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Aufbau, Verwendung und Eigenschaften von Schmierstoffen Castrol (Switzerland) AG Baarerstrasse 139 Tel. 058 / 456 93 33 6302 Zug Fax 058 / 456 93 39 Vorwort „Öl ist eben nur Öl“ , diese Aussage hört man mitunter. Der Grund dafür ist, dass bis vor nicht allzu langer Zeit die Ölqualität genau genommen nicht sonderlich entscheidend war. In den letzten Jahren hat sich dies jedoch grundlegend geändert. Mit der Entwicklung der Motorentechnik und veränderten Nutzungsgewohnheiten von Fahrzeugen sind die Schmieröle in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Die Zeiten sind im Umbruch: fast täglich werd...
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Aufbau, Verwendung

und Eigenschaften von Schmierstoffen Castrol (Switzerland) AG Baarerstrasse 139 Tel. 058 / 456 93 33 6302 Zug Fax 058 / 456 93 39,

Vorwort

„Öl ist eben nur Öl“ , diese Aussage hört man mitunter. Der Grund dafür ist, dass bis vor nicht allzu langer Zeit die Ölqualität genau genommen nicht sonderlich entscheidend war. In den letzten Jahren hat sich dies jedoch grundlegend geändert. Mit der Entwicklung der Motorentechnik und veränderten Nutzungsgewohnheiten von Fahrzeugen sind die Schmieröle in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Die Zeiten sind im Umbruch: fast täglich werden technische Vorschriften bzw. Spezifikationen geändert und Neuentwick- lungen können innerhalb kürzester Zeit veralten. In einem sehr kurzen Zeitraum wurde deshalb die Qualität von Schmierölen zu einer äusserst wichtigen Frage. Castrol war schon immer bestrebt, ihre Kunden (Garagisten und Konsumenten) mit mehr Informationen über Öle zu versorgen. Die Kenntnis der Schmierstoffe und Schmiervor- gänge hilft, ein Gefühl für Qualität zu entwickeln und trägt somit zur Produktauswahl bei. Heutzutage ist die Auswahl des richtigen Produktes wichtiger denn je, will man Problemen aus dem Weg gehen. Das vorliegende „ABC der Schmierung“ sollte als Teil der Be- mühungen betrachtet werden, Informationen über Schmierstoffe ständig weiterzuverbrei- ten. Dafür haben wir bei Castrol unsere guten Gründe. Aus den Reaktionen auf unsere Ausbil- dungsveranstaltungen wissen wir, dass es richtig ist, auf die Wichtigkeit der Auswahl op- timaler Schmierstoffe aufmerksam zu machen. Hinweise auf Informationsblättern, die wir von Autoherstellern und -importeuren erhielten sowie die vielen wertvollen Beispiele prak- tischer Erfahrungen von Garagisten und Ausbildnern haben zu diesem Lehrmaterial bei- getragen und wir sind allen für ihre Hilfe und Unterstützung sehr dankbar. Durch die ständigen Neuentwicklungen im öltechnischen Bereich, insbesondere bei den Spezifikationen, wird das „ABC der Schmierung“ in regelmässigen Abständen überarbei- tet und dadurch auch immer dem neuesten Stand der Technik angepasst. Wir hoffen, mit diesen Unterlagen ein besseres Verständnis für das komplizierte Thema „Schmierung“ zu schaffen. Insbesondere erwarten wir, die allgemeine Erkenntnis zu ver- tiefen, dass Öl - ganz gleich was es ist - nicht „eben nur Öl“ ist. Für Castrol (Switzerland) AG Henry Clémençon, Autor _ Letztes Update Mai 2009,

INHALTSVERZEICHNIS

Kapitel Thema Seite 1 Einleitung42Chemie des Erdöls53Herstellung von Basisflüssigkeiten 12 4 Kenndaten von Schmierstoffen 16 5 Additive 23 6 Motorenöle für Viertakt-Motoren 25 7 Motorenöle für Zweitakt-Motorenöle 43 8 Fahrzeug-Getriebeöle 46 9 Bremsflüssigkeiten 49 10 Hydraulikflüssigkeiten 53 11 Industrie-Getriebeöle 57 12 Kühlschmierstoffe 61 13 Fette 68 14 Literatur 73, 1. Einleitung Der Ausdruck „Schmieren“ kommt vom mittelhochdeutschen Wort „smer“ . So bezeichne- ten unsere Vorfahren rohes Tierfett, mit dem sie die Lager ihrer Wagen und Karren schmierten, um die Reibung und damit den erforderlichen Kraftaufwand für Mensch und Tier zu vermindern und gleichzeitig den Verschleiss der Fahrzeuge in Grenzen zu halten. Die Suche des Menschen nach wirksamen Schmierstoffen ist abwechslungsreich und so alt wie die überlieferte Menschheitsgeschichte. Die Chinesen machten sich schon um 3500 v. Chr. die Schmierwirkung von Wasser zunutze, die Aegypter verwendeten um 1400 v. Chr. Tierfett oder Olivenöl gemischt mit Kalkmehl für ihre Streitwagen; um 780 v. Chr. entdeckten die Chinesen die reibungsmindernden Eigenschaften einer Mischung aus pflanzlichen Ölen und Blei, und vor mehr als 100 Jahren wurde erstmals auf die Eignung von Luft als Schmiermittel hingewiesen. In der modernen Definition umfasst der Begriff „Schmierstoffe“ zunächst einmal Produkte, die für die Schmierung gleitender und rollender Elemente verwendet werden. Den Schmierstoffen werden jedoch auch artverwandte Produkte zugeordnet, die in Zusam- mensetzung, Herstellung und Eigenschaften ähnlich sind, aber der Kraftübertragung, der Wärmeleitung, der Kühlung, als Isolieröle, als Korrosionsschutzmittel oder unter dem Na- men „Verfahrensöle“ als Hilfsmittel für industrielle Prozesse dienen. Der Anteil der Schmierstoffe am gesamten Mineralölverbrauch beträgt weltweit im Durch- schnitt etwa 0,8 %, in hochindustrialisierten Ländern rund 1 Prozent. Die volkswirtschaftli- che Bedeutung der Schmierstoffe ist jedoch weit grösser, als ihr verhältnismässig geringer Anteil am Mineralölmarkt vermuten lässt. Durch Reibung werden 30 Prozent der auf der Welt erzeugten Energie verbraucht, durch Verschleiss entstehen Jahr für Jahr Milliarden- verluste. Konstrukteure wissen heute, dass der Schmierstoff nicht nur ein notwendiger Betriebs- stoff, sondern ein Konstruktionselement ist. In schmiertechnischer Hinsicht ausgereifte Konstruktionen und eine richtige Schmierung helfen, Energie sparen, Stillstandsverluste und den Aufwand für Ersatzteile und Instandsetzung zu vermindern und den Wert des Maschinen- und Geräteparks zu erhalten. Die Schmierstoffe selbst werden durch intensive Forschung ständig weiterentwickelt. Die der Menge nach wichtigsten Schmierstoffe sind Schmieröle, alle vom Erdöl abstam- mend. Daneben gibt es die Schmierfette für ganz bestimmte Einsatzzwecke. Schmierstof- fe werden nach Sortengruppen eingeteilt. Die wichtigsten sind nachstehend genannt :, Automotive Schmierstoffe Industrie-Schmierstoffe Motorenöle Hydraulikflüssigkeiten Getriebeöle Getriebeöle Bremsflüssigkeiten Kompressorenöle Turbinenöle Korrosionsschutzprodukte Kühlschmierstoffe Isolieröle und Weissöle Schmierfette, 2. Chemie des Erdöls 2.1 Einleitung Bereits im Altertum war das Erdöl in Form von Asphalt, Erdpech und bituminösen Stoffen bekannt und trat in sogenannten Teerkuhlen an die Erdoberfläche. Die ersten 1857 in Ru- mänien, 1858 in den USA und im selben Jahr auch in Deutschland durchgeführten Erdöl- bohrungen wurden schon in Tiefen von weniger als 50 m fündig. Heute muss man einige 1000 Meter tief bohren, um in erdölhaltigen Gebieten auf Öl zu stossen, wobei im Einzelfall Bohrtiefen von mehr als 6000 m erreicht wurden. Bei der Suche nach Erdöl wird heute auf- grund der wissenschaftlich durchgeführten Vorarbeiten fast jede zweite Sondierbohrungen fündig. 2.2 Bestandteile des Erdöls Auf keinem der zahlreichen Ölfelder der Erde findet sich die gleiche Art Erdöl. Schon sein Aussehen ist unterschiedlich; manchmal ist es dünnflüssig und von heller Farbe, manchmal dickflüssig, beinahe schon fest, und tief schwarz. Ebenso unter- scheiden sich die Erdölsorten in ihrer Dichte. Trotzdem haben Wasserstoffatom sie alle etwas gemeinsam: sie bestehen fast ausschliesslich aus (einwertig) Kohlenstoff und Wasserstoff in chemischer Bindung. Zerlegt man das Erdöl in seine Elemente , so erhält man 83 bis 87 Massen-% Kohlenstoff, 11 bis 15% Wasserstoff, 0 bis 6 Mas- sen-% Schwefel sowie Spuren von Sauerstoff, Stickstoff und Metallen. Kohlenstoffatom Erdöl ist also ein Gemisch vieler Verbindungen, insbesondere (vierwertig) von Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Der Kohlenstoff hat vier freie Fangarme, d.h. er kann vier Bindungen eingehen. Der Bild 1 Wasserstoff dagegen hat nur einen freien Fangarm, er hat nur eine Bindungsmöglichkeit. Der Chemiker nennt diese Fangarme Wertigkeit oder Valenz (Bild 1). Durch Aneinanderketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen können sich unter- schiedlich grosse und figürlich unterschiedlichste Kohlenwasserstoffverbindungen - Mole- küle genannt - bilden. Die Anzahl der möglichen Kohlenwasserstoffmoleküle ist nahezu unbegrenzt, weil der vierwertige Kohlenstoff gerade und verzweigte Ketten sowie ringför- mige (cyclische) Systeme bilden kann. Nach ihrem Bau werden die Kohlenwasserstoffe in vier Gruppen eingeteilt und unterschiedlich benannt (Tabelle 1)., Umgangssprache Nach IUPAC (*) Paraffine Alkane Normal-Paraffine Normal-Alkane Iso-Paraffine Iso-Alkane Naphtene (Cycloparaffine) Cyclo-Alkane Olefine Alkene Diolefine Alkadiene Acetylene Alkine Aromaten Aromaten (*) International Union of Pure and Applied Chemistry Tabelle 1 : Bezeichnungen für Molekülstrukturen 2.2.1 Paraffine (Alkane) Die Paraffine mit ihren geraden (Bild 2) oder verzweigten Ketten (Bild 3) von Kohlenstoff- Atomen enthalten nur einfache Bindungen und damit die grösstmögliche Anzahl von Was- serstoff-Atomen. Weil sie keine weiteren Wasserstoff-Atome aufnehmen können, bezeich- net man sie als „gesättigt“. Sie reagieren chemisch unter den meisten Bedingungen nicht. Die Iso-Paraffine verfügen über ein wesentlich besseres Kälteverhalten als die Normal- Paraffine. Normal-Paraffin (HEXAN C6H14) Bild 2 Iso-Paraffin (ISOHEXAN Bild 3 Für Schmierstoffe - insbesondere solche für Motoren - sind gesättigte, reaktionsträge Ver- bindungen erwünscht, da nur diese die nötige Alterungsstabilität besitzen und damit auch die heute üblichen, langen Ölwechselintervalle ohne gravierende Ölveränderungen erlau- ben., 2.2.2 Olefine (Alkene) Bei den Olefinen bilden die Kohlenstoff-Atome ebenfalls Ketten, aber mit einem wichtigen Unterschied gegenüber den Paraffinen : zwischen manchen Kohlenstoff-Atomen bestehen sogenannte Doppelbindungen. An den Kohlenstoff-Atomen, die diesen Doppelbindungen benachbart sind, fehlt je ein Wasserstoff-Atom. Weil sie an diesen Stellen weitere Wasser- stoff-Atome aufnehmen können, bezeichnet man Olefine als „ungesättigt“. Sie reagieren leicht mit anderen Stoffen und sind daher willkommene Rohstoffe für die Petrochemie. Mo- no-Olefine weisen nur eine Doppelbindung auf (Bild 4), während Di-Olefine mehrere Dop- pelbindungen enthalten und ganz besonders reaktionsfähig sind (Bild 5). = = = Mono-Olefin (HEXENCH) Diolefin (HEXADIENCH)6 12 6 14 Bild 4 Bild 5 Olefine und Diolefine kommen in Erdöl praktisch nicht vor; sie sind überwiegend in Crack- produkten enthalten und zeichnen sich durch eine hohe Oktanzahl aus. In Vakuumdestilla- ten ist ihr Anteil nur gering. Ihre Bildung beruht auf örtlichen Überhitzungen in den Destilla- tionsanlagen. In Schmierölen sind Olefine und Diolefine ungeliebte Komponenten. Die Doppelbindungen können insbesondere unter motorischen Bedingungen relativ schnell aufbrechen. Es kommt dann sofort zur Anlagerung von Sauerstoff und dies führt zur Bildung von Alte- rungsprodukten. 2.2.3 Naphtene (Cyclohexane) Naphtene enthalten die Kohlenstoff-Atome in ringförmiger Anordnung und in einfacher Bin- dung (Bild 6). Sie sind ebenfalls „gesättigt“. In ihren Eigenschaften sind sie den Paraffinen sehr ähnlich, verfügen jedoch über ein wesentlich besseres Kälteverhalten, da sie keine Paraffinausscheidungen zeigen und dadurch zum Stocken neigen. Naphtene lassen sich durch Abspalten von Wasserstoff-Atomen, d.h. durch Erzeugen von Doppelbindungen, in ringförmige Olefine verwandeln, die in ihrem chemischen Verhalten den kettenförmig ge- bauten Olefinen ähneln., = = Naphten (CYCLOHEXAN C6H12) Aromat (BENZOL C6H6) Bild 6 Bild 7 2.2.4 Aromaten Bei den Aromaten bilden sechs Kohlenstoff-Atome ebenfalls Ringe, die im Unterschied zu den Naphtenen drei symmetrisch angeordnete Doppelbindungen aufweisen. Die Aromaten enthalten also nicht so viele Wasserstoff-Atome, wie bei einfachen Bindungen möglich wä- re (Bild 7). Diese angenehm riechenden „aromatischen“ Verbindungen unterscheiden sich von den vorher genannten Gruppen in mancher Hinsicht. Die Aromaten sind wegen ihrer hohen Oktanzahl wertvolle Bestandteile des Motorenbenzins. Ihre Bereitschaft, sich mit anderen Stoffen zu verbinden, macht sie ebenso wie die Olefine zu wichtigen Ausgangs- materialien für die Herstellung von Synthese-Produkten. 2.2.5 Acetylene Dies sind Ketten mit einer Dreifachbindung zwischen den Kohlenstoffatomen. Diese Ver- bindungen kommen in Treib- und Schmierstoffen nicht vor. 2.3 Molekülgrössen von Kohlenwasserstoffen Die Molekülgrösse ist insbesondere bestimmend für das Verdampfungsverhalten der Koh- lenwasserstoffe. Allgemein kann man sagen: je kleiner die Moleküle, umso niedriger liegt die Siedetemperatur. Aber auch Molekülstruktur und Molekularmasse beeinflussen deren chemisches und physikalisches Verhalten. Vor allem die folgenden Kenndaten hängen da- von ab: Viskosität und Viskositäts-Temperatur-Verhalten Aggregatszustand, vor allem der Flüssigkeitsbereich (Tabelle 2) Oxidations- und thermische Stabilität =, Anzahl C-Atome Aggregatszustand Produkt C1 bis C4 gasförmig Gase (Methan, Ethan, Propan, Butan) ca. C5 bis C12 sehr dünnflüssig Benzine ca. C10 bis C22 dünnflüssig Heizöl EL / Diesel ca. C20 bis C35 flüssig - dickflüssig Schmieröle über ca. C35 dickflüssig - fest Vakuumrückstand / Bitumen über ca. C100 fest Paraffine Tabelle 2 : Aggregatszustand in Abhängikeit der Anzahl C-Atome Ein Überblick über verschiedene Kenndaten, abhängig von der Molekülgrösse, gibt Tabelle 3. Produkte Molekül- Molekular- Siedebereich Flammpunkt Dichte grösse masse (°C) (°C) (kg/m3) Benzine C5 bis C12 72 - 170 30 - 200 bis -50 715 - 790 Heizöl EL / C10 bis C22 142 - 310 180 - 360 58 - 65 810 - 860 Diesel Schmieröle C20 bis C35 280 - 460 210 - 600 100 - 300 840 - 920 Tabelle 3 : Kenndaten verschiedener Kohlenwasserstoffe (ca.-Werte) 2.4 Einteilung der Kohlenwasserstoffe aufgrund ihrer Molekülstruktur Erdöl ist kein Produkt einheitlicher Zusammensetzung. Es enhält leicht- bis schwerflüchtige Verbindungen, die durch Destillation aufgetrennt werden können. Chemisch gesehen findet man Kombinationen von ketten- und ringförmigen, von gesättigten und ungesättig- ten Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Sie werden dann als paraffinbasisch. naphtenbasisch oder aromatisch bezeichnet, je nachdem welcher Kohlenwasserstofftyp die physikalisch- chemischen Eigenschaften der gesamten Verbindung prägt. Stark vereinfachend gilt der in Tabelle 4 aufgeführte Zusammenhang für die Einordnung eines Mineralöls. Auch die Eigenschaften der Mineralöl-Raffinate hängen sehr stark von der Molekularstruk- tur ab. Sehr typische Beispiele hierfür sind die bereits oben erwähnte oxidative und thermi- sche Stabilität, welche deutlich voneinander zu unterscheiden sind. Während unter oxidati- ver Beständigkeit der Widerstand gegen eine Reaktion mit Sauerstoff verstanden wird, ist die thermische Beständigkeit der Widerstand eines Moleküls gegen eine Zerfall durch Wärmeeinwirkung., Struktur Hauptanteil Merkmale Paraffinbasisch, geradlini- 3mehr als 75% Paraffine Dichte < 900 kg/m ge oder verzweigte Ketten Viskositätsindex 93 - 105 Naphtenbasisch mehr als 70% Naphtene Dichte 900 - 940 kg/m Viskositätsindex 30 -80 Aromatisch mehr als 50% Aromaten Dichte > 940 kg/m / Viskositätsindex 0 -40 Tabelle 4 : Einordnung eines Mineralöls aufgrund der Molekülstruktur Etwas vereinfachend gelten die folgenden Zusammenhänge. Weil Verbindungen mit Dop- pelbindungen stärker zur Reaktion mit Sauerstoff neigen als Moleküle mit Einfachbindun- gen, sind Paraffine und etwas weniger auch Naphtene oxidationsbeständiger als Olefine und Aromaten. Andererseits werden kettenförmige Verbindungen durch Wärmeeinwirkung stärker in Schwingungen versetzt, wobei ein Zerfall des Moleküls erfolgt, wenn ein be- stimmter Grenzwert überschritten wird. Ringförmige Verbindungen dagegen, können mehr Wärmeenergie speichern, ehe es zum Zerfall des Moleküls kommt. Naphtene und Aroma- ten sind daher thermisch beständiger als Paraffine. Tabelle 5 gibt einen summarischen Überblick über die Eigenschaften von konventionellen Mineralöl-Raffinaten als Folge der Molekülstruktur. Eigenschaft Paraffinbasisch Naphtenbasisch Aromatisch Dichte niedrig mittel hoch Viskositäts-Temperatur- gut mittel mässig Verhalten Kälteverhalten mässig sehr gut gut Verdampfungsverhalten gut mittel mässig Flammpunkt hoch mittel niedrig Verkokungsneigung mittel gering hoch Oxidationsstabilität gut mittel mässig Thermische Stabilität mittel gut sehr gut Elastomerverträglichkeit gut gut mässig Toxizität gering mittel mässig Additiv-Löslichkeit mittel gut gut Tabelle 5 : Eigenschaften von konventionellen Mineralöl-Raffinaten als Folge der Molekül-Struktur, 3. Herstellung von Basisflüssigkeiten Ausgangsprodukt für alle Schmierstoffe, unabhängig ob mineralölbasisch oder synthetisch, ist das Rohöl. Bild 8 zeigt ein stark vereinfachtes Schema der unterschiedlichen Herstel- lungsverfahren. Rohöl Atmosphärische Destillation Rohbenzin Rückstand Cracking Vakuumdestillation Vakuumdestillation Ethylen Solventextraktion Rohparaffin Syntheseprozesse Syntheseprozesse Entparaffinierung Katalyt. Hydrocracking Alpha-Olefine Org. Säuren / Alkohole Vakuumdestillation Hydrofinishing Oligomerisation / Veresterung Trimerisation Entparaffinierung Reinigungsprozesse VI ca. 95 Reinigungsprozesse VI ca. 130 VI ca. 150 Mineralöl Hydrocracköl Polyalphaolefin Diester / Polyolester Bild 8: Herstellung von Basisflüssigkeiten (stark vereinfachtes Schema) Das Rohöl wird zuerst in der atmosphärischen Destillation in unterschiedliche Produkte (Bild 9) aufgetrennt und nachher in weiteren Schritten von unerwünschten Begleitstoffen gereinigt. Je nach Verarbeitungsverfahren erhält man unterschiedliche Basisflüssigkeiten: das konventionelle Mineralöl oder das sogenannte Hydrocrack-Mineralöl. Die Qualität die- ser beiden Grundöle ist weitgehend von der Beschaffenheit des Rohöls abhängig, weshalb sie in ihrer Zusammensetzung immer kleine, aber zum Teil gewichtige Unterschiede auf- weisen. 3.1 Mineralöl-Raffinate Die meisten Basisöle die heute hergestellt werden, sind immer noch die sogenannten kon- ventionellen Mineralöl-Raffinate. Die Gewinnung erfolgt durch Vakuumdestillation des Rückstandes aus der atmosphärischen Destillation mit anschliessender Solvent-Extraktion, Entparaffinierung und Hydrofinishing (Bild 3). Im Lauf der Jahre wurde die Verfahrenstech- nologie ständig verbessert. Diese mineralischen Basisöle haben unterschiedliche Viskosi- täten - grob unterschieden in dick, mittelviskos und dünn - einen Viskositätsindex zwischen 90 bis 100, und das Tieftemperaturverhalten ist mässig (Pour Point zwischen -6 bis -15 Grad C)., Gase (Methan, Ethan, Propan, Butan) Leicht- und Schwerbenzin Petrol Kerosen / Flugpetrol / Testbenzin Heizöl extra leicht / Diesel

