - | 9,3 | <12,5 | 2,9 |
| 40 | - | - | 12,5 | <16,3 | 2,9 (0W-40, 5W-40, 10W-40) |
| 40 | - | - | 12,5 | <16,3 | 3,7 (15W-40, 20W-40, 25W-40, 40) |
| 50 | - | - | 16,3 | <21,9 | 3,7 |
| 60 | - | - | 21,9 | <26,1 | 3,7 |
Motorenöle
Die
Motorenöle dienen vorrangig zur Schmierung der relativ gegeneinander bewegten
Teile in Verbrennungskraftmaschienen.
Zusätzlich
werden Reibungswärme abgeführt, Verschleißpartikel von der Reibstelle
wegtransportiert, Verunreinigungen ausgewaschen und vom Öl in der Schwebe
gehalten und Metallteile vor Korrosion geschützt. Die gebräuchlichsten
Motorenöle sind additivierte Mineralöle (HD-Öle: Heavy-Duty
für schwere Betriebsbeiengungen). Aufgrund der steigenden Beanspruchung
der Öle und längerer Ölwechselintervalle werden zunehmend auch
synthetische Öle oder teilsynthetische Öle z.B. Hydrocracköle
verwendet. Die Qualität der Öle hängt von der Herkunft, der Raffination
des Grundöls (entfällt bei synthetischen Ölen) und der Additivierung
ab.
| - Viskositätsindexverbesserer | - Hochdruckzusätze (EP-Additive) | |
| - Stockpunktverbesserer | - Friction Modifier | |
| - Oxidations-, Korrosionsinhibitoren | - Schaumdämpfer | |
| - Detergent- und Dispersant-Zusätze |
| - | ACEA-(Association des Constructeurs Européens de l´Automobile) Normen ersetzen seit Anfang 1996 alle bestehenden CCMC-Normen (Comité des Constructeurs d´Automobiles du Marché Commun) |
| - | API-Klassifikation (American-Petroleum-Institute) |
| - | MIL-Spezifikationen (Military) |
| - | Firmenspezifikationen |
| - | Sulfatasche |
| - | Zinkgehalt |
| - | Motorart (Otto- oder Dieselmotor bzw. Saug- oder Lademotor) |
| - | Belastung der Motor-Triebwerksteile und -Lager |
| - | Verschleißschutzwirkung |
| - | Betriebstemperatur des Öls (Sumpftemperatur) |
| - | Verbrennungsschmutzanfall, chemische Belastung des Öls durch saure Verbrennungsrückstände |
| - | Reinigungs- und Schmutztragevermögen des Motorenöls |
| - | Dichtungsverträglichkeit |
| A1-98: | Spezielle Leichtlauföle mit abgesenkter Viskosität bei hohen Temperaturen und starker Scherung. |
| A2-96: | Konventionelle und Leichtlaufmotorenöle ohne Beschränkung der Viskositäts klassen. Höhere Anforderungen als bisher bei CCMC G4 bzw. API SH |
| A3-98: | Öle dieser Kategorie übertreffen A2-96 und bisher CCMC G4 und G5 |
API-Klassifikationen
S-Klassen (Service) für Ottomotoren
C-Klassen (Commercial) für Dieselmotoren
SF: Für Motoren der 80er Jahre (Anm. des Autors: z.B. Honda-Hornet, Suzuki
SV650 ... *gg*)
SG: Für Motoren ab 1989 mit verschärftem Schlammtest, verbessertem
Oxidations- und Verschleißschutz
SH: Seit Mitte 1993 wie Qualitätsniveau API SG, jedoch mit verschärften
Anforderungen bei der Öl-Qualitätsprüfung
SJ: Seit Oktober 1996, zusätzliche Tests gegenüber API SH
SAE-Viskositätsklassen
(DIN 51511, SAE J300, DIN 51512, SAE J306c)
Die international gültige SAE-Klassifizierung
(Society of Automotive Engineers) dient der Viskositätskennzeichnung.
Über die Qualität des Öles sagt sie nichts aus. Man unterscheidet
zwischen Ein- und Mehrbereichsölen. Allgemein haben sich heute die Mehrbereichsöle
durchgesetzt. Die Kennzeichnung erfolgt durch zwei Serien (s. Tabelle), wobei
der Buchstabe "W" (Winter) ein definiertes Kältefließverhalten
beschreibt. Die Viskositätsklasse mit dem Buchstaben "W" wird
nach der maximalen Tieftemperaturviskosität, der maximalen Grenzpumptemperatur
und der Mindestviskosität bei 100°C klassifiziert, die Viskositätsklasse
ohne den Buchstaben "W" wird nur nach der Viskosität bei 100°C
klassifiziert.
