Schmieröl

Diskutiere Schmieröl im Motoren & Motortuning Forum im Bereich Technik; Schmieröle sind die wichtigsten technischen Schmierstoffe. Sie dienen zur Verringerung von Reibung, die Geräuschentwicklung und besonders...
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Nitro Chris

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Schmieröle sind die wichtigsten technischen Schmierstoffe. Sie dienen zur Verringerung von Reibung, die Geräuschentwicklung und besonders Materialverschleiß verursacht. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Schmieröl auch die Wärmeabfuhr. Schmieröl bildet zwischen bewegten Flächen, etwa in einem Scharnier, einen Gleitfilm; näheres dazu im Artikel Schmierung.

Bei anspruchsvollen Umgebungen, die zum Beispiel Regen oder Staub ausgesetzt sind, nutzt man Schmierfette, welche die Lagerstellen beziehungsweise Wälzlager auch gegen äußere Einflüsse abschirmen können und länger an der Schmierstelle verbleiben, da sie viskoser (zäher) sind.

Klassifizierung

nach Herkunft:

- Biogene Schmierstoffe aus pflanzlichen Ölen und tierischen Fetten
- mineralische Öle
- synthetische Öle

nach Viskosität:

nach Anwendung:

- Maschinenöl
- Motoröl
- Getriebeöl
- Öl für feinwerktechnische Geräte, z. B. Nähmaschinenöl
- Kettenöl
- Hydrauliköl
- Kühlschmiermittel
- Schneidöl wird bei der zerspanenden bzw. spanabtragenden Metallbearbeitung verwendet


Motorenöle

Der Gesamtanteil der Motoröle stellt mit etwa 50 % der Gesamtmenge in Europa und etwa 32 % in Deutschland die größte Einzelgruppe der Schmierstoffe dar; die Gesamtmenge stagniert seit etwa 2001 bei rund 344.000 Tonnen pro Jahr. Dabei werden sie in nahezu allen Personen- und Lastkraftwagen eingesetzt.

Verbrennungsmotoren stellen hohe Ansprüche an das Motoröl. Das Motoröl ist nicht nur Schmierstoff, sondern hat weitere wichtige motorische Aufgaben, nämlich:

- Übertragung von Kräften (hydraulisch in Kettenspannern und Stößel)
- Verschleißschutz (der sich gegeneinander bewegenden Motorteile)
- Korrosionsschutz der Motorteile gegenüber aggressiven Verbrennungsprodukten durch Bildung von Schutzschichten auf der Metalloberfläche
- Abdichten (des Brennraums zum Kurbelgehäuse, der Ansaug- und Abgaskanäle über die Ventilführungen zum Ventiltrieb)
- Kühlen (von v. a. Kolben und Kurbelwelle)
- Neutralisation von sauren Verbrennungsprodukten durch chemische Umwandlung
- Reinhaltung der Motorenteile durch Ablösen von Verbrennungsrückständen (und Alterungsprodukten des Motoröls) mit öllöslichen Seifen
- Schmierung (Trennung der sich gegeneinander bewegenden Metallflächen)
- Dispergieren von festen Fremdstoffen, Staub, Abrieb, Verbrennungsprodukte wie Ruß oder Asche

Um diese Aufgaben erfüllen zu können, werden vielerlei Anforderungen an das Motoröl gestellt, die durch chemische, physikalische und technologische Eigenschaften charakterisiert sind. Diese Eigenschaften sind vereinfacht:

- Viskosität und Fließverhalten
- Oberflächenaktives Verhalten
- Neutralisationsvermögen

Daneben werden folgende Anforderungen an das Motorenöl gestellt:

- Neutrales Verhalten gegenüber Dichtungswerkstoffen
- Geringe Schaumneigung
- Lange Gebrauchsdauer, lange Ölwechselintervalle
- Niedriger Ölverbrauch
- Niedriger Kraftstoffverbrauch
- Kraftstoffverträglichkeit
- Umweltverträglichkeit

Mineralische Öle

Moderne Viertaktmotoren-Öle sind in der Regel Mineral- oder Synthetikgrundöle mit einem Additivpaket. Das Grundöl ist beim Mineralöl ein Erdöldestillat. Da Öle einen so hohen Siedepunkt haben, dass sie sich normalerweise bereits beim Destillieren zersetzen würden, wird dies unter Vakuum (siehe Vakuumdestillation) durchgeführt. Dies senkt den Siedepunkt soweit ab, dass Temperaturen von maximal 350 °C ausreichen. Die Destillate werden danach unter anderem noch gefiltert, geklärt und raffiniert, sodass man ein unlegiertes Öl mit einer bestimmten Viskosität erhält. Dieses Öl ist kein reiner Stoff, sondern eine Fraktion, also ein Gemisch unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe mit ähnlichem Siedebereich. Diese Öle waren lange Zeit die einzigen im Kfz verwendeten Öle, heute sind sie von einigen Herstellern noch als Kompressorenöl oder Maschinenöl im Angebot (sehr alte Motoren (Vorkriegsmaschinen) benötigen diese Öle, da deren Dichtungsmaterialien oft nicht mit den modernen Additiven verträglich sind).