Rohöl

Heizöl schwer Ausgangsmaterial für Schmierstoffe Bitumen

Bild 9: Atmosphärische Destillation von Rohöl

PROZESS : Vakuum- Solvent- Entparaffinierung Destillation Extraktion Hydrofinishing Dieseltreibstoff Viskosität dick mittel dünn Schweröl

Basisöle

Paraffin Bild 10 : Herstellung von konventionellen Mineralöl-Raffinaten, 3.2 Hydrocracköle Eine zweite Gruppe stellen die Hydrocracköle dar, deren Ausgangsprodukt entweder Roh- paraffin aus der Entparaffinierung der Mineralöl-Raffinate oder Vakuumgasöl ist. Man nennt sie auch HC-Syntheseöle, obwohl der Begriff Synthese streng genommen bei die- sem Herstellungsverfahren fehl am Platze ist. Die Hydrocracköle zeichnen sich gegenüber den Mineralölraffinaten durch einen deutlichen höheren Viskositätsindex (120 bis 150, je nach Herstellungsprozess) und ein verbessertes Kälteverhalten (Pour Point bis -21 Grad C) aus. 3.3 Synthetische Basisflüssigkeiten (Polyalphaolefine, Ester) Synthetische Öle werden auf chemischem Wege durch Verknüpfung spezieller Kohlen- wasserstoffmoleküle im Zug eines mehrstufigen Prozesses hergestellt. Daraus kann ein Produkt beliebiger Molekularstruktur und Kettenlänge mit hervorragenden und immer gleichbleibenden Eigenschaften zusammengesetzt werden. Bei Syntheseölen kommen hauptsächlich Polyalphaolefine (PAO), auch vielfach als synthetische Kohlenwasserstoffe bezeichnet, oder Ester in Frage. 3.3.1 Polyalphaolefine Unter dieser Verbindungsklasse versteht man paraffinähnliche, flüssige Substanzen, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und infolge der Kettenlänge, des Verzwei- gungsgrades und der Position der Verzweigungen eine bestimmte Viskosität, einen hohen Viskositätsindex und einen tiefen Pour Point besitzen. 3.3.2 Ester Ester enthalten im Gegensatz zu den Polyalphaolefinen noch Sauerstoff und werden durch die Reaktion eines Alkohols mit einer organischen Säure gewonnen. Zur Herstellung von Schmierstoffen werden vor allem Carbonsäureester verwendet, die man aufgrund ihrer chemischen Struktur wiederum in Diester oder Polyolester unterscheiden kann. Die Eigen- schaften dieser Ester sind deshalb auch unterschiedlich, aber im allgemeinen verfügen beiden Typen über ein gutes Viskositäts-Temperaturverhalten, einen niedrigen Pour Point und eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit. In der Praxis besitzen synthetische Flüssigkeiten gegenüber den Mineralölen eine Reihe gewichtiger Vorteile (Tabelle 1). Der einzige Nachteil ist lediglich der höhere Preis, welcher durch die aufwendigere Herstellung der synthetischen Basisflüssigkeiten bedingt ist. Diese vier Ausgangsprodukte werden sowohl pur als auch in unterschiedlichen Mischun- gen untereinander als Basisflüssigkeiten zur Herstellung von Schmierstoffen eingesetzt., Eigenschaften Auswirkungen Höhere Filmstärke (hohe Viskosität bei Besserer Verschleissschutz (Lager, Kol- hohen Temperaturen) benringe, Ventiltrieb) Enthält keine instabilen Komponenten Bessere Oxidations- und thermische Stabilität Weniger Viskositätsindex-Verbesserer Verbesserte Scherstabilität nötig Geringe Flüchtigkeit und niedriger Ver- Weniger Ölverbrauch dampfungsverlust Sehr gutes Tieftemperaturverhalten Verbesserter Kaltstart und schnelle Durchölung der Motoren = weniger Ver- schleiss Treibstoffverbrauchssenkung ohne Niedrigviskose Öle (vor allem 0W & 5W) höheren Ölverbrauch führen zu deutlich geringerer Reibung im Motor Höhere thermische Widerstandsfähig- Bessere Motorensauberkeit und verlän- keit, d.h. weniger anfällig für Schmutzab- gerte Ölwechselintervalle lagerungen Tabelle 6: Vorteile synthetischer Basisflüssigkeiten, 4. Kenndaten von Schmierstoffen 4.1 Viskosität Die Viskosität ist die bekannteste Eigenschaft von Schmierölen. Sie ist das Mass für die innere Reibung eines Öles beim Fliessen. Die Viskosität ist eine temperaturabhängige Grösse. Ist die Temperatur niedrig, das Öl also kalt, so ist die innere Reibung gross und die Viskosität hoch. Je wärmer das Öl wird, um so geringer wird die innere Reibung und die Viskosität niedriger. Man unterscheidet zwischen der kinematischen und der dynamischen Viskosität. Die Um- rechnung erfolgt mittels der Dichte des Öles und nach der unten angegebenen Formel. Kinematische Viskosität = Dynamische Viskosität / Dichte Die Dimension (Einheit) für die kinematische Viskosität ist mm2/s, früher cSt (centi Stoke); diejenige für die dynamische Viskosität ist mPa s, früher cP (centi Poise). Die kinematische Viskosität wird in Kapillarviskosimetern gemessen, die dynamische Vis- kosität meistens in Rotationsviskosimetern (speziell für die Tieftemperaturviskosität). 4.1.1 SAE-Viskositätsklassen Die Schmierstoffe für Fahrzeuge (Motoren- und Getriebeöle) werden mit SAE-Klassen (SAE = Society of Automotive Engineers) beschrieben. Hierin sind festgelegt: Temperaturen für die Viskositätsmessungen Viskositätsgrenzwerte Klassenzuordnungen Im heissen Betriebsbereich wird für Motoren- und Getriebeöle die Viskosität einheitlich für alle SAE-Klassen bei 100°C bestimmt. Dies ist bei Motorenölen nicht praxisgerecht genug. Aus diesem Grund wird hier zusätzlich die HTHS (High Temperature High Shear)- Viskosität bei 150°C und einem Geschwindigkeitsgefälle (auch Schergefälle genannt) von 106 s-1 bestimmt. Im kalten Betriebsbereich sind, je nach SAE-Klasse, unterschiedliche Messtemperaturen vorgeschrieben. Öle, für die Viskositätsgrenzwerte im kalten Zustand bestehen, haben zu- sätzlich zum Zahlenwert der jeweiligen SAE-Klasse den Buchstaben „W“. In Tabelle 7 sind die SAE-Viskositätsklassen für Motorenöle und in Tabelle 7 die SAE- Viskositätsklassen für Getriebeöle zusammengestellt. Einbereichs- / Mehrbereichsöl Erfüllt ein Öl nur die Anforderung einer SAE-Klasse, so ist es ein Einbereichsöl (englisch Monograde), z.B. SAE 10W oder SAE 30 bei Motorenölen, ein SAE 80W oder SAE 140 bei Getriebeölen (Bild 11).,

Werden im kalten Zustand die Anforderungen einer W-Klasse und bei 100°C bzw. 150°C

die einer Klasse ohne „W“ erfüllt, so ist es ein Mehrbereichsöl (englisch Multigrade), z.B.

SAE 0W-30 oder SAE 5W-40 bei Motorenölen, SAE 75W-90 oder SAE 80W-140 bei Ge-

triebeölen. SAE Maximale Viskosität in mPa s bei einer Viskosität bei 100°CHochtemperaturviskosität Viskositäts Temperatur von ... °C in mm2/s (150°C) bei hohem Scher- klasse gefälle (106s-1) in mPa s Anlassen / Starten Pumpbarkeit min. max. min. 0W 6200 bei -35 60'000 bei -40 3,8 5W 6600 bei -30 60'000 bei -35 3,8 10W 7000 bei -25 60'000 bei -30 4,1 15W 7000 bei -20 60'000 bei -25 5,6 20W 9500 bei -15 60'000 bei -20 5,6 25W 13000 bei -10 60'000 bei -15 9,3 20 5,6 unter 9,3 2,6 30 9,3 unter 12,5 2,9 40 12,5 unter 16,3 2,9 (0W-40, 5W-40, 10W-40) 40 12,5 unter 16,3 3,7 (15W-40, 20W-40, 25W-40, 40) 50 16,3 unter 21,9 3,7 60 21,9 unter 26,1 3,7 Tabelle 7: SAE-Klassifikation von Motorenölen (Dez.99) SAE Viskositäts-klasse Höchsttemperatur für Viskosität von Kinematische Viskosität 150'000 mPa s (nach ASTM D 2983) bei bei 100°C in mm2/s °C min. max. auch nach 20h Scher- test 70W -55 4,1 - 75W -40 4,1 - 80W -26 7,0 - 85W -12 11,0 - 80 - 7.0 < 11.0 85 - 11.0 < 13.5 90 - 13.5 < 18.5 110 18.5 < 24.0 140 - 24.0 < 32.5 190 32.5 < 41.0 250 - 41.0 - Tabelle 8 : SAE-Klassifikation von Fahrzeug-Getriebeölen (2005), hoch 30'000 SAE 40 "di Viskosität cke (mPa s) SAE 5W-40 s" Einb M eeh rr eb ie cre hic sh ösö ll SAE 5W 3,5 hoch niedrig -30°C Temperatur 150°C Bild 11: Vergleich zwischen Ein- und Mehrbereichsöl

Viskosität Öl A (VI ~ 100)

hoch

Öl B (VI ~ 180)