Mehrbereichsöle sind Öle
mit geringer Temperaturabhängigkeit der Viskosität. Sie verringern
Reibung und Verschleiß, sind ganzjährig einsetzbar und sorgen bei
Kaltstart für eine schnelle Durchölung aller Motorenteile.
Leichtlauföle sind Öle mit Mehrbereichscharakteristik,
niedriger Viskosität und speziellen reibungsmindernden Zusatzstoffen. Der
besonders reibungsarme Motorlauf unter allen Betriebsbedingungen verringert
den Kraftstoffverbrauch.
Schmierfette
Schmierfette sind verdickte Schmieröle.
Gegenüber den Ölen besitzen sie den großen Vorteil, daß
sie von der Reibstelle nicht weglaufen. Aufwendige konstruktive Maßnahmen
zur Abdichtung werden damit überflüssig (z.B. Einsatz in Radlagern,
bewegten Systemen wie ABS, Generator, Zündverteiler, Elektromotoren, Kleingetriebemotoren).
Einen groben Überblick über den Aufbau eines konsistenten Schmierstoffes,
der aus den drei Basiskomponenten Grundöl, Verdicker, und Additiv besteht,
zeigt die Tabelle.
| Grundöle | Verdicker | Additive |
| Mineralöle - paraffinisch - naphthenisch - aromatisch Poly- Alkylaromate Esteröle Polyole Silikone Phenyletheröle Perfluorpolyether |
Metallseifen (Li, Na, Ca, Ba, Al) Normal- Hydroxi- Komplex- Polyharnstoffe PE Bentonite Kieselgele |
Oxidationsinhibitoren Fe-,Cu-Ionen, Komplexbildner Korrosionsinhibitoren Hochdruckzusätze (EP-Additive) Verschleißschutzzusätze (Anti-Wear Additive) Reibungsminderer (Friction Modifier) Haftungsverbesserer Detergents, Dispersants VI-Verbesserer Festschmierstoffe |
| Für jede Reibpaarung kann aus der Vielzahl der Schmierstoffkomponenten ein Hochleistungsschmierstoff entwickelt werden. | ||
| NLGI-Klasse | Walkpenetration
nach DIN ISO 2137 in Einheiten (0,1 mm) |
|
| 000 | 445 ... 475 | |
| 00 | 400 ... 430 | |
| 0 | 355 ... 385 | |
| 1 | 310 ... 340 | |
| 2 | 265 ... 295 | |
| 3 | 220 ... 250 | |
| 4 | 175 ... 205 | |
| 5 | 130 ... 160 | |
| 6 | 85 ... 150 |
Die Additive
(Wirkstoffe) dienen der gezielten physikalisch-chemischen Veränderung des
Schmierfettes in eine gewünschte Richtung (z.B. zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit,
zur Erhöhung der Tragfähigkeit (EP-Additive) oder der Reibungs- und
Verschleißverringerung).
Auch Festschmierstoffe (z.B. MoS2) werden den Schmierfetten zugesetzt
(z.B. zur Schmierung der Antriebsgelenkwellen im KFZ).
Die Auswahl eines speziellen Schmierfettes erfolgt unter Berücksichtigung
seiner physikalischen Eigenschaften, der Auswirkungen auf die Reibstelle und
der geringstmöglichen Wechselwirkung mit den Kontaktmaterialien.
Beispiel Wechselwirkung mit Polymerwerkstoffen:
- Spannungsrißbildung
- Festigkeitsveränderung
- Polymerabbau
- Quellung, Schrumpfung, Versprödung
So dürfen z.B. Mineralölfette oder Fette auf Basis synthetischer Kohlenwasserstoffe
nicht mit Elastomeren in Kontakt kommen, die in Verbindung mit Bremsflüssigkeiten
(auf Polyglykolbasis) verwendet werden (starke Quellung).
Weiterhin sollen Mischungen unterschiedlich aufgebauter Schmierfette vermieden
werden (Veränderung der physikalischen Eigenschaften, Fettverflüssigung
durch Tropfpunktabsenkung).
Durch richtige Schmierfettauswahl läßt sich die Leistungsfähigkeit
von Erzeugnissen mit relativ gegeneinander bewegten Reibpartnern erheblich steigern
(z.B. Getriebe, Wälzlagerungen, Verstellsysteme).