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0Wissenswertes über Schmierstoffe von ADDINOL
Welche Arten von Schmierstoffen gibt es?
Schmierstoffe werden grundsätzlich durch ihren Aggregatzustand unterschieden. Es gibt:
- flüssige Schmierstoffe (Öle, Kühlschmierstoffe)
- halbfeste Schmierstoffe (Schmierfette, Pasten)
- feste Schmierstoffe (Graphit, Keramik)
- gasförmige Schmierstoffe (Luft)
Welche Aufgaben haben Schmierstoffe?
Schmierstoffe jedweder Art haben zuallererst den Auftrag, Reibung in einem mechanischen Prozess zu verringern und zwei aufeinandertreffende Körper bestmöglich voneinander zu trennen. Dadurch wird ein guter Arbeitsprozess gewährleistet und unliebsame Nebenerscheinungen wie Verschleiß oder Hitzebildung verringert.
Treffen zwei Körper aufeinander, bilden sich mitunter kleinste Unebenheiten im Material, die für immer mehr Widerstand und Abnutzung zwischen den Reibpartnern sorgen. Schmierstoffe verlangsamen diesen Prozess deutlich und sorgen für eine längere Lebensdauer von z.B. Motoren, Getrieben oder Hydraulikanlagen.
Zusammengefasst sind die wichtigsten Eigenschaften von Schmierstoffen:
- Reduzierung von Reibung durch Separierung der Reibpartner
- Kühlende Wirkung durch Abführen der Reibungswärme
- Schutz von Oberflächen vor Korrosion und Verschleiß (z.B. abrasiver und adhäsiver Verschleiß)
- Sauberhalten der Schmierstelle durch Abtrag von Schmutzpartikeln und Verbrennungsrückständen
- Abdichtfunktion an kritischen Stellen
- Übertragung von Kräften bei Servolenkung, Hydrauliken usw.
Schmierstoffe sollen die Reibpartner so gut wie möglich voneinander trennen
Typische Schmierverfahren sind u.a. die Tauchschmierung und die Druckumlaufschmierung.
Herstellung von Schmierstoffen
Die Grundöle für die Schmierstoffproduktion werden aus Erdöl gewonnen. Das Erdöl besteht wiederum aus Kohlenwasserstoffverbindungen, die durch chemische Verfahren in einzelne Bestandteile zerlegt werden können. Mithilfe einer atmosphärischen Destillation werden aus dem Rohöl verschiedene Endprodukte gewonnen, die sich in bestimmten Temperaturbereichen abspalten. Durch Erwärmen, Verdampfen und Kondensieren trennt sich das Erdöl in seine natürlichen Bestandteile auf. Dazu gehören Erdgas, Benzin, Diesel, Schmieröle bis hin zu Teer. Gase wie Methan bestehen aus einfachen Kohlenwasserstoffverbindungen wie CH4. Benzin ist schon wesentlich komplexer und besteht aus 5-12 aneinanderhängenden Kohlenstoffatomen mit verketteten Wasserstoffatomen. Schmieröle bewegen sich von C20 bis C35. Bitumen sind sehr langkettig und bestehen aus über 80 verketteten Kohlenstoffatomen.
Bei der Destillation von Erdöl entstehen verschiedene Endprodukte
Das Destillat aus Erdöl muss nach Gewinnung nochmals raffiniert werden, um ein hochwertigeres Grundprodukt zu bilden. Je reiner die Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindung ist, desto leistungsfähiger ist das Öl im Anwendungsfall. Dadurch verbessert sich die Alterungsbeständigkeit, das Viskositäts-Temperatur-Verhalten und das Kaltstartverhalten des Schmieröls.
Die Gewinnung der Grundöle für Schmierstoffe geschieht z.B. durch Vakuumdestillation
Durch spezielle Prozesse wie das Cracken oder das Hydrocracken werden weniger wertvolle Bestandteile des Rohöls in wertvolle Schmierstoffe umgewandelt. Beim Cracken werden Kohlenwasserstoffmoleküle der Länge C5 bis C12 aufgebrochen und auf die Größe von Gasen (C2 und C3) reduziert. Daraus werden später durch Polymerisation synthetische Grundöle hergestellt wie PAO, PIB oder PIO.
Das Hydrocracken beschreibt den Prozess der Zerlegung langkettiger Kohlenwasserstoffverbindungen (> C35) auf Ölmolekülgröße (C20 bis C35). Dabei lagern sich Wasserstoffatome an den aufgebrochenen Stellen an und schließen die Lücken in der Molekülstruktur. Diese Schmierstoffe zählen mit zu den Mineralölen.