niedrig hoch

Temperatur

Bild 12 : Viskositäts-Temperatur-Verhalten 4.1.2 Viskositätsklassifikation nach ISO 3448 Mit Ausnahme der in den SAE-Klassen beschriebenen Fahrzeug-Motoren- und Getriebe- ölen werden alle anderen Schmieröle gemäss der ISO-Viskositätsklassifikation eingeteilt. In dieser ISO-VG (International Organisation for Standardization - Viscosity Grade) sind 18 Viskositätsklassen von 2 mm2/s bis 1500 mm2/s genormt. Es ist nur eine sogenannte Mit- telpunktsviskosität bei 40°C vorgeschrieben, die in einer Viskositätsklasse um 10% nach l hs ö ic re nbei" Es ne dü n ", oben und unten abweichen darf. Ein Hydrauliköl der ISO VG 46 muss also zwischen 41,4 mm2/s (untere Limite) und 50,6 mm2/s (obere Limite) liegen. ViskositätsklasseMittelp unkts-Viskosität Grenzen der kinematischen Viskosität ISO bei 40,0°C bei 40,0°C mm2/s (cSt) mm2/s (cSt) min. max. ISO VG 2 2,2 1,98 2,42 ISO VG 3 3,2 2,88 3,52 ISO VG 5 4,6 4,14 5,06 ISO VG 7 6,8 6,12 7,48 ISO VG 10 10 9,00 11,00 ISO VG 15 15 13,5 16,5 ISO VG 22 22 19,8 24,2 ISO VG 32 32 28,8 35,2 ISO VG 46 46 41,4 50,6 ISO VG 68 68 61,2 74,8 ISO VG 100 100 90,0 110 ISO VG 150 150 135 165 ISO VG 220 220 198 242 ISO VG 320 320 288 352 ISO VG 460 460 414 506 ISO VG 680 680 612 748 ISO VG 1000 1000 900 1100 ISO VG 1500 1500 1350 1650 Tabelle 9 : Viskositätsklassifikation nach ISO 3448 4.2 Viskositäts-Temperatur-Verhalten (Viskositätsindex) Die Änderung der Viskosität infolge steigender oder fallender Temperatur kann von Öl zu Öl unterschiedlich sein. Für die Praxis geeignet ist ein Öl, das bei Temperaturschwankun- gen seine Viskosität möglichst wenig ändert (Öl B, Bild 12). Hierdurch wird sowohl ein ein- wandfreier Kaltstart als auch ein ausreichendes Tragevermögen des Schmierfilms bei ho- her Temperatur gewährleistet. Für das Viskositäts-Temperatur-Verhalten gibt es eine di- mensionslose Kennzahl, den Viskositätsindex (VI). Je höher der Viskositätsindex, desto geringer ist der Viskositätsabfall bei Temperaturzunahme. Einbereichsöle haben einen VI um 100, bei Mehrbereichs-Motorenölen kann er bis zu 180 betragen., 4.3 Viskositäts-Druck-Verhalten Die Viskosität eines Öles ändert sich nicht nur mit der Temperatur, sondern auch mit dem auf den Schmierfilm ausgeübten Druck. Diese Eigenschaft ist für tribotechniche Berech- nungen oft sehr wichtig, wenn Öle verschiedener Basisflüssigkeiten zur Verfügung stehen. 4.4 Viskosität und Schergefälle Bei Mehrbereichsölen, die Viskositätsindex-Verbesserer enthalten, ist die Viskosität ausser von der Temperatur und vom Druck auch noch vom Schergefälle abhängig. Schmierfilm- dicke (m) Stehendes Teil Bewegtes Teil (z.B. Zylinderlaufbahn) (z.B. Kolben) Bild 13: Schergefälle im Schmierspalt (vieltausendfach vergrössert Im Schmierspalt wird das Öl je nach Drehzahl und Schmierfilmdicke unterschiedlichen Scherbelastungen ausgesetzt. Stellt man sich den Schmierspalt und damit auch den Schmierfilm vieltausendfach vergrössert vor, so werden die direkt am nicht bewegten Teil (z.B. Lagerschale oder Zylinderlaufbahn) befindlichen Ölteilchen die Geschwindigkeit 0 haben. Dagegen werden die am bewegten Teil anliegenden Ölteilchen die Geschwindigkeit dieses Bauteils (z.B. die Umfangsgeschwindigkeit des Lagerzapfens der Kurbelwelle oder die Kolbengeschwindigkeit) annehmen. Dieser Vorgang soll theoretisch durch das Ge- schwindigkeitsdreieck in Bild 13 dargestellt werden. Das vorhandene Schergefälle errechnet sich dann nach folgender Formel: Geschwindigkeit am bewegten Bauteil (m/s) / Schmierfilmdicke(m) Dies führt dann zu der Einheit von s-1 für das Schergefälle. Es liegt in Verbrennungsmoto- ren im Bereich Hauptlager sowie Kolben und Zylinderlaufbahn bei ca. 105 s-1, bei Leerlauf- drehzahl bis zu ca. 106 s-1 bei maximaler Drehzahl. Ölgeschwindigkeit (m/s), 4.5 Scherstabilität Bei Ölen ohne Viskositätsindex-Verbesserer (Einbereichsöle) hat das Geschwindigkeitsge- fälle keinen Einfluss auf die Viskosität; man bezeichnet sie als newtonsche Flüssigkeit (Bild 14, Öl X). Enthält das Schmieröl VI-Verbesserer (ist bei vielen Mehrbereichsölen der Fall), so nimmt bei gleicher Temperatur, aber grösser werdendem Schergefälle (steigende Dreh- zahl) je nach Typ (Chemie) und Menge des VI-Verbesserers die Viskosität mehr oder we- niger stark ab. Das sind dann nicht newtonsche Flüssigkeiten (Bild 7, Öl Y). Je geringer die Viskositätsabnahme desto besser die Scherstabilität. Motorenöle, die auch unter härtesten Betriebsbedingungen immer in der selben SAE-Klasse bleiben und dadurch sehr schersta- bil sind, nennt man „Stay-in-grade-Öle“. Newtonsches Öl (X) Viskosität Nicht newtonsches Öl (Y) Anstieg Schergefälle Bild 14: Viskositätsverhalten bei Scherung 4.6 Pumpbarkeit bei tiefen Temperaturen (Grenzpumpbarkeit) Hiermit werden die Einsatzgrenzen für das Durchölungsverhalten der Motorenöle nach ei- nem Kaltstart beschrieben. Bis zur Grenzpumpbarkeit fliesst dem Ölsieb bzw. der Ölpumpe genügend Öl zu, unterhalb dieser Grenze ist eine ausreichende Ölversorgung des Schmiersystems nicht mehr gewährleistet, es kommt zum Ansaugen von Luft und damit zu Verschleissschäden. Die Grenzwerte für die Pumpbarkeit bei verschiedenen Temperaturen sind aus Tabelle 7 ersichtlich. Abnahme, 4.7 Pour Point Früher wurde das Kälteverhalten eines Schmieröls durch den Stockpunkt, d.h. die Tempe- ratur bei der Öl erstarrt, beschrieben. Heute wird die sogenannte Fliessgrenze, ausge- drückt durch den Pour Point, angegeben. Für die Bestimmung des Pour Points wird nach wie vor der Stockpunkt ermittelt und dann 3°C hinzugezählt. Bei einem Stockpunkt von - 36°C beträgt der Pour Point demnach -33°C. 4.8 Verdampfungsverlust Der Verdampfungsverlust ist abhängig von der Viskosität und bei den Mineralölen vom Raffinationsgrad. Hydrocracköle zeigen einen geringeren Verdampfungsverlust als konven- tionelle Mineralöle. Hohe Verdampfungsverluste können in der Praxis zu erhöhtem Öl- verbrauch und verstärkter Ölkohleablagerung auf Kolben und Einlassventilen führen. Der Verdampfungsverlust nach Noack wird bei 250°C ermittelt und in Massen-% (% m/m) an- gegeben., 5. Additive Die hohen Anforderungen an Schmierstoffe können nur durch Öle oder Fette mit speziellen Zusätzen (Additiven) erfüllt werden. Additive werden den Schmierstoffen beigegeben, um deren natürliche Eigenschaften zu verändern oder zu verbessern bzw. ihnen Eigenschaften zu verleihen, die sie von Natur aus nicht haben. Art und Menge der jeweiligen Additive müssen auf den jeweiligen Anwendungsfall genau abgestimmt sein. Der Additivanteil kann von weniger als 1% bis zu 30% betragen. Im nachfolgenden sind die wichtigsten Additive kurz beschrieben. Betrachtet man ihre Wir- kungsweise kann man diese Zusätze in drei Gruppen unterteilen. Oberflächenschützende Additive (5.1 - 5.5) Ölverbessernde Additive (5.6 und 5.7) Ölschützende Additive (5.8 und 5.9) 5.1 Detergents Halten heisse Oberflächen weitestgehend frei von Ablagerungen (z.B. an Kolben). Feste Schmutzpartikel werden mikroskopisch kleinst umhüllt, im Öl in Schwebe gehalten und können sich so kaum ablagern. Weiche Ablagerungen werden wieder abgewaschen. Durch ihre Alkalinität können sie auch saure Produkte, die aus der Verbrennung des Treibstoffs entstehen, neutralisieren. 5.2 Dispersants Halten ölunlösliche, flüssige Verunreinigungen, die sich vorwiegend während der Warm- laufphase im Motor bilden, im Öl in Schwebe. Die Additive verhindern das Zusammenbal- len (Agglomerieren) der Schmutzpartikel und damit die Schlammbildung. 5.3 Hochdruck- und Verschleissschutz-Additive Diese Zusätze werden im englischen als Extreme Pressure (EP) - bzw. Anti Wear (AW) - Additive bezeichnet. Sie reduzieren Reibung und Verschleiss und schützen vor metalli- scher Berührung (z.B. Nocken / Nockenwelle, Kolbenringe / Zylinder, Zahnflanken). Durch chemische Reaktion mit bzw. Adhäsion an der Metalloberfläche werden Gleitschichten aufgebaut, die den Metall-Metall-Kontakt verhindern. 5.4 Korrosions- / Rostschutzadditive Schützen blanke Metallteile, die mit Schmierstoffen Kontakt haben, vor Korrosion und Rost. Polare Additive bauen auf den Metalloberflächen pelzartige Schutzfilme auf, zusätz- lich werden korrosiv wirkende Säuren neutralisiert. 5.5 Reibwertveränderer (englisch : Friction Modifier) Diese oberflächenaktiven Zusätze vermindern die Reibung an geschmierten Metalloberflä- chen durch Adsorption., 5.6 Viskositätsindex-Verbesserer Sie verbessern das Viskositäts-Temperatur-Verhalten eines Öles durch Reduktion des Vis- kositätsabfalls bei Temperaturanstieg. Bei tiefen Temperaturen wirken sie kaum, bei hohen Temperaturen ist durch ihre eindickende Wirkung der Viskositätsabfall geringer. Öle, wel- che VI-Verbesserer enthalten, verfügen über einen höheren Viskositätsindex als die einge- setzten Basisflüssigkeiten. 5.7 Pour Point - Verbesserer Sie ermöglichen das Fliessen des Öles auch noch bei tiefen Temperaturen durch Verzöge- rung der Bildung von Paraffinkristallen. Die sich bei der Abkühlung des Öles bildenden kleinen Paraffinkristalle werden durch das Additiv umhüllt und können nicht zusammen- wachsen, wodurch das Öl länger fliessfähig bleibt. 5.8 Alterungsschutzadditive Diese Zusätze werden in der Fachsprache mit Oxidationsinhibitoren bezeichnet. Sie ver- langsamen die Ölalterung, ausgelöst durch Sauerstoffzutritt aus der Luft, hohen Tempera- turen und katalytisch wirkenden Metallen. Sie zersetzen Ölalterungsprodukte (z.B. Schlamm) und beenden schädliche Reaktionen. 5.9 Antischaummittel Diese Zusätze verhindern die Bildung von stabilem Oberflächenschaum im Öl. Sie verän- dern die Oberflächenspannung, hierdurch erfolgt ein schneller Schaumzerfall., 6. Motorenöle für Viertaktmotoren 6.1 Einleitung Die Entwicklungen im Automobilbau und in der Motorentechnik sind mit dem Leistungs- vermögen der Motorenöle untrennbar verbunden. Je komplizierter die Motoren gebaut wer- den, je höher die Leistung und die Verbrauchsoptimierung sind, desto mehr wird das Moto- renöl gefordert und muss bis an die Grenze seiner Leistungsfähigkeit gehen. Höhere Ver- dichtung im Motor, höhere Kolbentemperaturen (vor allem im Bereich des obersten Kol- benrings) moderne wartungsfreie Ventiltriebe mit hydraulischen Stösseln und höhere Tem- peraturen im Motorenraum belasten die Schmierstoffe für moderne Motoren weit mehr als noch vor 10 Jahren. Benzin- und Dieselmotoren sind in Kraftfahrzeugen eingebaut. Sie können als Saug- oder Turboladermotoren arbeiten. Ihre Betriebsbedingungen beinhalten sowohl extremen Kurz- streckenbetrieb (80% aller Personenwagen in Westeuropa fahren weniger als 12 km) als auch Langstreckenbetrieb mit jährlichen Fahrleistungen bis zu 300’000 km. Hinzu kommen Ölwechselintervalle zwischen 5000 km in einigen kleinen Dieselmotoren und bis zu 100’000 km in modernen Nutzfahrzeug-Dieselmotoren. Dies stellt zum Teil kontroverse Anforderungen an das Motorenöl. Daher können nicht alle Anwendungsfälle mit einem Schmierstoff abgedeckt werden. Die Motorenhersteller legen die einzusetzende Ölqualität und den zulässigen Ölwechselintervall fest. Die Mineralölindustrie bietet ein umfassendes Sortenprogramm an, welche alle Anwendungsfälle abdeckt. 6.2 Aufgaben Die Leistungen eines Motorenöls sind für das menschliche Auge nicht sichtbar, denn alle Funktionsabläufe spielen sich in geschlossenen Motorensystemen ab. Die Aufgaben von Motorenölen sind vielfältig und deren Leistung bemerkenswert. Die fünf Hauptaufgaben sind nachstehend zusammengefasst : Schmierung Das Schmieren von aufeinander gleitenden Teilen ist von entscheidender Bedeutung. Da- durch wird Reibung und Verschleiss vermindert. Je besser dies gelingt, desto leichter läuft der Motor, und es kann Treibstoff eingespart werden. Kühlung Kühlen des Motors von innen durch Wärmeabführung aus Kolben, Zylindern, Kurbelwellen- lagern, Nockenwelle etc. zum Kurbelgehäuse oder durch Einbau eines separaten Ölküh- lers. Abdichtung Abdichten des Ringspalts zwischen Kolben und Zylinder und bei Ventilführungen. Korrosionsschutz Die Bildung von Rost verhindern durch Neutralisation saurer Verbrennungsprodukte, wel- che die Metallteile angreifen können. Druckübertragung Übertragen des Verbrennungsdruckes vom Kolben über den Pleuel auf die Kurbelwelle., 6.3 Anforderungen Sowohl von der Automobilindustrie als auch von der Verbraucher- und Gesetzgeberseite sind Ziele gesetzt worden, welche die Anforderungen an die Motorenschmierstoffe ent- scheidend beeinflussen, wie dies nachstehend gezeigt wird. Reduzierung von Verschleiss Motorenöle müssen dazu beitragen, den Verschleiss an allen Motorenteilen (Kolben, Zylin- der, Ventiltrieb, Lager etc.) bei allen Einsatzbedingungen, insbesondere aber beim Kaltstart (optimales Kältefliessverhalten) und bei hohen Temperaturen (Schmiersicherheit) so weit als möglich zu reduzieren. Motorensauberkeit Von den Motorenölen wird eine hohe thermische Stabilität gefordert, damit auf den Moto- renteilen keine Ablagerungen entstehen können. Heutige Anforderungen gehen so weit, dass die Motoren auch nach 100’000 km Fahrstrecke „wie neu“ (englisch : blue print condi- tion) aussehen. Nur mit solchen Ölen können auch verlängerte Ölwechselfristen angestrebt werden. Stabile Viskositätslage Optimales Viskositäts-Temperaturverhalten für einwandfreie Funktion im kalten und heissen Zustand. Dies beinhaltet auch eine gute Scherstabilität des Öles. Russdispergiervermögen Bei Nutzfahrzeug-Dieselmotoren ab Euro II - Norm ist ein extrem gutes Dispergiervermö- gen des gebildeten Russes von enormer Wichtigkeit, um eine Eindickung des Motorenöls zu verhindern. Dichtungsverträglichkeit Um ein einwandfreies Funktionieren des Motors zu gewährleisten, müssen die Motorenöle mit den verwendeten Elastomeren verträglich sein, damit diese weder zu stark quellen, schrumpfen oder verspröden. Berücksichtigung von Umweltaspekten Motorenöle können dazu beitragen, die Umwelt weniger zu belasten. Dazu gehören die Reduzierung des Treibstoff- und Ölverbrauchs, wodurch auch die CO2- Emissionen (Treibhauseffekt) gemindert werden die Verminderung der Abgasemissionen, indem die Öle so formuliert werden, dass der Katalysator über seine gesamte Lebensdauer voll funktionsfähig bleibt die Vermeidung der Verwendung toxischer Additive, wodurch die Entsorgung, sei es durch Wiederaufbereitung oder Verbrennung, problemloser wird Mercedes Benz schreibt in seinen Betriebsvorschriften 56 einzelne Anforderungen an Mo- torenöle vor, die in der obigen Zusammenfassung zum grossen Teil miteinbezogen sind., 6.4 Aufbau von Motorenölen Motorenöle bestehen aus Basisflüssigkeiten und Additiven. Einzelheiten zu diesen Produk- ten sind in den Kapiteln 3 und 5 nachzulesen. Die Formulierung richtet sich nach den An- forderungen, die an das Motorenöl gestellt werden. Hochwertige Produkte enthalten höhe- re Anteile an Hydrocrackölen, synthetischen Basisflüssigkeiten und Additiven als qualitativ durchschnittliche Öle, welche nach wie vor hohe Mengen an konventionellen Mineralölen und geringere Additivanteile enthalten. Die Viskosität bzw. die SAE-Klassifikation des Motorenöls ergibt sich in erster Linie durch die Wahl und Kombination der Basisflüssigkeiten sowie der Menge und des Typs des Vis- kositätsverbesserers.

Qualität Viskosität

Basisflüssigkeiten Additive Syntheseflüssigkeiten Polymere (Polyalphaolefine, Ester) (Viskositätsindex-Verbesserer) Nicht konventionelle Mineralöle Detergents / Dispersants (Hydrocrackate) Herkömmliche Mineralöle Inhibitoren gegen Verschleiss, Oxidation, Korrosion, Schaum Bild 15 : Schematischer Aufbau von Motorenölen Schmierung von 4-Takt Motorrädern Um eine optimale Schmierung dieser Aggregate zu ermöglichen, sollten für 4-Takt Motor- räder speziell entwickelte Motorenöle eingesetzt werden, denn die Anforderungen sind un- terschiedlich von denen eines Automobil-Schmierstoffs. Motorradmotoren erreichen meist extrem hohe Literleistungen und benötigen dafür weitaus höhere Drehzahlen als PKW- Triebwerke. Besonders die luftgekühlten Motoren belasten das Öl thermisch weitaus stär- ker als die fast ausschliesslich wassergekühlten Automotoren. Ausserdem muss das Öl bei fast allen Motorrädern Getriebe und Kupplung mitversorgen. Die Marken- Schmierstoffhersteller gehen deshalb bei der Auswahl der Additive auf diese Unterschiede ein, so dass die Zusammensetzung der Motorradöle in einigen Punkten von den PKW- Motorenölen abweicht. Die Unterschiede können wie folgt zusammengefasst werden :, Keine Reibwert-Veränderer, um Kupplungsrutschen zu verhindern Geringe Flüchtigkeit, um die Verdampfung des Öls in die Verbrennungskammer zu reduzieren Niedriger Aschegehalt (< 1%), damit keine Frühzündung eintritt Hohe Scherstabilität, um eine zu starke Viskositätsabnahme zu vermeiden 6.5 Klassifikation nach Leistungsvermögen (Performance) Motorenöle werden nicht nach ihrer chemischen Zusammensetzung unterschieden, son- dern danach, wie sie sich in Motorentests verhalten, d.h. man beurteilt die Performance in Praxisversuchen und nicht nur im Laboratorium. Zur Prüfung werden Fahrzeugmotoren und Einzylinder-Prüfmotoren herangezogen. Sie werden auf Prüfständen nach genau fest- gelegten Bedingungen gefahren. Nach den Prüfläufen werden die Motoren zerlegt und alle wichtigen Bauteile (z.B. Kolben, Zylinderlaufbahn, Lager, Ventiltrieb / Ventildeck, Ölwanne) werden auf verschiedene Kriterien wie Sauberkeit, Schlammbildung, Verschleiss und Spiegelflächenbildung beurteilt. Im Laboratorium werden die Gebrauchtöle auf Viskositäts- anstieg und Oxidationsverhalten untersucht. Diese motorischen Prüfungen werden im Coordinating European Council (CEC) in Zusammenarbeit zwischen den Automobilherstel- lern und den Öl- und Additivlieferanten entwickelt. Jahrzehntelang waren die weltweit verbreiteten API - (American Petroleum Institute) Spezi- fikationen das Mass aller Dinge. Es wurden dadurch die wesentlichsten motorischen An- forderungen abgedeckt und die Motorenöle in ein grobes Raster unterteilt, welches dem Verbraucher gewisse Rückschlüsse für einen Einsatz in Benzin- oder Dieselmotoren er- laubt. Die Tabellen 10a und b geben eine Darstellung der derzeit gültigen API- Spezifikationen (Ausgabe Juli 2001). Da die API-Spezifikationen aber im wesentlichen auf den amerikanischen Markt ausgerich- tet sind und sich somit nicht vollständig auf die europäischen Verhältnisse übertragen las- sen, haben sich die europäischen Motorenbauer in der ACEA (Association des Construc- teurs Européens d'Automobiles) zusammengeschlossen. In dieser ACEA gibt es ein Gre- mium (Fuels & Lubricants Committee) welches in regelmässigen Abständen die Anforde- rungen der europäischen Motorenhersteller an die Motorenbetriebsstoffe überprüft und für die Motorenöle in den ACEA-Testsequenzen festlegt. Die Tabellen 11a/b/c und 12 geben eine Darstellung der derzeit gültigen ACEA-Testsequenzen (Ausgabe Februar 2007). Eine detaillierte Übersicht der Qualitäts-Unterschiede bei den verschiede- nen ACEA-Testsequenzen in Labor- und Motorentesten. kann bei der Abteilung Technik der Castrol (Switzerland) AG angefordert werden.,

API-Spezifikationen für Motorenöle (USA) Benzinmotoren Dieselmotoren

Kategorie Status Beschreibung Eingeführt Oktober 2006 Für hochdre- Kategorie Status Beschreibung hende 4-Takt-Motoren mit den ab 2007 geltenden Emissionsgrenzwerten. CJ-4 Für Motoren ab 2005. Öle sind geeignet für Motoren mit Parti- API SM Öle zeichnen CJ-4 kelfiltern und modernen Abgasnachbe-Aktuell handlungssystemen. Für die Verwen- sich aus durch verbes- dung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt bis serte Oxidationsstabilität, 0.05% m/m. Kann anstelle von CI-4, CH- SM Aktuell geringere Ablagerungs- 4, CG-4 und CF4- Ölen eingesetzt neigung, besseren werden. Verschleisschutz und Eingeführt September 2002. Für hoch- drehende 4-Takt-Motoren mit den 2002 höhere treibstoffsparende eingeführten Emissionsgrenzwerten Eigenschaften. welche ab 2004 gültig sind. CI-4 Öle sind Für Motoren mit Jahr- CI-4 für Motoren mit Abgasrückführung und SL Aktuell Aktuell langer Lebensdauer konzipiert. Für die gang ab 2001. Verwendung von Dieseltreibstoff mit S- Für Motoren mit Jahr- Gehalt bis 0.5% m/m. Kann anstelle von SJ Aktuell gang ab 1997. CD-, CE-, CF-4, CG-4 und CH-4 Ölen eingesetzt werden. 1994. Nur Änderungen SH Veraltet Eingeführt Dezember 1998. Für hoch- bei Motorentests. drehende 4-Takt-Motoren mit ’98-er Für Motoren mit Jahr- CH-4 Emissionsgrenzwerten. Für die Verwen-SG Veraltet Aktuell dung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt bis gang ab 1989. 0.5% m/m. Kann anstelle von CD-, CE-, Für Motoren mit Jahr- CF-4 und CG-4 Ölen eingesetzt werden. SF Veraltet gang ab 1980. Eingeführt 1995. Für hochbelastete, hochdrehende 4-Takt-Motoren mit ’94-er Für Motoren mit Jahr- SE Veraltet CG-4 Emissionsgrenzwerten. Für die Verwen-gang ab 1972. Aktuell dung von Dieseltreibstoff mit S-Gehalt Für Motoren mit Jahr- unter 0.5% m/m. Kann anstelle von CD-, SD Veraltet CE- und CF-4 Ölen eingesetzt werden. gang ab 1968 Eingeführt 1990. Für hochdrehende 4- Für Motoren mit Jahr- SC Veraltet CF-4 Takt- Saug- und Turbomotoren. Kann Veraltet gang ab 1964. anstelle von CD- und CE-Ölen eingesetzt werden. Minimale Verschleiss— SB Veraltet Eingeführt 1994. Für hochbelastete 2- schutzanforderungen CF-2 Aktuell Takt-Motoren. Kann anstelle von CDII- Keine Performance An- Ölen eingesetzt werden. SA Veraltet forderungen. Nicht addi- Eingeführt 1994. Für off-road, indirekt vierte Mineralöle. eingespritzte und andere Dieselmotoren, CF inklusive solcher, welche Treibstoff mit Aktuell einem Schwefelgehalt über 0.5 % m/m Tabelle 10a : benutzen. Kann anstelle von CD-Ölen API-Klassifikation von Benzinmotorenölen eingesetzt werden. CE Veraltet Eingeführt 1987. CD-II Veraltet Eingeführt 1987. Für 2-Takt-Motoren. CD Eingeführt 1955. Für Saug- und Turbo-Veraltet motoren. CC Veraltet Für Motoren ab 1961. CB Für mittelbelastete Motoren gebaut Veraltet zwischen 1949 bis 1960. CA Für leichtbelastete Motoren der ’40-er Veraltet und ‘ 50-er Jahre. Tabelle 10b: API-Klassifikation von Dieselmotorenölen,