Bis in die vierziger Jahre und danach wurden hochbelastete Motoren (vor allem Motorradrennmotoren) auch noch mit Pflanzenöl (Rizinusöl) geschmiert, die Firma Castrol hat sich ihre Reputation mit derartigen Ölen erworben. Rizinusöl heißt auf englisch castor oil.

Bereits in der Vergangenheit wurden diverse Mittel angeboten, welche die Ölqualität der Mineralöle verbessern sollten; einige davon gibt es noch heute. Neben Festkörperzusätzen wie Molybdändisulfid und Kolloidgraphit (Kugelgraphit) gab es auch verschiedene chemische Zusätze, die teilweise ihren Zweck recht gut erfüllten. Ungefähr in den 1940er Jahren kamen Öle auf den Markt, die serienmäßig mit derartigen Zusätzen ausgestattet waren und als HD-Öle (heavy duty – hohe Beanspruchung) vermarktet wurden.

Synthetische Öle

Die ersten synthetischen Schmierstoffe wurden in den 1930er und 1940er Jahren von Hermann Zorn (dem „Vater der synthetischen Schmierstoffe“) bei der I.G. Farben in Oppau und später in Leuna entwickelt. Ausgangspunkt waren Versuche mit Erdöl und diversen Additiven und später Synthetisierung durch Äthylen. Erstes synthetisches Schmieröl (s. a. Synthetisches Öl) dieser Art war das SS 906. Die Bedeutung dieser synthetischen Schmieröle lag u. a. in der Entwicklung der Viskosität auch unter extremen Temperaturbedingungen (z.B. deutsche Ostfront-Einsätze während des Zweiten Weltkrieges). Diese Arbeiten führten zu der Herstellung von über 3500 Estern in den genannten Jahren, darunter auch Diester und Polyolester.

Biogene Öle

Es existiert eine relativ große Palette von hochwertigen Ölen auf der Basis nachwachsender Rohstoffe für Zwei und Viertakt-Motoren (Biogene Schmierstoffe); diese bestehen im Regelfall aus synthetischen Estern auf Pflanzenölbasis. Durch den Verzicht von zink- oder phosphorreichen Additiven können sie zudem die Haltbarkeit von Katalysatoranlagen erhöhen. Für Dieselmotoren sind entsprechende Öle in der Entwicklung.

Der Anteil der biogenen Motoröle lag 2003 bei nur 0,02 % und somit bei 61 t, obwohl die Öle vergleichbare Eigenschaften haben. Auch 2005 lag der Anteil noch weit unter einem Prozent des Gesamtmarktes, hatte mengenmäßig allerdings mittlerweile 2000 t erreicht. Der Grund für den geringen Anteil dürfte im höheren Preis und der geringeren Bekanntheit der biogenen Öle liegen.

Mehrbereichsöle

Mit der Entdeckung der Polymere Ende der 1960er wurden damit die Mehrbereichsöle entwickelt. Diese Öle haben die Eigenschaft, dass sie bei unterschiedlichen Temperaturen ihre Viskosität nicht so stark ändern wie Einbereichsöle. Das ermöglicht es, im Sommer und im Winter das gleiche Öl zu benutzen und erleichtert das Starten des Motors bedeutend. Außerdem erfolgt bereits bei kaltem Motor eine schnellere Schmierung des Motors, so dass sich der durch Kaltstarts verursachte Verschleiß verringert. Diese Vorteile sind so gravierend, dass die Einbereichsöle schnell völlig vom Markt verschwunden waren. Die Chemiker der Ölhersteller stellten auch fest, dass es synthetische Stoffe gibt, die genauso gut schmieren wie Mineralöle und einige andere vorteilhafte Eigenschaften haben. Diese Eigenschaften ließen sich auch exakter definieren als beim Naturprodukt Erdöl.

Dies war die Geburtsstunde der Synthetiköle, die inzwischen überragende Eigenschaften haben. Sie lassen sich für sehr große Viskositätsbereiche herstellen, haben eine gute Kältefließfähigkeit, neigen nicht zum Verkoken und sind sehr druck- und temperaturstabil. Druckstabil sind sie in zweierlei Hinsicht: zum Einen bauen sie einen sehr tragfähigen Schmierfilm auf, der auch unter extremen Belastungen nicht abreißt, zum Anderen wird die Struktur der Moleküle im Betrieb schwerer zerstört als beim Mineralöl. Für hochbelastete Sportmotoren können teilweise nur noch synthetische Motorenöle verwendet werden.