Wichtige Kennwerte von Schmierstoffen
Schmierstoffe bestehen aus Grundölen und Additiven, welche je nach Anwendungsfall unterschiedlich miteinander vermischt werden. So haben z.B. Öle für Autos mit Verbrennungsmotoren ganz andere Anforderungen zu erfüllen als Öle für Autos mit Elektromotoren. Bei den Grundölen sind Viskosität, Raffinationsgrad und die Vorbehandlung wesentliche Qualitätsmerkmale. Wie schon beschrieben, wird bei den Grundölen zwischen Mineralölen (Gewinnung aus Rohöl) und Syntheseöl (künstliche Ölproduktion) unterschieden. Die Automobilindustrie strebt in der Entwicklung nach Emissionsreduzierung, Verbrauchsreduzierung, verlängerten Ölwechselintervallen und einer längeren Lebensdauer bei Schmierstoffen. Daher werden immer leistungsfähigere Grundöle gefordert, welche mit Eigenschaften wie einem niedrigen Schwefelgehalt, einer hohen thermischen Stabilität oder einer großen Homogenität versehen sein müssen.
Wichtige Kennwerte für Schmierstoffe sind:
- Flammpunkt
- Pourpoint
- Neutralisationszahl
- Scherstabilität
Die API (American Petroleum Institute) hat eine Klassifizierung herausgegeben, um die verschiedenen Grundöle in Kategorien einzuordnen und sie besser vergleichbar zu machen.
| Gruppe | Viskositätsindex (VI) | Gesättigte Kohlenwasserstoffe in % | Schwefelgehalt in % | Beschreibung |
| I | 80-120 | < 90 | > 0,03 |
|
| II | 80-120 | ≥ 90 | ≤ 0,03 |
|
| III | > 120 | ≥ 90 | ≤ 0,03 |
|
| IV | - | - | - |
|
| V | - | - | - |
|
Mineralöl vs. Syntheseöl
Bei den mineralischen Grundölen (Gruppe I-III) wird ein geringer Schwefelanteil im Öl gewünscht, da Schwefel als Verunreinigung im Öl zu erhöhter Säurebildung beitragen kann. Die Kohlenwasserstoffverbindungen benötigen zudem einen hohen Sättigungsgrad. Dass heißt, dass die Verbindungen möglichst geschlossen sein müssen und sich keine freien Atome mehr anschließen können. In der Praxis lagern sich sonst vornehmlich Sauerstoffatome an den freien Stellen an, was zu einer schnelleren Ölalterung beiträgt. Ein hoher Viskositätsindex ist wiederum wichtig für die Temperaturbeständigkeit des Schmierstoffs. Je höher der VI ist, desto besser kann das Öl in tiefen und hohen Temperaturbereichen operieren. Das ist vor allem für Motorenöle relevant, da diese bei kalten Außentemperaturen sowie hohen Betriebstemperaturen fließfähig bleiben müssen. Mineralöl wird ausschließlich aus Erdöl gewonnen. Es muss mit Trenn- und Reinigungsvorgängen verfeinert werden. Die Kombination der Grundbausteine ist zufällig und hängt von der jeweiligen Erdölquelle ab, in der sich verschiedene Fremdstoffe befinden können.
Die synthetischen Grundöle aus der Gruppe IV und V haben von Haus aus einen hohen VI, sind gesättigt und Schwefelfrei. Dadurch sind die Öle sehr alterungs- und temperaturbeständig, aber auch teuer in der Produktion. Syntheseöl kann ebenfalls aus Erdöl gewonnen werden, jedoch auch aus Kohle oder Pflanzenölen. Hierbei werden kurze Kohlenwasserstoffketten (C2H4 oder C3H6) zu Schmierölmolekülen zusammengesetzt. Syntheseöl muss nicht ausschließlich aus Kohlenwasserstoff bestehen. Es kann Sauerstoff (synthetische Ester, Polyglykole), Phosphor (Phosphorsäureester) oder Silizium (Silikonöle) enthalten sein. Die Molekülstruktur ergibt sich aus dem Bearbeitungsprozess. Ziel ist es, homogene Strukturen ohne unerwünschte Fremdstoffe zu bilden.
| Vorteile | Nachteile | |
|---|---|---|
| Mineralöl |
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| Syntheseöl |
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Zusammensetzung von Schmierstoffen
Zu den Grundölen, welche mit einer möglichst guten Qualität die spätere Leistungsfähigkeit des Endprodukts entscheidend mitbestimmen, werden Additive in der Formel hinzuaddiert. Additive verbessern oder verstärken die Eigenschaften des Grundöls und fügen dem Basisöl auch neue Eigenschaften hinzu.