ACEA Motorenölstandards (Europa) – Stand Dezember 2008

Übersicht Einsatz Anwendung ACEA-Kategorie Wartungsöle für Benzin- und Die- A1/B1, A3/B3, selmotoren A3/B4, A5/B5 Personenwagen und leichte Nutzfahrzeuge Wartungsöle (low SAPS) für Benzin- und Dieselmotoren mit C1, C2, C3, C4 Abgasnachbehandlungssystemen Wartungsöle für Heavy Duty Schwere Nutzfahrzeuge E4, E6, E7, E9 Dieselmotoren Detailbeschreibung A1/B1 Mehrbereichs-Motorenöle XW-20, XW-30, XW-40 für Benzin- und Dieselmotoren in Personen- wagen und leichten Nutzfahrzeugen. Geeignet für die Verwendung reibungsarmer, niedrigvis- koser Öle mit einer HTHS-Viskosität von 2.6 bis 3.5 mPa s bei 150°C. Diese Öle können für einige Motoren ungeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe. A3/B3 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für Benzin- und Dieselmotoren mit hoher Leistung in Personenwagen und leichten Nutzfahrzeugen. Geeignet für verlängerte Ölwechselintervalle wenn vom Hersteller vorgeschrieben. HTHS-Viskosität min. 3.5 mPa s bei 150°C. Niedrigvisko- se Ganzjahresöle für erschwerte Einsatzbedingungen gemäss Herstellervorschrift. A3/B4 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für Benzin- und direkteingespritzte Dieselmotoren mit hoher Leistung. Auch geeignet für Einsätze wie unter A3/B3 beschrieben. A5/B5 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für verlängerte Ölwechselintervalle in Benzin- und Die- selmotoren mit hoher Leistung in Personenwagen und leichten Nutzfahrzeugen. Die Motoren sind geeignet für die Verwendung reibungsarmer und niedrigviskoser Öle mit einer HTHS- Viskosität von 2.9 bis 3.5 mPa s bei 150°C. Diese Öle können für einige Motoren ungeeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe. Tabelle 11a : ACEA-Spezifikationen für Benzin- und Dieselmotorenöle in Personenwagen und leichten Nutzfahrzeugen,

C1 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für Benzin- und Dieselmotoren mit hoher Leistung in Perso-

nenwagen und leichten Nutzfahrzeugen welche mit DPF und KAT ausgerüstet sind. Die Motoren sind ausgelegt für die Verwendung reibungsarmer, niedrigviskoser, low SAPS Öle mit einer HTHS- Viskosität von min. 2.9 mPa s bei 150°C. Solche Öle erhöhen die Lebensdauer von DPF und KAT und halten die Treibstoffeinsparung des Fahrzeugs bei. Warnung: Solche Öle weisen die niedrigsten SAPS-Limiten (Low SAPS) auf und können ohne ent- sprechende Herstellervorschrift nicht eingesetzt werden.

C2 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für Benzin- und Dieselmotoren mit hoher Leistung in Perso-

nenwagen und leichten Nutzfahrzeugen welche mit DPF und KAT ausgerüstet sind. Die Motoren sind geeignet für die Verwendung reibungsarmer und niedrigviskoser Öle mit einer HTHS-Viskosität von min. 2.9 mPa s bei 150°C. Solche Öle erhöhen die Lebensdauer von DPF und KAT und halten die Treibstoffeinsparung des Fahrzeugs bei. Warnung: Diese Öle können für einige Motoren ungeeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe.

C3 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für Benzin- und Dieselmotoren mit hoher Leistung in Perso-

nenwagen und leichten Nutzfahrzeugen welche mit DPF und KAT ausgerüstet sind. Solche Öle er- höhen die Lebensdauer von DPF und KAT. Warnung: Diese Öle können für einige Motoren ungeeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe.

C4 Scherstabile, stay-in-grade Motorenöle für Benzin- und Dieselmotoren mit hoher Leistung in Perso-

nenwagen und leichten Nutzfahrzeugen welche mit DPF und KAT ausgerüstet sind und ein Low SAPS mit einer HTHS-Viskosität über 3.5 mPa s bei 150°C verlangen. Solche Öle erhöhen die Le- bensdauer von DPF und KAT. Warnung: Diese Öle können für einige Motoren ungeeignet sein. Einsatz nur bei entsprechender Herstellerfreigabe. Tabelle 11b : ACEA-Spezifikationen für Benzin- und Dieselmotorenöle in Personenwagen und leichten Nutzfahrzeugen ausgerüstet mit Abgasnachbehandlungssystemen ACEA Verdampfungs- Total Base Sulfatasche Phosphor Schwefel Min. HTHS (% m/m) (% m/m) (% m/m) (mPa s) verlust Number Fuel Economy Spezifikation (% v/s 15W-40) (% m/m) (mg KOH/g) A1/B1-04 ≤ 1.3 Angeben Angeben (1) ≤ 15 - ≥ 2.5 A3/B3-04 ≤ 1.5 Angeben Angeben ≥ 3.5 ≤ 13 - - A3/B4-04 ≤ 1.6 Angeben Angeben ≥ 3.5 ≤ 13 - - A5/B5-04 ≤ 1.6 Angeben Angeben 2.9 - 3.5 ≤ 13 - ≥ 2.5 C1-04 ≤ 0.5 ≤ 0.05 ≤ 0.2 ≥ 2.9 ≤ 13 - ≥ 2.5 C2-04 ≤ 0.8 0.07-0.09 ≤ 0.3 ≥ 2.9 ≤ 13 - ≥ 2.5 C3-04 ≤ 0.8 0.07-0.09 ≤ 0.3 ≥ 3.5 ≤ 13 ≥ 6.0 ≥ 1.0 (XW-30) C4-07 ≤ 0.5 ≤ 0.09 ≤ 0.2 ≥ 3.5 ≤ 11 ≥ 6.0 ≥ 1.0 (XW-30) Tabelle 11c : Darstellung der unterschiedliche Anforderungen zwischen den ACEA-Spezifikationen für Ben- zin- und Dieselmotorenöle in Personenwagen und leichten Nutzfahrzeugen (1) 2.6 – 3.5 mPa s für SAE XW-20 2.9 – 3.5 mPa s für alle anderen SAE-Klassen,

Verwendete Abkürzungen Low/Mid SAPS Niedriger Gehalt an SulfatAsche, Phosphor, Schwefel DPF Dieselpartikelfilter KAT Dreiwegkatalysator HTHS Viskosität bei hoher Temperatur (150°C) und hohem Schergefälle E4 Scherstabile Motorenöle mit exzellenter Leistung bezüglich Kolbensauberkeit, Verschleissschutz,

Russ-Dispergiervermögen und Hochtemperaturstabilität. Empfohlen für hochbeansprichte Dieselmo- toren mit Euro 1-, Euro 2, Euro 3- und Euro 4-Emissionsanforderungen und betrieben bei sehr schwierigen Einsatzbedingungen, z.B. mit signifikant verlängerten Ölwechselintervallen gemäss Her- steller-Empfehlung. Geeignet für Motoren ohne Partikelfilter, für Motoren mit Abgasrückführung und solche welche mit SCR/NOx-Reduktionssystem ausgerüstet sind. Die Empfehlungen schwanken zwischen den einzelnen Motorenherstellern; deshalb ist im Zweifelsfall die Bedienungsanleitung zu beachten.

E6 Scherstabile Motorenöle mit exzellenter Leistung bezüglich Kolbensauberkeit, Verschleissschutz,

Russ-Dispergiervermögen und Hochtemperaturstabilität. Empfohlen für hochbeansprichte Dieselmo- toren mit Euro 1-, Euro 2, Euro 3- und Euro 4-Emissionsanforderungen und betrieben bei sehr schwierigen Einsatzbedingungen, z.B. mit signifikant verlängerten Ölwechselintervallen gemäss Her- steller-Empfehlung. Geeignet für Motoren mit Abgasrückführung, mit und ohne Partikelfilter, und für solche welche mit SCR/NOx-Reduktionssystem ausgerüstet sind. E6-Öle werden sehr empfohlen für Motoren welche mit Partikelfiltern ausgerüstet sind, auch in Kombination mit Dieseltreibstoff mit nied- rigem Schwefelgehalt (max. 50 mg/kg).Die Empfehlungen schwanken zwischen den einzelnen Moto- renherstellern; deshalb ist im Zweifelsfall das die Bedienungsanleitung zu beachten.

E7 Scherstabile Motorenöle mit exzellenter Leistung bezüglich Kolbensauberkeit, Bore Polishing, Ver-