Mischen verschiedener Öle

Pflanzenöle, zum Beispiel ein biologisch abbaubares Kettenspray auf Basis von Rapsöl, sind nicht mit mineralischen Schmierölen oder -fetten mischbar; das heißt, die Öle lösen sich zwar ineinander, sind so aber nicht technisch verwendbar.

Beim Mischen von Synthetik- und Mineralölen sind die Meinungen kontrovers. Während es auf der einen Seite heißt, das Mischen heutiger Öle sei problemlos möglich, heißt es auf der anderen, die Wirkung der Additive könne durch das Mischen vermindert werden. Motorenöle, welche die API-Spezifikation erfüllen, müssen immer untereinander mischbar sein, die Qualität muss dann immer noch der des niedrigsten der enthaltenen Öle entsprechen.

Leichtlauföle

(Voll)synthetische Leichtlauföle ermöglichen Treibstoffeinsparungen von 1 bis 6 %. Da die zum Teil abgesenkte HTHS-Viskosität (Öle wie 0W-30, 0W-40, 5W-30, 5W-40) zu Schmierproblemen führen kann, wird eine Freigabe des Motorherstellers benötigt.

Quelle: de.wikipedia.org
 
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SAE-Spezifikation

Die SAE-Viskositätsklassen wurden 1911 von der Society of Automotive Engineers festgelegt, um den Verbrauchern die Auswahl des richtigen Öls zu erleichtern. Einbereichsöle haben eine Kennung im Format „SAE xx“ oder „SAE xxW“ (W = Winter). Dabei stehen die kleineren Zahlen für dünnflüssige, die größeren für zähere Öle. Mit der Einführung der Mehrbereichsöle ließ sich das System nicht mehr anwenden und wurde folglich erweitert: Das Format lautet jetzt „SAE xxW-yy“. Diese Schreibweise bedeutet, dass das betreffende Öl bei 0 °F (etwa −18 °C) in den Eigenschaften einem Einbereichsöl der Viskosität SAE xxW entspricht, bei 210 °F (etwa 99 °C) dagegen einem SAE yy-Öl. Um diese Eigenschaft zu erreichen, enthalten Mehrbereichsöle Polymere, die ihre räumliche Struktur temperaturabhängig ändern. Anschaulich dargestellt sind die Moleküle in kaltem Öl zusammengeknäuelt, mit steigender Temperatur strecken sich die Moleküle immer mehr, und erhöhen dadurch die Reibung zwischen den Teilchen.

Ein preiswertes Standard-Mineralöl hat in der Regel die Viskosität SAE 20W-40 oder 15W-40. Hochwertige Synthetiköle sind inzwischen bei den Viskositätsbereichen 0W-20, 5W-50 und 10W-60 angelangt. Im Prinzip lässt sich jedes Öl verwenden, das den vorgeschriebenen Bereich überstreicht. Wenn also ein 20W-40-Öl vorgeschrieben ist, wird der Motor auch problemlos mit einem 10W-40 oder einem 20W-50-Öl laufen, ohne Schaden zu erleiden. Die Ölhersteller empfehlen jedoch für den Gebrauch in Motorradmotoren mit gemeinsamem Ölkreislauf Motor/Getriebe die Verwendung spezieller Motorradöle; unter anderem, um Probleme mit rutschenden Kupplungen zu vermeiden. Außerdem empfehlen sie, keine dünnflüssigen Öle (also solche mit kleineren SAE-Werten als 5W-yy) zu verwenden, weil ein viskoseres Grundöl langzeitstabiler ist. Speziell die im Getriebe auftretenden extrem hohen Drücke und Scherbelastungen brechen die oben erwähnten Polymere (die bei Ölen mit einem großen Viskositätsbereich in größerem Anteil enthalten sein müssen) mit der Zeit auf. Unter anderem deshalb verliert das Öl mit der Zeit an Viskosität.

Die Viskosität beschreibt nur eine Eigenschaft eines Öls und enthält keinerlei Aussage zur Qualität, ist jedoch wichtig für die Einhaltung des korrekten Öldrucks. Ein zu hoher Öldruck kann Dichtungen beschädigen, ein zu niedriger die Lager.

