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Motorenöle
Begriffe & Definitionen
Schmierfette
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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.

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-Viskositätsklassen für Motoren-/Getriebeöle (SAE J300, Dez. 95)
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.

Entsprechend ihrer Aufgabe unterscheidet man folgende Additivtypen:
- Viskositätsindexverbesserer   - Hochdruckzusätze (EP-Additive)
- Stockpunktverbesserer   - Friction Modifier
- Oxidations-, Korrosionsinhibitoren   - Schaumdämpfer
- Detergent- und Dispersant-Zusätze    

Im Verbrennungsmotor wird das Öl thermisch und mechanisch hoch beansprucht. Die physikalischen Daten der Motorenöle geben Hinweise zu den Einsatzgrenzen, erlauben aber keine Aussage zur Leistungsfähigkeit.

Es gibt daher eine ganze Anzahl von Prüfmethoden für Motorenöle:
- 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

Kriterien für eine Zulassung sind unter anderem:
- 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

ACEA-Spezifikationen bei Öle für Ottomotoren
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--olefine
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.

Als Grundöle werden vorrangig Mineralöle eingesetzt, die in letzter Zeit jedoch zunehmend durch vollsynthetische Öle ersetzt werden (z.B. aufgrund gestiegener Anforderungen hinsichtlich Alterungsstabilität, Tieftemperaturfließverhalten, Viskositäts-Temperatur-Verhalten).
Der Verdicker dient dazu, das Grundöl zu binden. Es werden meist Metallseifen verwendet. Sie binden das Öl in einem schwammartigen Seifengerüst (Mizellen) durch Einschlüsse und Wechselwirkungskräfte. Je höher der Verdickeranteil (verdickertypabhängig) im Fett ist, umso höher ist die Konsistenz (Eindringtiefe eines Prüfkonus in die Fettprobe) bzw. die NLGI-Klasse.

Konsistenzeinteilung für Schmierfette (DIN 51 818)
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).


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Last Update: 17.04.2004 19:12