schleissschutz, Russ-Dispergiervermögen, Turboladerablagerungs-Kontrolle und Hochtemperatur- stabilität. Empfohlen für hochbeansprichte Dieselmotoren mit Euro 1-, Euro 2, Euro 3- und Euro 4- Emissionsanforderungen und betrieben bei schwierigen Einsatzbedingungen, z.B. mit verlängerten Ölwechselintervallen gemäss Hersteller-Empfehlung. Geeignet für Motoren ohne Partikelfilter, für Motoren mit Abgasrückführung und solche welche mit SCR/NOx-Reduktionssystem ausgerüstet sind. Die Empfehlungen schwanken zwischen den einzelnen Motorenherstellern; deshalb ist im Zweifels- fall die Bedienungsanleitung zu beachten. Tabelle 12 : ACEA-Spezifikationen für Dieselmotorenölen in schweren Nutzfahrzeugen, Darüber hinaus enthalten die "Haus-Spezifikationen" einiger Automobilfirmen wie Volkswa- gen, MAN und DaimlerChrysler noch sogenannte "in house-Tests", die Problembereiche ansprechen, die den jeweiligen Automobilherstellern besonders wichtig erscheinen. Diese sind z.T. noch anspruchsvoller als die offiziellen API- oder ACEA-Spezifikationen. Volkswagen-Normen VW 502 00 Motorenöl ür Benzinmotoren. Anforderungen bezüglich Sulfatasche- und Phosphorgehalt, HTHS-Viskosität, Scherstabilität, Verdampfungsverlust, Oxidationsstabilität, Schlammbildung, Nocken- und Stösselverschleiss so- wie Fluorelastomer-Verträglichkeit. Ölwechselintervall 15'000 km. VW 503 00 Motorenöl SAE 0W-30 für Benzinmotoren mit hohen treibstoffsparenden Eigenschaften (Viskosität bei 150°C: 3.0 mPa s / 106 s-1) für verlängerte Ölwechselintervalle bis 30'000 km. (ersetzt durch VW 504 00) VW 503 01 Motorenöl für Benzinmotoren mit treibstoffsparenden Eigenschaften (Vis- kosität bei 150°C: min. 3.5 mPa s / 106 s-1) für verlängerte Ölwechselinter- valle bis 30'000 km. (ersetzt) VW 504 00 Mid SAPS Motorenöl SAE 5W-30 mit geringem Schwefel- , Phosphor- und Sulfatascheanteil für Benzinmotoren mit hohen treibstoffsparenden Eigen- schaften. Speziell für die Modelle mit WIV für verlängerte Ölwechselinter- valle bis 30'000 km. VW 505 00 Für Saugdieselmotoren und Dieselmotoren mit Abgasturbolader. Anforde- rungen bezüglich Phosphorgehalt, HTHS-Viskosität, Scherstabilität, Ver- dampfungsverlust, Kolbensauberkeit, Nocken- und Stösselverschleiss so- wie Fluorelastomer-Verträglichkeit. Ölwechselintervall 15'000 km. VW 505 01 Motorenöl für Pumpe-Düse-Dieselmotoren mit hohem Verschleissschutz. Ölwechselintervall 15'000 km. VW 506 00 Motorenöl SAE 0W-30 für Dieselmotoren mit hohen treibstoffsparenden Eigenschaften (Viskosität bei 150°C: 3.0 mPa s / 106 s-1) für verlängerte Ölwechselintervalle bis 50'000 km. (ersetzt durch VW 507 00) VW 506 01 Motorenöl SAE 0W-30für Pumpe-Düse-Dieselmotoren mit hohen treib- stoffsparenden Eigenschaften (Viskosität bei 150°C: 3.0 mPa s / 106 s-1) für verlängerte Ölwechselintervalle bis 50'000 km. (ersetzt durch VW 507 00) VW 507 00 Mid SAPS Motorenöl SAE 5W-30 mit geringem Schwefel- , Phosphor- und Sulfatascheanteil für Dieselmotoren mit Partikelfilter und hohen treibstoff- sparenden Eigenschaften. Speziell für die Modelle mit WIV für verlängerte Ölwechselintervalle bis 50'000 km., MAN-Werknorm und Richtlinie 270 / 271 Ein- und Mehrbereichsöle für Nutzfahrzeuge normaler Leistung. Basis ACEA E2. M 3275 Hochleistungsdieselmotorenöle für Motoren mit verlängerten Ölwechselin- tervallen. Basis ACEA E3. M 3277 Hochleistungsdieselmotorenöle für Motoren mit längsten Ölwechselinter- vallen. Basis ACEA E4. M 3477 Hochleistungs-Dieselmotorenöle für Motoren mit Abgasnachbehandlung bis Euro IV. Basis ACEA E6. Mercedes-Benz Betriebsstoff-Vorschriften Blatt 228.0 /1 Ein- und Mehrbereichsöle für bestimmte Dieselmotoren gemäss Blatt 223.2. Basisanforderungen gemäss ACEA E2. Blatt 228.2/3 Ein- und Mehrbereichsöle für bestimmte Dieselmotoren gemäss Blatt 223.2. Für Basisanforderungen gemäss ACEA E7. Blatt 228.5 Mehrbereichsöle für bestimmte Dieselmotoren gemäss Blatt 223.2. Diese Öle werden von DC besonders empfohlen. Mit diesen Leichtlauf- Motorenölen sind bei NFZ-Dieselmotoren die längsten Ölwechselintervalle möglich. Basisanforderungen gemäss ACEA E4. Blatt 228.51 "Low SPAsh"-Mehrbereichsöle für bestimmte Dieselmotoren gemäss Blatt 223.2. Diese "Low SPAsh"-Motorenöle stellen die zur Zeit höchste Öl-Qualitätsstufe mit niedrigem Schwefelgehalt, niedrigem Phosphorge- halt und niedrigem Gehalt an aschebildenden Bestandteilen (low ash) für Dieselmotoren dar, mit den entsprechend weitestgehenden Anforderun- gen. Basisanforderungen gemäss ACEA E6. Blatt 229.1 Mehrbereichsöle für bestimmte PKW-Motoren, Nfz-Motoren aus dem PKW-Bereich und Industriemotoren aus dem PKW-Bereich gemäss Blatt 223.2. Basisanforderungen gemäss ACEA A3/B3. Blatt 229.3 Leichtlauf-Mehrbereichsöle für bestimmte PKW-Motoren, NFZ-Motoren aus dem PKW-Bereich und Industriemotoren aus dem PKW-Bereich ge- mäss Blatt 223.2. Freigaben sind für die SAE-Klassen 0W-X, 5W-X.und 10W-X möglich. Basisanforderungen gemäss ACEA A3/B4., Blatt 229.31 Diese "Low SPAsh"-Leichtlauf-Motorenöle sind für bestimmte PKW- Motoren, NFZ-Motoren aus dem PKW-Bereich und Industriemotoren aus dem PKW-Bereich freigegeben. Für PKW-Dieselmotoren, bzw. PKW- Dieselfahrzeuge, die mit Dieselpartikelfilter ausgerüstet sind, sind diese Low SPAsh-Motorenöle zwingend vorgeschrieben! Verwendung siehe Blatt 223.2. Basisanforderungen gemäss ACEA A3/B4 und C3. Blatt 229.5 Leichtlauf-Mehrbereichsöle für bestimmte PKW-Motoren, NFZ-Motoren aus dem PKW-Bereich und Industriemotoren aus dem PKW-Bereich ge- mäss Blatt 223.2. Basisanforderungen gemäss ACEA A3/B4. Höchste Qualität bezüglich Verschleiss und Sauberkeit, Treibstoffeinsparung und Potenzial für verlängerte Ölwechselintervalle (in Verbindung mit neuen Öl- filtereinsätzen). Blatt 229.51 PKW-Motorenölspezifikation für „Low SPAsh"-Leichtlauf-Motorenöle mit einem Leistungsvermögen wie für Blatt 229.5, d.h.mit den schärfsten Grenzwerten hinsichtlich Verschleiss, Schwarzschlammbildung, Sauberkeit und Ablagerungsbildung. Erhöhtes Treibstoffeinsparungspotenzial sowie weiter verbesserte Umweltverträglichkeit. Basisanforderungen gemäss ACEA A3/B4 und C3., 6.6 Praxishinweise Leichtlauföle Für Öle, welche die Reibung in Motoren und Maschinen niedrig halten und dadurch Ener- gie- bzw. Treibstoff-Einsparung ermöglichen, hat sich die Bezeichnung „Leichtlauföle“ ein- gebürgert. Optimale Wirksamkeit erreichen die Leichtlauföle durch Reibungsminderung sowohl im Flüssigkeits- als auch im Mischreibungsgebiet. Die Herabsetzung der Reibung kann wie folgt erreicht werden: Durch niedrige Viskosität bis ca. 80°C und gleichzeitig geringe Verdampfungs- neigung durch Verwendung von Synthese- oder Hydrocrackölen, oder Senkung der Mischreibung durch Verwendung von Reibwertveränderern. Leicht- lauföle unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung erheblich von ihren konven- tionellen Konkurrenten, z.B. einem Öl der SAE-Klasse 15W-40 oder 20W-50, und sind dadurch teurer. Eingehende praktische Versuche haben aber gezeigt, dass mit Leichtlaufölen eine Senkung des Treibstoffverbrauchs möglich ist, wodurch wiederum ein Beitrag an die Energieeinsparung und zur Reduktion des Treibhaus- effektes infolge geringerem CO2-Ausstoss geleistet wird. Motorenöl-Wechselintervalle Der Ölwechselintervall wird von den Motorenherstellern festgelegt. Waren früher noch In- tervalle von 5’000 km vorgeschrieben, wurden diese, dank der verbesserten Motorentech- nik und Ölqualitäten, von den Motorenbauern verlängert. Ölwechselintervalle von 15’000 km werden heute von vielen Konstrukteuren vorgeschrieben, mit dem Vorbehalt allerdings, das Öl mindestens1xjährlich zu wechseln, wenn die vorgegebene Kilometerleistung un- terschritten wird. Bei ungünstigen Bedingungen, z.B. bei häufigen Kurzstreckenfahrten o- der Dauerbetrieb im Gebirge wird ein zweimaliger jährlicher Wechsel empfohlen. Bei Kurz- streckenbetrieb wird das Motorenöl durch Treibstoffkondensat, Feuchtigkeit und Schlamm- bildung weit stärker belastet als bei idealen Betriebsbedingungen. Zusammengefasst gilt folgendes: Das Motorenöl muss so oft gewechselt werden, dass alle dem Verschleiss unter- worfenen Motorenteile, sofern sie mit dem Motorenöl in Berührung kommen, we- nigstens 200’000 km ohne Funktionsstörungen ihren Dienst tun. Das Motorenöl muss so oft gewechselt werden, dass die Gesamtverschmutzung im Motor, im Filter und im Öl in zufriedenstellenden Grenzen bleibt. Ein Motorenöl, das nie gewechselt wird, kann die von ihm verlangten Aufgaben nicht unbe- schränkt erfüllen, da die im Öl enthaltenen Additive abgebaut werden und dadurch ihre Leistung verlieren. Folgen sind erhöhter Verschleiss und starke Verschlammung, was zu einer verminderten Leistung des Motors in seinem weiteren Leben führen wird. Ölverbrauch Jeder Motor verbraucht Öl - auch moderne schadstoffarme und treibstoffsparende Trieb- werke - eine Tatsache, die unvermeidbar ist und sowohl in der Konstruktion der Motoren als auch in der Schmierstofftechnik begründet liegt. Ein geringer Ölverbrauch ist immer, vorhanden. Bei modernen Motoren liegt der Ölverbrauch heute in der Regel bei < 0,5 L pro 1000 km. Der Ölverbrauch eines Motors hängt von folgenden Faktoren ab: Passung der Kolbenringe in den Kolbenringnuten Form und Anpressdruck der Kolbenringe Dichtheit der Ventilführungen Öldichtheit des Motors nach aussen Verdampfungsverlust des Motorenöls bei hoher Öltemperatur Verdampfungsverlust des Motorenöls bei hoher Temperatur Der Verdampfungsverlust eines Motorenöls hängt eng mit der Viskosität und der Qualität des eingesetzten Grundöls zusammen. Allgemein gilt: Je dünner das Grundöl ist, um so höher ist der Verdampfungsverlust bei Betriebstemperatur des Motors. Allerdings haben Hydrocracköle und insbesondere synthetische Kohlenwasserstoffe bei gleicher Viskosität deutlich niedrigere Verdampfungsverluste als die konventionellen Mine- ralöl-Raffinate. Motorenöl-Verdünnung Beim Start eines kalten Ottomotors verdampft nur ein kleiner Teil des Benzins - die soge- nannten „Leichtsieder“ - in der Ansaugluft. Dies kann zu Kaltstartproblemen führen, da das Kraftstoff-Luft-Gemisch nun zu mager ist. Deshalb haben alle Ottomotoren Kaltstarthilfen, entweder manuell betätigt und allgemein „Choke“ genannt oder elektrisch bzw. elektronisch gesteuert („Startautomatik“). Diese Regelorgane führen dem kalten Motor je nach Tempe- ratur eine zusätzliche Menge Benzin zu, so dass überhaupt ein zündfähiges Kraftstoff-Luft- Gemisch entstehen kann. Nicht verdampftes Benzin verlässt grösstenteils als unverbrann- ter Kohlenwasserstoff den Auspuff. Ein kleiner Teil kondensiert an den noch kalten Zylin- derwänden und kann dort den Schmierfilm zum Teil abwaschen. Bei Motoren mit häufigen Kaltstarts kann es zu erheblicher Motorenölverdünnung kommen. Das vermindert die Vis- kosität und die Schmierfähigkeit des Motorenöls, erhöhter Verschleiss kann die Folge sein. Auch wird ein vorhandener normaler Motorenölverbrauch durch das Ansammeln von Ben- zin im Motorenöl überdeckt. Erreicht das Motorenöl dann wieder Betriebstemperatur, was aber erst nach ca. 15 bis 20 km Fahrt der Fall ist, so dampft das Benzin grösstenteils aus dem Motorenöl wieder aus. Das geschieht jedoch sehr langsam, nach etwa 2 Stunden Fahrt sind allenfalls 80 bis 85 % des Benzins ausgedampft. Die höhersiedenden Benzinan- teile verbleiben im Motorenöl. Wird der Motor während der Ausdampfphase durch forcierte Fahrweise höher belastet, sind oft Lagerschäden die Folge, wofür es zunächst keine einleuchtende Erklärung gibt. Auch kann wegen des Ausdampfens des Benzinanteils aus dem Motorenöl plötzlich ein sprunghaft erhöhter vermeintlicher Ölverbrauch auftreten, der in Extremfällen Mangel- schmierung zur Folge hat. Benzinanteile von 5 Vol. -% im Motorenöl sind bei Ottomotoren häufig anzutreffen; aber auch Werte von 10 Vol.-% und mehr sind bei ungünstigen Be- triebsbedingungen keine Seltenheit. Das erklärt, warum das Gebrauchtöl aus Benzinmoto- ren oft eine niedrigere Viskosität als das Frischöl aufweist. Das ist jedoch nicht einer man- gelhaften Motorenölqualität anzulasten, sondern den ungünstigen Betriebsbedingungen., Motorenöl-Eindickung Sie tritt überwiegend in Dieselmotoren durch Russaufnahme des Motorenöles, aber auch in Ottomotoren bei extremer thermischer Belastung auf. Im Dieselmotor liegt das am Verbrennungsablauf, der wiederum vom Einspritzverfahren, der Motorbelastung und dem mechanischen Zustand der Einspritzanlage abhängt. Wäh- rend der Russ vorwiegend über den Auspuff den Motor verlässt, gelangt mit dem Durch- blasegas ein geringer Teil Russ in die Ölwanne und kann hier zur Motorenöleindickung füh- ren. Diese sorgt insbesondere in der kalten Jahreszeit für Kaltstartschwierigkeiten und macht einen Zwischenölwechsel erforderlich. Gebrauchtöl aus Dieselmotoren hat im Re- gelfall eine höhere Viskosität als das Frischöl. In Ottomotoren kann dagegen bei thermischer Ueberlastung des Motorenöls (lang anhal- tende forcierte Fahrt bei geringem Ölfüllstand, defektbedingte Überhitzung ) eine ther- misch-oxidative Alterung zur Eindickung des Motorenöls führen. Ein Kühlmittelzutritt (Wasser und Kühlerfrostschutz) zum Motorenöl bei einem undichten Motorkühlsystem kann ebenfalls zur Eindickung des Motorenöls - bis hin zum Motorscha- den - führen. Motorenöl-Verschlammung Seit Anfang der 80er Jahre wird in Ottomotoren eine Entwicklung beobachtet, die eine Ver- schlammung - besonders von Ventildeck und Ölwanne - hervorruft und die man als „Schwarzschlamm“ bezeichnet. Besonders kritisch wird es, wenn der Schlamm das Ölsieb der Ölpumpe und die Ölleitungen ganz oder teilweise zusetzt. Der Motor kann dann durch Mangelschmierung zerstört werden. Automobilhersteller und Mineralölindustrie haben lange Zeit gemeinsam nach den Ursa- chen für dieses Phänomen gesucht. Aus heutiger Sicht können die auslösenden Faktoren wie folgt beschrieben werden: Durch extrem verlängerte Motorenöl-Wechselintervalle bei unveränderter oder so- gar verringerter Füllmenge wird das Motorenöl spezifisch stärker belastet. Der Motorenöl-Verbrauch wurde deutlich abgesenkt. Dies führt häufig dazu, dass das Motorenöl während des bereits extrem langen Wechselintervalls kaum noch durch Nachfüllmengen aufgefrischt wird, obwohl gegen Ende des Intervalls dazu eine dringende Notwendigkeit besteht. Treibstoff und zu einem geringen Teil auch Motorenöl werden im Brennraum ver- brannt. Die Reaktionsprodukte aus der Verbrennung gelangen mit dem Durchbla- segas in das Motorenöl und belasten es zusätzlich, wenn ungeeignete Komponen- ten aus den Betriebsstoffen mitverbrennen. Moderne Motoren sind Magerkonzepte, bei denen zwar der Kohlenmonoxid-Gehalt im Abgas drastisch reduziert wird, allerdings zwangsläufig der Anteil an Stickoxi- den im Abgas und im Durchblasegas sich erhöht. Die Stickoxide gelangen zu- sammen mit anderen Reaktionsprodukten aus der Verbrennung mit dem Durch- blasegas ins Kurbelgehäuse. Dort kommen sie mit dem Motorenöl in innige Berüh- rung und können mit ihm reagieren. Es bilden sich zusätzlich ölunlösliche Oxidati- onsprodukte sowie organische Nitrate. Letztere können zusammen mit dem Verbrennungswasser Salpetersäure bilden, was wiederum zur vorzeitigen Er- schöpfung der alkalischen Reserve der Motorenöle führen kann., Alle Faktoren zusammen können das Motorenöl derart überlasten, dass ölunlösliche Reak- tionsprodukte in Form von Schlamm im Motor ausfallen können. Sulfataschegehalt Die meisten Additive enthalten zwar hoch wirksame sogenannte metallorganische Verbin- dungen, die aber im Bereich des Brennraumes durch die hier herrschenden Temperaturen zu Asche umgesetzt werden. Diese Asche kann sich sowohl auf dem Kolbenboden als auch im Zylinderkopf absetzen und im Betrieb mehr oder weniger stark glühen. Im Diesel- motor stört das nicht, im Ottomotor aber kann es zu Glühzündungen kommen und damit zu Motorschäden führen. Daher ist in den ACEA-Testsequenzen der Sulfataschegehalt für Benzinmotorenöle auf 1,5 Massen-% begrenzt. Spiegelflächenbildung (Bore Polishing) Die Entwicklung von Dieselmotoren hoher Leistung unter voller Ausnutzung der durch Tur- bolader gegebenen Möglichkeiten der Leistungssteigerung verlangt qualitativ entsprechend angepasste Motorenöle. Moderne Dieselmotoren sollen eine sehr lange Lebensdauer unter hohen Belastungen bei sehr langen Motorenöl-Wechselintervallen erreichen. Anfang der 70er Jahre wurde erstmalig in Nordeuropa Spiegelflächenbildung auf Zylinder- laufflächen von hochaufgeladenen Dieselmotoren in Nutzfahrzeugen beobachtet. Hierbei handelt es sich um eine Verschleisserscheinung an der Zylinderwandung mit glatter, spie- gelnder Oberfläche (daher Spiegelflächenbildung). Die ausserordentlich glatt wirkende O- berfläche weist eine sehr geringe Rauhigkeit auf und täuscht wegen des Fehlens von Be- arbeitungsspuren eine sehr gut eingelaufene Oberfläche vor. In Wirklichkeit aber ist es un- gleichmässiger Glättungsverschleiss der Zylinderlaufbahn, verursacht durch die schleifen- de Wirkung von Ölkohleablagerungen an der Kolbenkrone. Auch Ölkohleablagerungen im Nutengrund, die zu „Kolbenringreiten“ führen, können Spiegelflächenbildung hervorrufen. Als Folge davon steigt zunächst der Durchblasegas-Anteil an. Der schnell steigende Moto- renöl-Verbrauch verursacht Mangelschmierung, die auch zu Kolbenfressern führen kann. Die für die Spiegelflächenbildung verantwortliche Ölkohlebildung im Feuersteg- und Nuten- grundbereich kann durch besonders hoch- und speziallegierte Motorenöle verhindert bzw. stark eingeschränkt werden. Solche Motorenöle werden als SHPD-Öle bezeichnet., Motorenöl-Filtrierung Verschleisspartikel, Russ aus unvollkommmener Verbrennung, Strassenstaub, saure Verbrennungsprodukte, Treibstoffkondensate und Wasser verunreinigen das Motorenöl. Es ist wichtig, zumindest die festen Bestandteile aus dem umlaufenden Motorenöl herauszu- filtrieren, damit sie nicht den Verschleiss erhöhen oder die Ölleitungen verstopfen. Hauptstrom-Ölfilter filtrieren zuverlässig bei warmem Motor ständig das gesamte Motoren- öl. Dieses System findet man deshalb heute an jedem modernen Verbrennungsmotor. Die übliche Porengrösse dieser Filter liegt bei 5-35 µm. Während des Betriebes werden alle festen Verunreinigungen, die grösser als die Poren des Filterpapiers sind, aus dem Moto- renöl herausfiltriert. Sie setzen sich dabei langsam zu, wobei die Filtergrösse (Filterpapier- Oberfläche) der Länge der Motorenöl-Wechselintervalle angepasst ist. Diese Filter sind meist direkt am Motor angebaut und während des Betriebes hoher thermischer Belastung ausgesetzt. Das kann wiederum zum Verspröden des Filterpapiers und zur Gefahr von Rissbildung führen. Aus den vorgenannten Gründen dürfen daher die zulässigen Ölfilter- Wechselintervalle nicht überschritten werden, weil sonst wegen der nicht herausfiltrierten Fremdstoffe gravierende Motorschäden eintreten können. Bei Nebenstrom-Ölfiltern, wie sie oft auf dem Zubehörmarkt für den nachträglichen Einbau angeboten werden, wird nur ein Teilstrom von 5-10 % der Motorenöl-Umlaufmenge pro Umwälzung filtriert. Sie sind meist weiter vom Motor weg eingebaut, daher werden sie thermisch nicht so hoch belastet wie Hauptstrom-Ölfilter. Wegen der höheren Viskosität des kalten Motorenöls und des hohen Durchflusswiderstandes des Filters sind sie jedoch über längere Phasen praktisch wirkungslos. Die Porengrösse dieses Filtertyps liegt bei 5- 10 µm und sie ermöglichen eine feinere Ölfiltrierung als Hauptstrom-Ölfilter. Ausserdem vergrössern Nebenstrom-Ölfilter das Ölvolumen eines Motors je nach Filterbauart bis zum Doppelten. Deshalb wird das Motorenöl allgemein geringer belastet, und es bleibt kühler. Aus den vorgenannten Gründen kann in Nutzfahrzeug-Dieselmotoren bei nachträglichem Einbau von Nebenstrom-Ölfiltern eine gewisse Verlängerung der Motorenöl- Wechselintervalle erreicht werden, da die Motorenöl-Verschmutzung durch verbesserte Filtrierung geringer sein kann. Dies sollte aber unbedingt mit dem Fahrzeughersteller ab- gestimmt werden. In Benzin- und Dieselmotoren ist jedoch die Additiv-Erschöpfung des Motorenöls der ent- scheidende Faktor für die Länge eines Ölwechselintervalls. Additiv-Erschöpfung und An- wesenheit von aggressiven Verbrennungsprodukten kann von Nebenstromfiltern nicht be- einflusst werden. Ein Motorenölfilter, gleichgültig ob im Haupt- oder Nebenstrom angeordnet, kann nie: die verbrauchten Additive des Motorenöls ersetzen, Treibstoffkondensat herausfiltrieren, Wasser und Säuren herausfiltrieren. Beide führen zum Aufquellen des Filterpa- piers. Das behindert den Öldurchfluss und verkleinert die wirksame Filteroberflä- che., Ein grosser deutscher Automobilhersteller nimmt zum Thema Nebenstromfilter auszugs- weise wie folgt Stellung: „Insbesondere können wir auch bei Einbau einer Zusatzfilteranlage einer Verlängerung der Ölwechselinterval- le nicht zustimmen, da die Additivwirksamkeit bzw. das Leistungsvermögen der Additive im Öl dadurch nicht verbessert wird. Eine Kosteneinsparung ist durch einen zusätzlich eingebauten Nebenstrom-Ölfilter nicht möglich. Die Werbung von Hersteller und Lieferanten von Zusatzfilteranlagen mit extrem langen Ölwechsel- abständen beim Einbau ihrer Zusatzfilteranlagen halten wir für sehr bedenklich.“ Vom Einsatz von zusätzlichen Filtern in Benzin- und Dieselmotoren mit dem Ziel einer Ver- längerung des Ölwechselintervalls ist daher abzuraten. Motorenöl-Zusatzmittel Im Handel gibt es die verschiedensten Zusatzmittel für Motorenöle. Mineralölfirmen bieten in ihrem Verkaufsprogramm solche Mittel jedoch nicht an. Der schon im vorigen Abschnitt zitierte Automobilhersteller nimmt hierzu auszugsweise wie folgt Stellung: „Zur Herstellung hochwertiger Schmierstoffe sind langwierige und kostspielige Versuche im Labor, auf Prüf- ständen und in Fahrzeugen notwendig, um die Wirkungsmechanismen der Additive zu erproben und die günstigsten Kombinationen der Grundöle und Additive zu ermitteln. Wir sind daher der Ansicht, dass es aus- schliesslich Aufgabe der Schmierstoffindustrie ist, in Zusammenarbeit mit der Kraftfahrzeugindustrie Schmier- öle bester Qualität zu entwickeln und diese auf den Markt zu bringen. Die Praxis hat gezeigt, dass der Verbraucher nur selten aus eigener Erfahrung einwandfrei erkennen und beurteilen kann, ob und wie ein Sonderzusatz wirkt, und ob er etwa bestimmte Qualitäten des Schmierstoffes teilweise oder ganz aufhebt.“ Motorenöle von Markenanbietern werden so entwickelt, dass eine Verwendung von weite- ren Zusätzen nicht nötig ist und nur stören würde. Nachteilige qualitative Veränderungen in der sehr fein abgestimmten Additivrezeptur können durchaus die Folge sein. Eine Verbes- serung der Leistungsfähigkeit eines Motorenöls ist durch unkontrollierte Zugaben teilweise unbekannter Substanzen nicht zu erreichen. Warum Synthese- und nicht Mineralöl Synthetische Motorenöle leisten mehr - ihr Einsatz ist vorteilhaft, zeitgemäss und wird vermehrt von den Motorenherstellern gefordert um den Anforderungen an verlängerte Öl- wechselintervalle gerecht zu werden. Beachtung verdienen insbesondere synthetische Leichtlauföle der SAE-Klassen 0W-X und 5W-X (z.Bsp. SAE 0W-30 und SAE 5W-40). Die Synthesöle bestehen aus gezielt zusammengesetzten Molekülstrukturen (siehe auch Kapitel 3) welche beispielsweise synthetischen Leichtlaufmotorenölen deutliche Vorteile gegenüber mineraölbasischen Motorenölen verschaffen. Dies sei anhand der zusammen- stellung auf der nächsten Seite verdeutlicht. Synthetische Flüssigkeiten weisen gegenüber Mineralölen die folgenden vorteilhaften Eigenschaften auf :, Besseres Fliessverhalten innerhalb des Temperatureinsatzbereiches (1) (synthetische Öle dünnen mit zunehmender Temperatur weniger aus) (2) Besseres Kältefliessverhalten (3) Höhere Alterungsstabilität (4) Geringere Flüchtigkeit und Verdampfungsneigung (5) Höhere Produktstabilität bei hohen Temperaturen Bessere reibungsverminernde Eigenschaften verbunden mit sehr hohem Druckauf- (6) nahmevermögen (Ester) Höhere Ölfilmstärke (7) (höhere Viskosität bei hohen Temperaturen) Besseres Ansprechverhalten der Additive (8) (gezieltere Additivierung möglich, abgestimmt auf den Typ der Basisflüssigkeit) Aus diesen Eigenschaften ergeben sich eine Reihe überzeugender Argumente, welche die Vorteile beim Einsatz synthetischer Motorenöle verdeutlichen. (1)(2) Problemloser Kaltstart bei allen Temperaturen, auch weiter unter 0°C - spürbar weicherer Lauf der Motoren (1)(2)(5) Schnellere Versorgung der Motorenbauteile nach dem Start - messbar geringerer Verschleiss (1)(2)(6) Messbare Treibstoffeinsparung bei allen Betriebsbedingungen (4) Kein feststellbarer Ölverbrauch - reduzierte Ölnachfüllmengen (3)(5) Höherer Schutz vor Ablagerungen bei hohen Temperaturen - lange Lebensdauer der Motoren (Blueprint condition) (5)(6)(7) Höhere Schmierreserven im Hochtemperaturbereich - optimaler Verschleissschutz auch unter kritischen Bedingungen (3)(8) Verbesserte Prävention gegen Schlammbildung bei ungünstigen Betriebsbedin- gungen (3)(5)(8) Höhere Leistungsreserven speziell bei verlängerten Ölwechselintervallen, 7. Motorenöle für Zweitaktmotoren 7.1 Einleitung Der Zweitaktmotor nimmt schmierungstechnisch eine Sonderstellung ein. Ein Ölsumpf - wie im Viertaktmotor - ist hier nicht vorhanden, daher kann nicht durch eine normale Öl- pumpe unter Druck Motorenöl an die Lager geführt werden. Also wird das Motorenöl ent- weder dem Treibstoff zugemischt (Getrenntschmierung) oder über eine Öldosierpumpe in das Treibstoff-Luft-Gemisch eingespritzt (Frischölschmierung). Im Kurbelgehäuse trennt es sich vom vergasenden Treibstoff und schmiert als Ölnebel Lager, Kolben, Kolbenringe und Zylinder. So lassen sich zwar die Zylinderlaufflächen bzw. die Kolben und Kolbenringe zu- verlässig schmieren, in den Lagern aber kann kaum eine hydrodynamische Schmierung aufgebaut werden. Deshalb verwendet man in Zweitaktmotoren auch keine Gleitlager, sondern Wälzlager, die einen geringeren Ölbedarf haben. Der Ölnebel kann dort eindrin- gen und reicht zur Schmierung aus. Die Haupteinsatzbereiche für Zweitaktmotoren sind heute Zweiräder (Motorräder, Mopeds, Scooter), Boots-Aussenbordmotoren, Kettensägen und Gartengeräte wie beispielsweise Rasenmäher. Zum Betrieb eines Zweitaktaggregates sind ganz spezielle Öle erforderlich. 7.2 Aufgaben Die Aufgaben und Anforderungen die an ein Zweitakt-Motorenöl gestellt werden sind aus Bild 16 ersichtlich. Verhinderung von Lange Zündkerzenstandzeit Glühzündungen Keine Brennraum- ablagerungen Schutz vor Ablagerungen (Verkokung) in Kanälen Kolbensauberkeit und Auspuffsystem Korrosionsschutz Hoher Verschleissschutz dank guter Schmierfähigkeit Weitere Anforderungen Kurbelgehäusesauberkeit • Mischbarkeit mit Treibstoff • Tieftemperatur-Fliessfähigkeit • Raucharm • Biologische Abbaubarkeit Bild 16 : Aufgaben / Anforderungen an ein Zweitakt-Motorenöl, 7.3 Aufbau Als Grundöle werden hauptsächlich Mineralöl-Raffinate eingesetzt. Für qualitativ hochwer- tige Zweitaktöle wird aber auch auf synthetische Grundflüssigkeiten wie Polyalphaolefine und Ester zurückgegriffen. Für modernste, raucharme Formulierungen werden zusätzlich Polybutene verwendet. Bei biologisch schnell abbaubaren Zweitaktmotorenölen für Aus- senbordmotoren (über 80% nach CEC-Methode L-33-A-93) gelangen ausschliesslich syn- thetische Ester zum Einsatz. Als Additive werden hauptsächlich Detergents, Dispersants und Korrosionsschutz- / Rost- schutzadditive verwendet. 7.4 Viskositätsklassen Viskositätsvorschriften für Zweitaktmotorenöle gibt es nicht. Meistens sind es Öle der SAE- Klassen 20, 30 oder 40. 7.5 Leistungsklassen Ähnlich wie bei den Viertakt-Motorenölen gibt es auch in diesem Bereich verschiedene, genormte motorische Prüfläufe, um die Performance dieser Schmierstoffe zu bewerten. Bis vor kurzem wurden ebenfalls API-Klassen zur Beurteilung des Leistungsvermögens von Zweitakt-Motorenölen herangezogen. Dieses System wurde jedoch durch die JASO- Spezifikation abgelöst. JASO ist die Abkürzung für „Japanese Automotive Standards Or- ganisation“, ihr gehören alle wichtigen japanischen Motorenhersteller an. Die JASO- Spezifikation wurde für luft- und wassergekühlte Zweitaktmotoren in Motorrädern entwi- ckelt. Es werden folgende Kriterien beurteilt : Schmierfähigkeit (Kolben- und Ringverschleiss, Kaltstartverhalten) Detergierverhalten (Sauberkeit von Kolben, Ringnut, Brennraum, Zündkerzen, kein Ringstecken) Blockierung des Auspuffsystems (Aufbau von Kohle) Auspuffrauch (Verhinderung der Rauchbildung) Zusätzlich zu den JASO-Klassen haben die europäischen Zweitaktmotoren-Hersteller eine globale ISO-Spezifikation erarbeitet, da das motorische Leistungsvermögen der JASO- Klassen für anspruchsvolle Zweitaktmotoren, wie sie z.B. in Kettensägen eingesetzt wer- den, nicht genügt. Es gibt drei je JASO- und ISO-Kategorien für Zweitaktmotorenöle, wie sie in Tabelle 13 zusammengestellt sind. JASO-Kategorie Global-Kategorie Anforderung FA leicht FB EGB mittel FC EGC hoch + raucharm EGD sehr hoch + raucharm Tabelle 13: Leistungsklassen von Zweitaktölen, Für Aussenbordmotorenöle haben weder JASO- noch ISO-Klassen ihre Gültigkeit. Diese werden in der Spezifikation NMMA Recertified TC-W3 beschrieben, da an diese Öle infolge der hohen Leistungsdichte der Aussenbordmotoren spezielle Anforderungen gestellt wer- den. Die motorischen Prüfverfahren sind hierauf genau abgestimmt. Die NMMA ist die Ab- kürzung für „National Marine Manufacturers Association“, die Vereinigung amerikanischer Hersteller von Marinemotoren., 8. Fahrzeug-Getriebeöle 8.1 Einleitung Getriebe im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen sollen zwischen der Motordrehzahl und der Raddrehzahl optimale Anpassungsverhältnisse ermöglichen. Dies wird erreicht durch Schalt- oder Automatikgetriebe und Achsenantriebe. Bei längs eingebauten Motoren muss ausserdem der Kraftfluss um 90° umgelenkt werden. Dies wird erreicht durch Teller- und Kegelrad im Achsgetriebe. Ausgleichsgetriebe oder Differential (in den Achsantrieb integ- riert) gleichen unterschiedliche Raddrehzahlen bei Kurvenfahrt aus. 8.2 Aufgaben Schmierung von aufeinander gleitenden / abrollenden Teilen Kühlung durch Wärmeabfuhr zum Getriebegehäuse Kraftübertragung an den Zahnflanken Korrosionsschutz Hydraulische Steuerung der Schaltvorgänge (bei Automatikgetriebeölen) Einwandfreie Schaltbarkeit Geräuscharmer Lauf