Häufig verwendete Additive bei Schmierstoffen sind:
- Korrosionsschutz-Additive
- Oxidationsinhibitoren
- Verschleißschutz-Additive
- Detergents/Dispersants
- VI-Verbesserer
Schmierstoffe sind demnach immer aus reinen Grundölen und speziell hinzugefügten Additiven zusammengesetzt, die je nach Einsatzbereich des Öls ausgewählt werden. Der Hauptbestandteil eines Schmierstoffs ist immer das Grundöl. Die Additive nehmen etwa 10-20% des Schmierstoffes ein. In Ausnahmefällen kann der Additiv-Anteil auch bis 30% reichen.
Einfache Gleichung: Schmieröl = Grundöle + Additive
Viskosität von Schmierstoffen
Die Viskosität, bzw. Zähigkeit ist ein Maß für die innere Reibung eines Öles beim Fließen. Sie ist stark temperaturabhängig:
- Kalte Öle haben eine große innere Reibung und sind daher hoch viskos
- Warme Öle haben eine geringere innere Reibung und sind niedrig viskos
Die Viskosität bezeichnet also die Dick-, bzw. Dünnflüssigkeit eines Schmierstoffes. Jedoch ist Viskosität nie ein Qualitätsmerkmal eines Öles. Je nach Anwendungsfall werden Schmierstoffe mit niedriger oder hoher Viskosität benötigt.
Die Viskoität eines Öls entscheidet darüber wie dickflüssig, bzw. wie dünnflüssig es ist
Abnutzung der Schmierstoffe
Durch stetige Belastung, natürliche Alterung und andere Einflüsse kommt es auch bei den Schmierstoffen irgendwann zu einer Abnutzung.
Die häufigsten Gründe für einen Verfall der Schmierstoffe sind:
- Viskositätsveränderung durch Hitze/Kälte
- Chemische Verunreinigungen durch Säuren
- Oxidation
- Gas- oder Wassereinlagerungen
- Verschmutzung durch Partikel
- Abbau der Additive und Verlust der Öleigenschaften
Dann wird es höchste Zeit, einen Ölwechsel vorzunehmen, um keine Schäden an den Reibpartnern zu riskieren und weiterhin eine gute Schmierung der Komponenten zu gewährleisten. Meist bestimmt der Hersteller der Maschinen über Ölwechselintervalle oder aber man kann das verwendete Öl auf seine Eigenschaften testen lassen, um den Zeitpunkt für einen Wechsel herauszufinden.
Schmierstoffe richtig entsorgen
Kommt es zu dem Fall, dass Schmierstoffe nicht mehr wie gewünscht funktionieren, steht man vor der Herausforderung, das Altöl richtig zu entsorgen. Keinesfalls darf man das Öl in den normalen Hausmüll geben oder in den Ausguss gießen. Bereits kleinste Mengen an ausgelaufenem Öl können tausende Liter Grundwasser verunreinigen. Wer bei der Umweltverschmutzung erwischt wird, muss mit hohen Bußgeldern rechnen.
Sicherer und vor allem umweltfreundlicher ist die Entsorgung des Altöls auf folgenden Wegen:
- Öl beim Händler entsorgen: Dieser ist verpflichtet, das benutzte Altöl kostenfrei zurückzunehmen, um es der Wiederaufbereitung oder Entsorgung zuzuführen.
- Altölabgabe bei der Kommune: Jede Gemeinde verfügt über einen Recyclinghof oder eine Sammelstelle, bei der alte Schmierstoffe abgegeben werden können. Bei größeren Mengen Altöl können jedoch Kosten entstehen.
- Altölentsorgung an der Tankstelle: Tankstellen verfügen in der Regel über Sammelbehälter oder Absaugvorrichtungen, in die man das Öl einleiten kann. Man sollte sich vor Abgabe des Altöls informieren, ob dabei Kosten entstehen.
- Ölentsorgung bei der Werkstatt: Nimmt die Werkstatt einen Ölwechsel vor, entsorgt sie das Altöl meist automatisch.
Achten Sie vor der Entsorgung des Schmierstoffes darauf, dass dieser nicht durch andere Stoffe verunreinigt ist. Außerdem sollten verschiedene Altöle nicht zusammengeschüttet, sondern separat entsorgt werden.