Fahrkomfort Problemlose Funktion

Hohe Zuverlässigkeit Verschleissreduktion beim Kaltstart

Aggregat- Keine Ablagerungen (hohe thermische Stabilität) Standzeit Schmiersicherheit bei hohen Temparturen

Stabile Viskositätslage (kein Scherverlust) Lange Lebensdauer

Berücksichtigung Weniger Treibstoffverbrauch

von Umwelt- Reduktion des Ölverbrauchs

Aspekten Geringe Lärmentwicklung

Problemlose Entsorgung Bild 17: Anforderungen an Schalt- und Achsgetriebeöle, 8.3 Anforderungen an Schalt- und Achsgetriebeöle Die Anforderungen an Getriebeöle kann man unter den Begriffen Fahrkomfort, Aggregat- Standzeit und der Berücksichtigung von Umweltaspekten zusammenfassen. Daraus erge- ben sich die einzelnen Kriterien, welche für die einwandfreie Funktion eines Getriebes not- wendig sind (Bild 17). 8.4 Anforderungen an Automatikgetriebeöle (Automatic Transmission Fluids, ATF) Bedingt durch ihre Verwendung stellen sich für die ATF’s ganz spezifische Anforderungen, welche sich gemäss den Spezifikationen General Motors Dexron und Ford Mercon wie folgt ableiten lassen: Hohe Reibwertkonstanz über die gesamte Verweilzeit für optimales Schalten Exzellente Alterungsstabilität für lange Ölwechselintervalle Gutes Viskositäts-Temperatur-Verhalten, um eine einwandfreie Funktion bei heissem und kalten Zustand zu gewährleisten Genügende Dichtungsverträglichkeit mit verschiedenen Elastomeren, damit diese weder quellen noch schrumpfen oder verspröden 8.5 Aufbau Als Basisflüssigkeiten können Mineralöl-Raffinate, Hydrocracköle oder Syntheseflüssigkei- ten, seien es nun Polyalphaolefine oder Ester verwendet werden. In Einzelfällen gelangen auch Polyglykole zum Einsatz, die aber den grossen Nachteil haben, dass sie mit den an- dern genannten Basisflüssigkeiten nicht mischbar sind. Um ein genügendes Leistungsvermögen zu erzielen, müssen auch die Getriebeöle, je nach Qualitätsansprüchen, optimal additiviert werden. Der Unterschied zu den Motorenölen bei der Auswahl betrifft vor allem die Hochdruck- (Extreme-Pressure-) Additive, welche in Mo- torenölen kaum oder nur in sehr geringen Mengen vorhanden sind. Auf der anderen Seite fehlen dafür bei den Getriebeölen die Detergent / Dispersant - Additive. Die Viskosität eines Getriebeöles richtet sich im allgemeinen nach dem Einsatz. Die nied- rigste Viskosität weisen die Automatikgetriebeöle auf (vergleichbar etwa 70W), gefolgt von den Schaltgetriebeölen, während die Hinterachsgetriebeöle bei Betriebstemperatur deutlich höher viskos sind. 8.6 Leistungsklassen Das Leistungsvermögen von Fahrzeug-Getriebeölen wird durch die API-Klassifikation be- schrieben (Tabelle 14). Die europäischen Hersteller konnten sich bisher noch nicht auf eine gemeinsame Leistungsbeschreibung einigen, und so existieren denn in diesem Bereich auch wieder verschiedene Hausspezifikationen so u.a. von Ford, MAN, Mercedes-Benz, Volkswagen, Volvo und ZF.,

Qualität Viskosität

Basisflüssigkeiten Additive

Syntheseflüssigkeiten Polymere

(Polyalphaolefine, Ester, Polyglykole) (Viskositätsindex-Verbesserer) Nicht konventionelle Mineralöle Extreme-Pressure-Additive (Hydrocrackate)

Herkömmliche Mineralöle Inhibitoren gegen Verschleiss,

Oxidation, Korrosion, Schaum Bild 18 : Schematischer Aufbau von Getriebeölen API-Klasse Einsatzbedingungen Einsatzart Additivierung GL-1 leicht Gering belastete Schaltgetriebe unlegiert GL-2 mittel Industriegetriebe und Schneckengetriebe speziell GL-3 mittel Normal belastete Schaltgetriebe mild EP Hoch belastete Schaltgetriebe GL-4 mittel bis schwer mässig EP Gering belastete Hypoidgetriebe Hoch belastete Hypoidgetriebe GL-5 schwer stark EP Schaltgetriebe wenn vorgeschrieben oder zugelassen Tabelle 14 : API-Leistungsklassen, 9. Bremsflüssigkeiten 9.1 Einleitung Der Arbeitsweise des Bremssystems liegt das Prinzip der Druckübertragung durch ein flüs- siges Medium zugrunde. Das Medium heisst „hydraulische Bremsflüssigkeit“. Die Brems- flüssigkeit ist die einzige wirksame Verbindung zwischen dem Fuss auf dem Bremspedal in einem Fahrzeug und dem Bremsaggregat an jedem Rad. 9.2 Aufgaben Die Bremsflüssigkeit übernimmt die Übertragung der in den Hauptbremszylinder eingeleite- ten Kräfte auf den Radbremszylinder bzw. die Bremssättel. Die Bremsflüssigkeit ist ein wichtiges Konstruktionselement für das Kraftfahrzeug, und ihre Eigenschaften sind für die Auslegung der Bremsanlage von wesentlicher Bedeutung. Sie muss deshalb eine Vielzahl von Forderungen erfüllen, wenn sie sich in der Praxis bewähren soll. 9.3 Anforderungen Die folgende Aufstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es sind diejenigen Punkte erwähnt, die dem Anwender im praktischen Betrieb als besonders wichtig auffallen. Siedepunkt Der Siedepunkt sollte möglichst hoch sein, um bei den im Bremssystem auftretenden Temperaturen Dampfblasenbildung - und damit den Ausfall der Bremse - zu verhindern. Der Siedepunkt sollte über die Gebrauchsdauer der im System befindlichen Flüssigkeit möglichst konstant bleiben, d.h. durch atmosphärische Einflüsse bzw. die herrschenden Betriebsbedingungen nicht verändert werden. Viskosität Die Viskosität sollte in der Kälte möglichst gering und in der Wärme möglichst hoch sein. Es ist also ein möglichst günstiges Viskositäts-Temperatur-Verhalten (hoher Viskositätsin- dex) gefordert. Korrosionsschutz Ein guter Korrosionsschutz gegenüber den metallischen Bauteilen der Bremsanlage ist besonders wichtig, da deren Lebensdauer dadurch entscheidend beeinflusst wird. Schmiereigenschaften Gute Schmiereigenschaften sind notwendig, um die im Bremssystem gegeneinander be- wegten Teile - insbesondere Dichtungen - vor Verschleiss zu schützen. Elastomerverträglichkeit Eine definierte Wechselwirkung mit den Elastomerteilen in der Bremsanlage ist gefordert, die unter dem Einfluss der Bremsflüssigkeit (insbesondere bei Langzeitwirkung) nur wenig quellen, unter keinen Umständen aber schrumpfen dürfen. Kompressibilität Die Kompressibilität sollte gering und möglichst wenig temperatur- und druckabhängig sein., Oxidationsstabilität Die Bremsflüssigkeit sollte bei allen im Bremssystem herrschenden Temperaturen und Ein- flüssen nicht altern, nicht verdampfen und möglichst stabil bleiben. 9.4 Aufbau Die chemische Zusammensetzung einer Bremsflüssigkeit muss so gewählt werden, dass optimale Leistung und Sicherheit gewährleistet sind. Art und Menge der verschiedenen Komponenten bestimmen die gewünschten Eigenschaften einer Flüssigkeit. 9.4.1 Basisflüssigkeiten Weltweit haben sich vier Stoffgruppen etabliert, welche zur Herstellung von Bremsflüssig- keiten herangezogen werden und in erster Linie als Schmiermittel dienen. Dazu gehören : Polyglykolether mit /ohne Boratester Mineralöle Siliziumester Silikonöle Weitaus den grössten Anteil am Weltmarkt besitzen die Bremsflüssigkeiten auf Basis von Polyglykolethern und deren Abkömmlinge, den Boratestern. Einzelne Bremssysteme ver- langen immer noch Mineralöle. Die Siliziumester werden dank ihres hohen Siedepunktes vorwiegend im Rennsport eingesetzt. Die Verbreitung von Silikonölen beschränkt sich hauptsächlich auf die USA, wo diese Produkte in vielen Militärfahrzeugen eingesetzt wer- den. Zur Herstellung der Polyglykolether-Bremsflüssigkeiten werden noch die folgenden drei Komponenten eingesetzt : 9.4.2 Lösungsmittel-Verdünner Ein Bremssystem, welches nur Polyglykolether mit oder ohne Boratester enthielte, würde bei tiefen Temperaturen wegen der zu hohen Viskosität nicht mehr funktionieren. Deshalb ist es notwendig, das Schmiermittel mit einem niederviskosen Produkt zu verdünnen. Die- ses Verdünnungsmittel muss zudem alle weiteren Komponenten auflösen, so dass bei al- len Temperaturen ein Einphasensystem gegeben ist. Glykolether sind die meistverwende- ten Lösungsmittelverdünner. 9.4.3 Modifiziermittel Wie bereits in Kapitel 8.3 erwähnt, ist ein bestimmtes Mass an Gummiquellung notwendig. Da der Lösungsmittel-Verdünner eine ausgesprochene Neigung zur Gummiquellung be- sitzt, müssen Modifiziermittel beigegeben werden, um diese Erscheinung zu kontrollieren. Zu diesem Zweck werden Glykole eingesetzt. Glykole können auch als Lösungsvermittler bezeichnet werden, weil sie die Auflösung von Inhibitoren (siehe unten) erleichtern, als Lö- sungsmittel für das Schmiermittel wirken und die Wasserverträglichkeit der Bremsflüssig- keit verbessern. 9.4.4 Inhibitoren In einer Bremsflüssigkeit müssen diese Inhibitoren nicht nur die Korrosion der Metalle im Bremssystem, sondern auch die Oxidation der Bremsflüssigkeit selbst verhindern. Für eine langfristig zufriedenstellende Leistung und Stabilität im hydraulischen Bremssystem sind beide Typen von Inhibitoren unerlässlich., 9.5 Spezifikationen Zur Beschreibung der synthetischen Bremsflüssigkeiten und der Silikonöle gibt es ver- schiedene Spezifikationen, welche alle von der amerikanischen SAE-Norm J 1703 abgelei- tet sind. Das Department of Transport (DOT) der USA hat eine Bundesnorm herausgege- ben, worin die Mindestleistung von Bremsflüssigkeiten, deren Verpackung und auch die Beschriftung der Behälter vorgeschrieben sind. Diese Bundesnorm heisst „Federal Motor Vehicle Safety Standard 116“ und erlaubt den Gebrauch der folgenden synthetischen Bremsflüssigkeiten und Silikonöle : DOT 3 Basis Polyglykolether DOT 4 Basis Polyglykolether / Boratester oder Siliziumester DOT 5 Silikonöle DOT 5.1 Basis Polyglykolether / Boratester oder Siliziumester Sowohl die SAE-Vorschriften wie auch die verschiedenen DOT-Spezifikationen enthalten die verschiedenen Anforderungen und Prüfmethoden, welche an die Bremsflüssigkeiten gestellt werden. Die Unterscheidungsmerkmale der drei synthetischen Bremsflüssigkeiten auf Polyglykoletherbasis sind in Tabelle 15 zusammengestellt. Anforderung / Spezifikation DOT 3 DOT 4 DOT 5.1 Trocken-Siedepunkt (°C) min. 205 min. 230 min. 260 Nass-Siedepunkt (°C) min. 140 min. 155 min. 180 Viskosität bei -40°C (mm2/s) max. 1500 max. 1800 max. 900 Tabelle 15 : Unterscheidungsmerkmale von Bremsflüssigkeiten Mindestanforderungen / Spezifikationen für mineralölbasische Bremsflüssigkeiten werden von den jeweiligen Fahrzeugherstellern, z.B. Citroen, Jaguar, Rolls Royce, herausgegeben. 9.6 Praxishinweise n Mischbarkeit Bremsflüssigkeiten DOT 3, 4 und 5.1 sind mit jeder anderen Bremsflüssigkeit, die dersel- ben Kategorie angehört, vollständig mischbar, weil die DOT-Normen eine Verträglichkeits- klausel enthalten. Mischt man eine Bremsflüssigkeit mit einem hohen Siedepunkt, mit einer solchen mit einem niedrigeren Siedepunkt, werden die Eigenschaften und Leistungen der qualitativ höheren Bremsflüssigkeit vermindert. Mischungen zwischen Polyglykolether-Bremsflüssigkeiten und solchen auf Mineralöbasis oder Silikonölen sind nicht zulässig. Mineralöle und Silikonöle sind ebenfalls nicht misch- bar. Auch Mischungen von mineralölbasischen Bremsflüssigkeiten verschiedener Fahr- zeug-Hersteller werden nicht empfohlen., n Farbe Die natürliche Farbe einer Bremsflüssigkeit ist meist gelb. Die Zugabe von Farbstoffen mit dem Zweck, die Flüssigkeit rot, grün, blau etc. zu färben, hat lediglich verkaufstechnischen Wert, hauptsächlich den, eine Marke von der anderen unterscheiden zu können. Die Farbe einer Bremsflüssigkeit gibt keinerlei Aufschluss über ihre Qualität. n Haltbarkeit Bremsflüssigkeiten sollten in verschlossenen Originalgebinden bis zu 5 Jahre gelagert werden können. n Wassereinfluss, Hygroskopizität Unter Hygroskopizität versteht man die Eigenschaft einer Flüssigkeit, die in der Umgebung enthaltene Feuchtigkeit anzuziehen. Dies führt dazu, dass sich die Bremsflüssigkeit immer weiter mit Wasser anreichert, was zu einer Erniedrigung des Siedepunkts führt. Die Erfah- rung zeigt, dass der Siedepunkt nicht unter 155°C liegen sollte, um die Funktionstüchtigkeit der Bremsflüssigkeit zu gefährden. Durch Verwendung qualitativ besserer Bremsflüssigkei- ten, wie z.B. einer DOT 5.1, wird diese Gefahr erheblich vermindert. Bild 19 zeigt den Sie- depunkt in Abhängigkeit vom Wassergehalt. DOT 5.1 DOT 4 DOT3012345Wassergehalt in Massen - % Bild 19 : Siedepunkt verschiedener Bremsflüssigkeiten in Abhängigkeit des Wassergehalts Siedepunkt (°C), 10. Hydraulikflüssigkeiten 10.1 Einleitung Die Übertragung von Energie und Kraft von der einen Einheit zur anderen ist von höchster Bedeutung in der modernen Industriewelt. In technischen Bereichen werden deshalb die verschiedensten Aufgaben mit Hilfe hydraulischer Anlagen gelöst. Ein lebenswichtiges E- lement dieser Anlagen ist die Hydraulikflüssigkeit. Ihre Eigenschaften und ihr Zustand vor und während des Einsatzes sind mitentscheidend für die lange Lebensdauer und den op- timalen Wirkungsgrad der Hydraulikflüssigkeit. Die Hydraulik spielt im heutigen Maschinenbau eine wesentliche Rolle. Der Grund hierzu liegt in ihren grossen Vorteilen wie einfache Bedienung, gute Regelmöglichkeit, einfache Umwandlung einer geraden in eine drehende Bewegung und stossfreie Kraftübertragung. Nicht zu vergessen sind auch die enorme Kraftentfaltung auf vergleichsweise kleinem Raum, die in Bruchteilen von Sekunden, praktisch ohne Anlaufphase bewirkt werden kann, sowie die ausserordentliche Zuverlässigkeit solcher Anlagen. 10.2 Aufgaben Als Betriebsflüssigkeiten für hydrostatische und hydrodynamische Kraftübertragung gelan- gen auch heute noch hauptsächlich Mineralöle zur Anwendung. Nur in speziellen Fällen werden bei besonderen Anforderungen, z.B. bei der Überdeckung eines weiten Tempera- turbereichs, aus Gründen des Umweltschutzes oder bei einer Forderung nach Schwerent- flammbarkeit andere Flüssigkeiten eingesetzt. Zur Anpassung an die jeweiligen Betriebszustände, -verhältnisse und -bedingungen wer- den - wie oben erwähnt - überwiegend Mineralöle unterschiedlicher Struktur und Viskosität mit Additiven verwendet, die folgende Aufgaben und Forderungen erfüllen müssen : Druck- und Bewegungsübertragung bei geringsten Verlusten und ohne ihr Volumen unter Druck zu ändern Erzielung eines guten Lasttragevermögens zwischen den bewegten Gleitelementen und dadurch Verminderung von Reibung und Verschleiss Schutz geschmierter Metalloberflächen - auch während langen Stillstandzeiten der Anlage gegen korrosiven Angriff und Zersetzung Abführung der bei der Energieumwandlung anfallenden Wärme Abdichtung zwischen den Maschinenelementen 10.3 Anforderungen Als Grundlage für die Anforderungen an Hydraulikflüssigkeiten gilt - zumindest im europäi- schen Raum - die Norm DIN 51524 mit den Blättern 1, 2 und 3. Damit die Hydraulikflüssig- keiten die vielfältigen Aufgaben in der Praxis erfüllen können, benötigen sie folgende Ei- genschaften:, Einsetzbar über einen weiten Temperaturbereich (gutes Kälteverhalten, genügender Viskositätsindex) Unempfindlichkeit gegenüber Oxidation (Alterung), so dass das Schmiervermögen über eine längere Gebrauchsdauer erhalten bleibt Gute Volumenbeständigkeit, d.h. Unterdrückung der Schaumbildung, ohne dass das Luftabscheidevermögen beeinträchtigt wird Neutral gegenüber allen Werkstoffen - keine Aggressivität gegenüber Metallen und Elastomeren Rasche Trennung der Feuchtigkeit oder des eingedrungenen Wassers von der Hyd- raulikflüssigkeit, so dass keine unerwünschte Emulsionsbildung eintritt Gutes Reinigungsvermögen, damit die in den gebrauchten Hydraulikflüssigkeiten ent- haltenen Verunreinigungen sich nicht an den Steuer- und Regelorganen usw. abla- gern 10.4 Aufbau Hydraulikflüssigkeiten sind auf Grund- oder Basisflüssigkeiten und Zusätzen, den soge- nannten Additiven, aufgebaut. Die Wahl der Basisflüssigkeit (Typ) und die der Additive (Typ und Menge) richtet sich direkt nach den unterschiedlichen Anforderungen an die Be- triebsflüssigkeiten, welche auf das zu schmierende Hydraulikaggregat abgestimmt sein müssen. Die folgenden Typen von Grundflüssigkeiten stehen für die Herstellung von Hydraulikflui- den zur Verfügung : • Paraffinbasische Mineralöle mit einem Viskositätsindex von ca. 100 • Naphtenbasische Mineralöle mit hervorragendem Tieftemperaturverhalten • Hydrocracköle mit einem Viskositätsindex bis 145 • Natürliche Ester (Vegetabile Öle - Triglyceride) • Polyalphaolefine (synthetische Kohlenwasserstoffe) • Synthetische Ester • Polyglykole Bei den Additiven ist die Auswahl noch grösser. Die Wirkung der Additive ist zum einen abhängig von der Konzentration, andererseits aber auch von der Kombination untereinan- der (synergistische Wirkung). Es besteht aber auch die Gefahr, dass sich gewisse Additiv- Typen miteinander nicht vertragen (antagonistische Wirkung), was bei der Entwicklung in Betracht gezogen werden muss. Tabelle 16 gibt Auskunft über die wichtigsten Additive und deren Funktion, welche für die Herstellung von Hydraulikflüssigkeiten herangezogen wer- den. 10.5 Einteilung Die Einteilung der Hydraulikflüssigkeiten kann nach verschiedenen Gesichtspunkten erfol- gen. Zum Beispiel nach Stoffgruppen, nach Anwendungsgebieten, unter Aspekten der Schwerentflammbarkeit oder nach ökologischen Begriffen wie der biologischen Abbaubar-, keit oder der Wassergefährdungsklasse. Die heute gebräuchlichste Einteilung geschieht nach folgendem Schema : • Mineralölbasische Hydraulikflüssigkeiten • Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten (in der Schweiz ohne Bedeutung, deshalb nicht behandelt) • Biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten Additiv - Typ Funktion Oxidationsinhibitoren Verringern und verzögern die Alterung Korrosionsschutz-Additive Verhindern / Verringern die Korrosion und Rostbildung auf metallischen Oberflächen Buntmetallinhibitoren Verringern die Korrosion kupferhaltiger Werkstoffe Verschleissschutz- (Anti-Wear)- Verringern abrasiven Verschleiss bei mässig schweren Additive Bedingungen, vor allem bei stationären Beanspruchungen Hochdruck - (Extreme Pressure) Verringern Verschleiss und Fressen bei schweren Bedin- Additive gungen, vor allem auch bei Stossbelastungen Reibungsveränderer Verringern die Reibung bei Mischreibungsbedingungen Detergents / Dispersants Halten feste Verunreinigungen und Wasser feinstverteilt in Schwebe Schauminhibitoren Verringern Oberflächenschaum Pour Point - Erniedriger Setzen den Pour Point bei paraffinbasischen Hydraulikölen herunter Viskositätsindex-Verbesserer Verringern die Viskositäts-Temperatur-Abhängigkeit Tabelle 16 : Additive für Hydraulikflüssigkeiten 10.5.1 Mineralölbasische Hydraulikflüssigkeiten Hydraulikflüssigkeiten auf Mineralölbasis, allgemein als Hydrauliköle bezeichnet, sind auf- grund ihrer universellen Einsetzbarkeit und dem vergleichsweise günstigen Preis die am weitest verbreitete Gruppe. Um die Auswahl der Hydrauliköle in qualitativer Hinsicht zu erleichtern, wurde in den Nor- men DIN 51502 und ISO 6743 Teil 4 verschiedene Qualitätsgruppen zusammengefasst gemäss der Einteilung in Tabelle 17. 10.5.2 Biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten Die ständig zunehmende Mobilität und der fortschreitende Einsatz von Maschinen führen zu einer immer grösseren Belastung für die Umwelt. Diese Erkenntnis hat sich inzwischen bei allen Beteiligten, den Herstellern wie den Verbrauchern von Schmierstoffen, durchge- setzt., Kurzzeichen Kurzzeichen Produktegruppe DIN 51502 ISO 6743 Teil 4 Hydrauliköle ohne Additive H HH Hydrauliköle mit Oxidationsinhibitoren und HL HL Korrosionsschutz-Additiven Hydrauliköle HL mit zusätzlichen Verschleiss- HLP HM schutz-Additiven Hydrauliköle HLP/HM mit zusätzlichen Vis- HVLP HV kositätsindex-Verbesserern Tabelle 17: Einteilung der mineralölbasischen Hydrauliköle Die Entwicklung von Schmierstoffen, welche die Umwelt weniger belasten, darunter insbe- sondere der Hydraulikflüssigkeiten, hat seit einigen Jahren kräftig zugenommen. Staatliche Vorschriften, wie z.B. in Oesterreich, wo biologisch abbaubare Kettensägeöle zwingend vorgeschrieben sind, können in diesem Bereich helfen. Es ist grundsätzlich zu empfehlen, in kritischen Einsatzgebieten (Wasserschutzgebiete u.ä.) konventionelle Schmierstoffe durch biologisch abbaubare Produkte zu ersetzen. Die heute gebräuchlichste Einteilung biologisch abbaubarer Hydraulikflüssigkeiten zeigt Abbildung 20. Es muss jedoch klar und deutlich gesagt werden, dass auch biologisch abbaubare Flüssig- keiten nicht umweltfreundlich sind; sie belasten die Umwelt nur in geringerem Umfang als beispielsweise die Mineralöle. Sie müssen ebenso vorschriftsgemäss entsorgt werden wie alle anderen Schmierstoffe auch. Auch bei einem Ölunfall muss wie bei einem Mineralöl verfahren werden: die ausgelaufene Flüssigkeit muss wieder eingesammelt werden und die zuständige Behörde ist zu benachrichtigen.

Biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten Polyglykole Native Öle Synthetische Ester HEPG HETG HEES

Bild 20 : Einteilung biologisch abbaubarer Hydraulikflüssigkeiten, Die Mindest-Anforderungen an biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten sind im VDMA- Einheitsblatt 24568 und in den Vorschlägen der ÖNorm C 2027 Teil 4 und Teil 5 festgelegt. 10.6 Spezifikationen Um sicherzustellen, dass ein Hydraulikaggregat ohne Probleme und zuverlässig während der gesamten Einsatzdauer geschmiert wird und dadurch seine Aufgaben erfüllen kann, sind verschiedene Spezifikationen geschaffen worden. Neben der bereits in Kapitel 9.3 erwähnten DIN-Norm 51 524 haben auch verschiedene Hersteller ihre eigenen Vorschrif- ten herausgegeben, welche summarisch in Bild 21 wiedergegeben sind.

Cincinnati Milacron P-68, P-69 und P-70 Denison HF-0, HF-1 und HF-2 US Steel 127 und 136 Vickers I-286-S und M-2950-S

Bild 21: Hersteller-Spezifikationen für Hydraulikflüssigkeiten, 11. Industrie-Getrieböle 11.1 Einleitung Zur Übertragung und Wandlung von Drehzahlen und Drehmomenten dienen Zahnrad-, Ketten-, Riemen- und Reibradgetriebe. Gelegentlich finden auch hydrodynamische und elektrische Wandler sowie pneumatische Getriebe Verwendung. Weitaus am häufigsten werden jedoch Zahnradgetriebe verwendet. Zahnradgetriebe bestehen aus mindestens 2 Wellen, mindestens 2 miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern und den erforderli- chen Lagern und Dichtelementen. Die Wellen sind - meist in einem Gehäuse - durch Rah- men oder Steg miteinander verbunden. Die Lebensdauer einer Verzahnung wird durch 4 Faktoren beeinflusst, nämlich die Verschleisssicherheit, bestimmt durch Zahnradwerkstoff, Oberflächenrauhig- keit, Schmierstoff und Verunreinigungen im System die Bruchsicherheit als Funktion von Zahnradwerkstoff, Verzahnungsdaten undü- bertragenen Kräften die Grübchensicherheit (Pitting), beeinflussbar durch die Härte der Zahnräder und in gewissen Grenzen durch den Schmierstoff die Fresssicherheit, abhängig von den Verzahnungsdaten, Zahnradwerkstoff, Schmierstoff und Betriebsbedingungen 11.2 Aufgaben Die Hauptaufgaben des Schmierstoffes sind : Reibung und Verschleiss an den Zahnflanken weitestgehend zu mindern Verhinderung der Pittingbildung Abführung der entstehenden Reibungswärme Diese Aufgaben werden dadurch verschärft, dass die Schmierstoffe auch unter extremen Temperatureinflüssen die Betriebssicherheit der Maschinen gewährleisten müssen. 11.3 Auswahl Ausgehend von den Aufgaben ist es wichtig, bei der Getriebeschmierstoffauswahl einer- seits die „Umweltbedingungen“ zu kennen, unter denen das Getriebe arbeitet und anderer- seits die auftretenden Bewegungsabläufe und Belastungen an der Zahnflanke zu kennen. Die Auswahl von Schmierstoffen für Zahnradgetriebe im industriellen Einsatz ist in der DIN 51509 Teil 1 „Schmieröle“ und in der DIN 51509 Teil 2 „Plastische Schmierstoffe“ (Fette und Haftschmierstoffe) festgelegt und dort nachzulesen., Für den sicheren Betrieb von Zahnradgetrieben stehen sechs unterschiedliche Getriebe- schmierstofftypen mit unterschiedlicher Additivierung (keine/mild/stark) zur Verfügung, nämlich Mineralöle Syntheseöle Einlaufflüssigkeiten Mineralölbasische Fette Synthetische Fette Haftschmierstoffe 11.4 Klassifikation und Spezifikation 11.4.1 DIN-Normen In den deutschen Normen sind acht Schmierstofftypen aufgefüht, worin die Anforderungen an die Schmierung von Industriegetrieben festgelegt sind (Tabelle 18). 11.4.2 Verbands- und Firmenspezifikationen Verschiedene Hersteller von Industriegetrieben und die AGMA (American Gear Manufactu- rers Association) haben ebenfalls eigene Spezifikationen festgelegt.,

Viskosität / Qualität der Schmierstoffe Penetration ohne EP-Additive mit EP-Additiven

Viskositäts- Schmieröle S chmieröle klassen nach ISO SchmieröleSchmieröle Z Schmieröle Schmieröle C & C-L C-LP Schmier- Schmier- 3448 / NLGI- L-ANDIN51510 B DIN 51513 L-TD DIN 51517 DIN 51 517 fette K fette G Klassen nach DIN 51 501 DIN 51 515 Teil 1 & 2 Teil 3 DIN 51825 DIN 51826 DIN 51818 VG 5 VG 7 VG 10 VG 15 VG 22 VG 32 VG 46 VG 68 VG 100 VG 150 VG 220 VG 320 VG 460 VG 680 VG 1000 VG 1500 NLGI 000 NLGI 00 NLGI 0 NLGI 1 NLGI 2 NLGI 3 NLGI 4

Tabelle 18: Anforderungen an Industrie-Schmierstoffe

, 12. Kühlschmierstoffe 12.1 Einleitung Kühlschmierstoffe werden sowohl bei der spanabhebenden als auch bei der spanlosen Formgebung von Metallen eingesetzt. Eine Vielzahl von Faktoren beinflusst dabei die Wirtschaftlichkeit der Metallbearbeitung. Neben den Einflüssen die vom Material des Werkstücks, des Werkzeugs und der Werk- zeugmaschine ausgehen, bewirken Kühlschmierstoffe in vielen Fällen eine wesentlich günstigere Rentabilität der Fertigungsprozesse. Es hängt natürlich immer von der richtigen Auswahl und der richtigen Anwendung ab, inwieweit die Fertigungszeit und die Ferti- gungskosten gesenkt werden können. So ist es von entscheidender Bedeutung, den wirt- schaftlichen Wert eines Kühlschmierstoffes neben den gewiss wichtigen, technischen Ei- genschaften in die Rentabilitätskalkulation miteinzubeziehen. 12.2 Aufgaben Neben dem Abtransport der Späne (Spüleffekt) und dem temporären Korrosionsschutz besteht die Hauptaufgabe der Kühlschmierstoffe darin, die Schneidentemperaturen der Werkzeuge unter Kontrolle zu halten. Daher hat ein Kühlschmierstoff in der Kontaktzone zwei Hauptaufgaben : Kühlen und Schmieren Kühlen, um die entstehende Wärme abzuführen, und Schmieren, um die Reibung zu ver- mindern. Alle Wirkungen zusammen bilden die Grundlage für den Einsatz von Kühl- schmierstoffen (Bild 22). Daraus ergibt sich, dass bei abzuführenden sehr grossen Wärmemengen, wie sie bei ho- hen Schnittgeschwindigkeiten entstehen, zweckmässig wassergemischte Kühlschmier- stoffe eingesetzt werden. Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe werden bei schwerer, langsamer Bearbeitung verwendet, bei der es hauptsächlich auf Schmierung und Reibungsverminderung an- kommt. Die Beurteilung, ob ein Kühlschmierstoff seine Aufgaben bei einem Fertigungsprozess optimal erfüllt, erfolgt im allgemeinen nach Werkzeugstandzeiten und nach Oberflächengüte sowie Massgenauigkeit der bearbeiteten Werkstücke, KÜHLEN SCHMIEREN REINIGEN VERRINGERUNG VON Scher- Werkzeug- Werkzeug- kraft Werkstück- Span- Einstellung von Reibung Reibung Werkzeug- und Entfernung von Werkstück- Spänen Temperatur Einsparung von Energie (geringere Stromaufnahme) Minimum an Minimum an Optimum an Spannungen Werkzeugverschleiss Oberflächengüte Bild 22 : Aufgaben von Kühlschmierstoffen 12.3 Aufbau Für die Herstellung von Kühlschmierstoffen können die verschiedensten Basisflüssigkei- ten eingesetzt werden, entweder einzeln oder in Kombination untereinander. Es sind dies Konventionelle Mineralöle Hydrocracköle Pflanzliche und tierische Öle Synthetische Flüssigkeiten (Polyalphaolefine, Ester, Polyglykole) Diese Basisflüssigkeiten können in vielen Fällen den Anforderungen der Praxis, insbe- sondere beim Zerspanungsprozess, allein nicht gerecht werden. Um die Leistung zu verbessern, werden deshalb Additive zugesetzt. Die Auswahl der Additive richtet sich nach dem Einsatzzweck. Tabelle 19 gibt einen Überblick über die in nichtwassermischba- ren und wassermischbaren Kühlschmierstoffen verwendeten Additiv-Gruppen. Insgesamt kann man davon ausgehen, dass mehr als 300 Einzelsubstanzen in Kühlschmierstoffen verwendet werden. Bei der Auswahl der Komponenten (Basisflüssigkeiten und Additive) spielen toxikologi- sche und ökologische Anforderungen und Vorschriften eine zunehmende Rolle. Jeder Hersteller von Kühlschmierstoffen trägt diesbezüglich eine grosse Verantwortung, dass nur Komponenten eingesetzt werden, welche die Gesundheit nicht gefährden. Verschie- dene Stoffe (Mineralöle mit zu hohem Gehalt an polycylischen Aromaten, Phenole, Chlor- paraffine, sekundäre Amine, Nitrit) werden deshalb nicht mehr oder kaum mehr einge- setzt. Diese Stoffe können heute in fast allen Fällen durch verbesserte oder andere Pro- dukte ersetzt werden, ohne nachteilige Eigenschaften in der Praxis., Additiv-Typ Nichtwassermischbarer Wassermischbarer Kühlschmierstoff Kühlschmierstoff Hochdruck (EP) - AdditiveXXVerschleissschutz-AdditiveXXSchmierfähigkeitsverbessererXX(polare Wirkstoffe) Oxidationsinhibitoren X KorrosionsinhibitorenXXAnti-Nebelzusätze X AntischaummittelXXStabilisatoren / Lösungsver- X mittler Emulgatoren X Bakterizide / Fungizide X Geruchsüberdecker X FarbstoffeXXTabelle 19 : Additive in Kühlschmierstoffen 12.3.1 Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe Die Zusammensetzung der nicht wassermischbaren Kühlschmierstoffe richtet sich nach der Schwere der vorzunehmenden Operation. Unterschiedlichen Anforderungen kann mit verschiedenen Massnahmen begegnet werden. Dies kann einerseits über die Viskosität gesteuert werden oder dann durch die Zugabe von Additiven. Für einfache Bearbeitungsvorgänge werden meist Öle ohne Zusätze eingesetzt. Für mit- telschwere Operationen - wie z.B. auf Automaten-Drehbänken - finden Öle mit Fettstoffen Verwendung. Schwere Bearbeitungsvorgänge wie z.B. Räumen erfordern ein niedervis- koses, stark additiviertes Öl mit Hochdruckzusätzen auf der Basis von Chlor-, Phosphor- oder Schwefelverbindungen. Niederviskose Öle mit geringeren Anteilen an Additiven wer- den benötigt für das Schleifen oder Honen. Neben diesen sogenannten Hochdruckzusät- zen (englisch als Extreme Pressure- oder abgekürzt EP-Additive bezeichnet), welche für eine genügende Leistung (Performance) des Metallbearbeitungsöls besorgt sind, werden aber auch noch Additive zum Alterungsschutz (Oxidationsinhibitoren), gegen Korrosion, Schaum- und Nebelbildung sowie allenfalls gegen einen zu starken Geruch verwendet., 12.3.2 Wassermischbare Kühlschmierstoffe Diese sind wesentlich komplexer zusammengesetzt als die Metallbearbeitungsöle; insbe- sondere Hochleistungsprodukte enthalten wesentlich mehr verschiedene Additive, damit die an sie gestellten Anforderungen erfüllen können. Sie sind so konzipiert, dass sie vor der Verwendung dem Wasser zugegeben werden müssen. Dabei spielt insbesondere der Emulgator bei diesen Produkten eine wichtige Rolle. Da sich Öl und Wasser bekanntlich nicht mischen lassen, ist dieser Stoff quasi der Heirats- vermittler und sorgt für eine homogene Verbindung. Eine Emulsion besteht aus Öltröpf- chen (Konzentrat), welche im Wasser suspendiert sind. Die Art bzw. der Typus der Emul- sion ist ein kritischer Faktor bei der Beurteilung der Leistung einer Emulsion. Die Unter- scheidung der wassergemischten Kühlschmierstoffe beruht deshalb hauptsächlich auf dem Ölgehalt gemäss Tabelle 20. Dabei finden keine genormten Begriffe Verwendung, sondern Ausdrücke, wie sie sich in der Anwendungstechnik und beim Verbraucher in den letzten Jahren durchgesetzt haben. Kühlschmierstofftyp Mineralölgehalt Konventionelle Kühlschmier-Emulsion > 50 % (Mineral- oder Pflanzenöl) Mineralölarme Kühlschmier-Emulsion 5 - 50 % Synthetische Kühlschmier-Lösung 0 Tabelle 20 : Unterscheidung wassergemischter Kühlschmierstoffe • Konventionelle wassergemischte Kühlschmierstoffe enthalten in der Regel über 50% Mineralöl. Die Öltröpfchen sind relativ gross - bis zu 5 µm - und diese Struktur führt zu einer milchigen Emulsion. Diese grösseren Tröpfchen bewirken gute Schmier- eigenschaften und können auch EP-Additive effizient unterstützen. Auf der andern Sei- te tendieren solche Emulsionen zu geringerer Stabilität und verlangen eine bessere Überwachung. • Mineralölarme wassergemischte Kühlschmierstoffe sind eine Kombination zwischen einem konventionellen und einem vollsynthetischen Kühlschmierstoff. Diese Konzentra- te weisen im allgemeinen Ölgehalte zwischen 5 und 50% auf, und nach dem Ansetzen mit Wasser entsteht eine klare bzw. opaleszierende Emulsion. Das durchscheinende Aussehen erlaubt ein genaues Beobachten präziser Bearbeitungsvorgänge, wie z.B. das Schleifen. Solche Formulierungen tolerieren im allgemeinen eine gewisse Konta- mination mit Lecköl. Einige der als mineralölarm beschriebenen Typen sind eigentliche, nation mit Lecköl. Einige der als mineralölarm beschriebenen Typen sind eigentliche Mikroemulsionen mit Tröpfchengrössen um 1 µm. • Vollsynthetische wassergemischte Kühlschmierstoffe sind definitionsgemäss che- mische Flüssigkeiten, welche kein Mineralöl enthalten. Es sind üblicherweise Lösun- gen, welche vollständig auf wasserlöslichen Chemikalien, inklusive synthetischen oder anderen Estern zur Gewährleistung der Schmierung, aufgebaut sind. 12.4 Klassifikation Es stehen drei DIN-Normen zur Verfügung, welche die Begriffe und Mindestanforderun- gen für Kühlschmierstoffe festlegen. In der Norm DIN 51385 werden die Begriffe festgelegt, die bei der Anwendung von Kühl- schmierstoffen benutzt werden sollen. Die Kühlschmierstoffe werden grob in zwei Grup- pen unterteilt : Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe (Metallbearbeitungsöle, Neat Oils) ha- ben die Bezeichnung „SN“ Wassermischbare Kühlschmierstoffe (Water Soluble Fluids) haben die Bezeich- nung „SE“ Die DIN 51520 legt die Mindestanforderungen und Bezeichnungen für nichtwassermisch- bare Kühlschmierstoffe fest, die DIN 51521 diejenigen für wassermischbare Kühlschmier- stoffe. Die Bilder 23 und 24 zeigen die Unterteilung der Kühlschmierstoffe gemäss den vorgenannten Normen basierend auf der Additivierung.,

Nichtwassermischbar (SN)

Mineralöl mit Mineralöl, ohne Additive reibungsmindernden (SNO) Additiven (SNP) Mineralöl mit chemisch Mineralöl mit chemisch inaktiven EP-Additiven aktiven EP-Additiven (SNPA) (SNPB) Mineralöl mit Mineralöl mit reibungsmindernden reibungsmindernden und und chemisch inaktiven chemisch aktiven EP- EP-Additiven (SNPC) Additiven (SNPD) Bild 23 : Bezeichnungen nichtwassermischbarer Kühlschmierstoffe

Wassermischbar (SE)

Emulgierbarer Wasserlöslicher Kühlschmierstoff (SEM) Kühlschmierstoff (SES) + Wasser + Wasser Kühlschmierstoff-Emulsion (SEMW) Kühlschmierstoff-Lösung (SESW) Emulgierbarer Kühlschmierstoff mit Wasserlöslicher Kühlschmierstoff mit Additiven zur Herabsetzung der Reibung Additiven zur Herabsetzung der Reibung und / oder Erhöhung der Belastbarkeit und / oder Erhöhung der Belastbarkeit (SEMP) (SESP) + Wasser + Wasser Kühlschmierstoff-Emulsion (SEMWP) Kühlschmierstoff-Lösung (SESWP) Bild 24 : Bezeichnungen wassermischbarer Kühlschmierstoffe,

Die in den Normen DIN 51520 und 51521 festgelegten Mindestanforderungen beruhen

auf rein physikalisch-chemischen Labor-Methoden. Welche Prüfungen vorgeschrieben sind, ist in Tabelle 21 wiedergegeben. Nichtwassermisch-bare Wassermischbare Kühl- Wassergemischte Kühl- Eigenschaften Kühlschmierstoffe schmierstoffe schmierstoffe Farbe x Dichte bei 20°CxxFlammpunkt x Viskosität bei 20°C wenn KV40 < 10 mm2/s x Viskosität bei 40°C x Viskosität bei 100°C x Neutralisationszahl x Gesamtschwefelgehalt x ChlorgehaltxxKorrosionswirkung auf x Kupfer Brechzahl x Mineralölgehalt x Wassergehalt x Beständigkeit x pH-Wert x Mischungsverhältnis x Korrosionsschutz x Gehalt des mit Säure x abscheidbaren Anteils Elektrische x Leitfähigkeit Verhalten von Dichtwerk- x stoffen Einwirkung auf x Kupfer Schaumverhalten x Tabelle 21 : Physikalisch-chemische Prüfmethoden, 13. Fette 13.1 Einleitung Es gibt zahlreiche Anwendungsfälle, wo sich flüssige Schmierstoffe nicht eignen, weil sie von der Schmierstelle „weglaufen“. Gemeint sind vor allem Wälz- und Gleitlager, offene Getriebe, Drahtseile oder Kettenantriebe. Bei diesen Applikationen kommen Schmierfette zum Zug. Schmierfette sind konsistente, meistens mineralölhaltige Schmierstoffe. Sie wer- den hergestellt in einem weiten Konsistenz- bzw. Penetrationsbereich von flüssig über pas- tenförmig bis talgartig-fest. 13.2 Definition Für die Definition von Schmierfetten existieren verschiedene Versionen. Die gebräuchlichs- ten sind in Bild 25 zusammengetragen.

Physikalisch betrachtet gehören die Schmierfette zu den Dispersionen, genauer zu den Suspensionen von Festkörpern

in Flüssigkeiten. Es existieren die folgenden Definitionen : Schmierfette sind konsistente Schmierstoffe, die aus Mineralöl und/oder Syntheseöl sowie einem Dickungsmittel bestehen. Sie können Additive und/oder Festschmierstoffe enthalten (DIN 51825). Ein Schmierfett ist ein fester oder halbflüssiger Stoff, der aus der Dispersion eines Dickungsmittels in einem flüssigen Schmierstoff resultiert. Andere Bestandteile, die besondere Eigenschaften vermitteln, können enthalten sein (ASTM D 288). Schmierfette sind fixierte, d.h. nicht frei fliessende Schmierstoffe und als solche, in einem gewissen Grad beständig gegen formverändernde Kräfte. Schmierfette sind am Weglaufen gehinderte Schmieröle. Schmierfette sind physikalisch gesehen kolloidale Suspensionen von geeigneten Verdickern (feste Phase) in Mineralölen und/oder Syntheseölen (flüssige Phase). Bild 25 : Definition von Schmierfetten, 13.3 Aufgaben Die Aufgaben der Schmierfette können wie folgt zusammengefasst werden : Abgabe einer hinreichenden Menge flüssigen Schmierstoffes aus dem Fettverband (Ölabscheidung), um Reibung und Verschleiss über weite Temperaturbereiche und Zeiträume (Lebensdauerschmierung) herabzusetzen. Abdichtung gegen Wasser und abrasiven Stoffen, dazu müssen die Fette eine genü- gende mechanische Stabilität aufweisen. Korrosionsschutz Schmutzaufnahme ohne Funktionsbeeinrächtigung 13.4 Herstellung und Zusammensetzung Zum Aufbau bzw. der Herstellung von Schmierfetten werden drei Komponenten benötigt : l Grundöl (Mineral- bzw. Syntheseöle) Massenanteil 70 - 95 % l Verdicker Massenanteil 3- 30% l Additive Massenanteil 0 - 5 % In den eingesetzten Grundölen werden geeignete feste Stoffe (Verdicker) so dispergiert, dass konsistente Schmierstoffe entstehen. Die weitaus meisten Schmierfette werden mit Seifen (Metallsalzen von Fettsäuren) als Verdicker zubereitet. Zur Herstellung der Seifenschmierfette wird bei verhältnismässig ho- her Temperatur die Fettsäure im Grundöl gelöst und anschliessend das entsprechende Metallhydroxid zugegeben. Nach dem Verkochen des bei der Reaktion entstehenden Wassers lässt man definiert abkühlen, wobei sich der Fettverband bildet. Als Metallverbin- dungen eignen sich für die Fettherstellung Hydroxide von Natrium, Calcium und Lithium und - in vermindertem Masse - Aluminium, früher auch noch Barium. Die langkettigen Fett- säuren stammen aus pflanzlichen Ölen (z.B. Rizinusöl) oder tierischen Fetten (z.B. Talg, Tran) und können hydriert sein. Der bekannteste Abkömmling dieser Gattung ist die 12- Hydroxistearinsäure aus Rizinolsäure. Gelegentlich werden neben den langkettigen Fettsäuren auch kurzkettige Säuren, wie Es- sigsäure, Propionsäure etc. eingesetzt. Es entstehen dann die sogenannten Komplexfette. Die Seifenverbindungen bilden ein faseriges Gerüst, welches das Schmieröl festhält. Nur die Aluminiumseifen weisen eine kugelige Gelstruktur auf. Neben den Metallseifen gibt es auch noch anorganische, aschehaltige Verdicker wie z.B. Bentonit, Graphit, Russ und Kieselgel und aschefreie Polyharnstoffe. Diese Verdicker wer- den meist für Sonderanwendungen, wie z.B. Hochtemperaturfette verwendet., 13.5 Einteilung

In der Praxis werden die Schmierfette nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt.

n Nach dem Typ des Verdickers in l „einfache“ Natrium, Calcium- und Lithiumfette l Natrium-, Calcium- und Lithiumkomplexfette l Bentonit- und Polyharnstoff-Fette n Nach den zu schmierenden Maschinenelementen in l Wälz-, Gleit- und Radlagerfette l Gelenk- und Getriebefette l Chassisfette n Nach der Anwendung in l Tief- Normal- und Hochtemperaturfette l Mehrzweck-, Normal- und Sonderschmierfette l Schmierfette mit Hochdruckeigenschaften n Nach der Konsistenz in neun sogenannte NLGI -Klassen gemäss Tabelle 22.

NLGI-Klasse (1) Walkpenetration nach DIN ISO 2137

in Einheiten (2) 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 - 115 (1) National Lubricating Grease Institute (2) 1 Einheit = 0,1 mm Tabelle 22 : Konsistenz-Einteilung von Schmierfetten, 13.6 Anwendung

Schmierfette werden gezielt für spezielle Applikationen eingesetzt und müssen je nach Einsatzbedingungen unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Einsatzgebiete sind :

l Schmierstellen die gegen den Zutritt von störenden, insbesondere schmirgelnden oder korrosiven Fremdstoffen durch ein Fettpolster geschützt werden sollen l Schmierstellen bei denen eine Verschmutzung des erzeugten Produktes oder von den Reibpaarungen durch abtropfendes Öl vermieden werden muss l Offene Schmierstellen aus denen Öl zu schnell abfliessen würde oder von denen es stark abgeschleudert wird l Schmierstellen mit geringem Schmierstoffbedarf, die nur selten geschmiert werden müssen l Schmierstellen deren Wartungsaufwand gering sein soll l Schmierstellen mit langsamen Gleitbewegungen, hohen Flächendrücken und / o- der stark wechselnden Bewegungen (Stösse / Schock) l Schmierstellen die geräuscharm laufen sollen 13.7 Gebrauchseigenschaften

Grundsätzlich bestimmen Art und Konzentration der drei Grundkomponenten die Einsatz-

möglichkeiten und Eigenschaften von Fetten. n Grundöle l mit niedriger Viskosität ermöglichen gute Tieftemperatureigenschaften ermöglichen gute Förderbarkeit erlauben hohe Drehzahlen bei Wälzlagern l mit hoherViskosität ermöglichen hohe Belastungen erlauben hohe Temperaturen führen zu geringer Ölabscheidung führen zu geringem Verdampfungsverlust n Verdicker beeinflussen Penetration

Tropfpunkt Eindickungsvermögen Verhalten gegenüber Wasser

n Additive verbessern Oxidationsstabilität

Korrosionsschutz Wasserbeständigkeit Haftvermögen Verschleissschutz Typische Kenndaten verschiedener Schmierfette sind in Tabelle 23 aufgeführt.

, Flüssige Phase Mineralöl Mineralöl Mineralöl Mineralöl Syntheseöl Verdicker Natrium- Calcium- Calcium- Lithium-Seife Lithium-Seife Seife Seife Komplex Tropfpunkt, °C 160 100 > 240 190 190 Einsatztemperatur • untere, °C -10 -20 -25 -25 -60 • obere, °C 120 70 130 130 180 Verhalten gegen- ungenügend sehr gut sehr gut gut gut über Wasser Walkbeständigkeit mässig gut gut sehr gut sehr gut Oxidationsstabilität gut gut sehr gut gut sehr gut Preis + ++ ++++ +++ +++++ Tabelle 23 : Typische Kenndaten verschiedener Schmierfette, 14 Literatur ARAL Ölfibeln 1 und 2 Castrol ABC der Schmierstoffe (alte Version) Castrol Moderne Motoren - Funktion und Schmierung DEKRA Betriebsstoffliste 1996 DIN-Taschenbuch 192 Schmierstoffe - Eigenschaften, Anforderungen, Probenahme, Beuth Verlag, 1992 DIN 51520 Nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe, Anforderungen DIN 51521 Wassermischbare Kühlschmierstoffe, Anforderungen U.J. Möller / U. Boor Schmierstoffe im Betrieb, VDI-Verlag Düsseldorf ÖNorm C 2027 Teil 4 : Hydrauliköle HETG - Mindestanforderungen (Vorschlag) Teil 5 : Hydrauliköle HEES - Mindestanforderungen VDI 3397 Blatt 1 Kühlschmierstoffe für spanende Verfahren VDMA 24568 Biologisch schnell abbaubare Druckflüssigkeiten (März 1994)]
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