Die SAE-Viskositätsklassen 70W bis 250 finden Verwendung für die Klassifizierung von Getriebeölen

API-Spezifikation

API-Klassifikationen wurden vom American Petroleum Institute geschaffen. Sie definieren gewisse Mindestanforderungen an Motoröle. Es gibt unterschiedliche Klassifikationen für Ottomotoren und Dieselmotoren, gekennzeichnet durch den Buchstaben S (Service, bzw. Spark Ignition) für Ottomotoren und C (Commercial, bzw. Compression Ignition) für Dieselmotoren sowie je einen weiteren Buchstaben, der die Qualitätstufe indiziert. Je höher im Alphabet der Zusatzbuchstabe ist, umso anspruchsvoller die Prüfungen an das Öl. Somit hat ein Motoröl mit der Kennung API SL eine höhere Qualitätsklasse als eines mit API SG. Die derzeit höchsten Qualitätsklassen sind SM bzw. CJ.

Es folgt eine Aufstellung einiger existierenden Klassen mit einer kurzen Beschreibung:

Ottomotorenöle:

Anhang anzeigen 45383

Dieselmotorenöle:

Anhang anzeigen 45384

Zweitaktöle: Die Klassifikationen API TA bis TC bezeichnen speziell Zweitaktöl (Siehe unten: Zweitaktölklassen)

Weitere: Es gibt neben den API-Spezifikationen noch die MIL-Spezifikationen der US-Streitkräfte, die in Deutschland allerdings ohne praktische Bedeutung sind, sowie die Spezifikationen des CCMC, beziehungsweise der Nachfolgeorganisation ACEA (Verband der Europäischen Automobilhersteller).

ACEA-Spezifikation

Die Motoröl-Spezifikationen der Association des Constructeurs Européens d’Automobiles sind den Forderungen an einen Motor für den Betrieb nach europäischen Verhältnissen angepasst und stellen derzeit (2008) die aktuelle Norm für Motoröle dar. Neben Motoren europäischer Auslegung beachten die Normen auch einige amerikanische Modelle und Prüfläufe und gewährleisten somit eine gewisse Verzahnung mit den API-Klassifikationen.

Es gibt vier Kategorien:

A = Otto-Motoren
B = kleinvolumige Dieselmotoren in PKW, Vans und Kleintransportern
C = PKW-Dieselmotoren mit Partikelfilter
E = LKW-Dieselmotoren

Diese werden noch einmal differenziert in die Klassen A für Ottomotoren und B für Dieselmotoren:

A1/B1: Leichtlauf-Motoröle, SAE 0W-30, 5W-20, 5W-30, 10W-30; abgesenkte HTHS-Viskosität (2,9–3,5 mPa*s)
A2/B2: Standard-Motoröle, HTHS-Viskosität (> 3,5 mPa*s)
A3/B3: Premium-Motoröle – besonders scherstabil, SAE 0W-X, 5W-X, 10W-40, 15W-40 für verlängerte Intervalle HTHS-Viskosität (> 3,5 mPa*s)
A4/B4: wie A3 / B3 aber auch für DI-Diesel einschließlich CR-Diesel, SAE 0W-30, 0W-40, 5W-30, 5W-40, 10W-40; A4 reserviert für DI-Otto; HTHS-Viskosität (> 3,5 mPa*s)
A5/B5: Premium-Leichtlauföle: ähnlich A3 / B4, SAE 0W-30, 5W-30 jedoch abgesenkte HTHS-Viskosität wie A1 / B1 (< 3,5 mPa*s) für verlängerte Intervalle

- Die Klassifizierung C für PKW Dieselmotoren mit Partikelfilter kennzeichnet so genannte Low SAPS-Öle. Diese weisen bei der Verbrennung stark begrenzte Anteile an Sulfatasche, Phosphor und Schwefel (SAPS) auf, welche als aschebildende Bestandteile die Durchlässigkeit des Partikelfilter ungünstig beeinflussen könnten.

C1: Low SAPS Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität < 2,9 mPa*s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A5/ B5 jedoch mit stark begrenzten Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel.
C2: Low SAPS Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität > 2,9 mPa*s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A5/ B5 mit begrenzten, aber höheren Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel als für C1-04.
C3: Low SAPS Öl mit hoher HTHS-Viskosität > 3,5 mPa*s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A3/ B4 mit begrenzten, aber höheren Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel als für C1-04.

JASO-Spezifikation

Klassifizierung der Japanese Automotive Standards Organisation, eine Spezifikation für einfache Anforderungen, vor allem in Asien:

Anhang anzeigen 45385

Zweitaktölklassen

Zweitaktöle werden eingeteilt in die Klassen API TA bis TC für Mofas, Motorräder, Rasenmäher, Motorsägen usw. sowie API TD und die NNMA-Klassen TC-W (entspricht API TD), TC-WII oder TC-W3 für Zweitakt-Außenbordmotoren. Auch hier gilt, dass der spätere Buchstabe beziehungsweise die höhere Ziffer für die höhere Qualität steht.

ISO-Norm / GLOBAL

GLOBAL ist eine Vereinigung Europäischer Zweitaktmotorenhersteller, welche die Leistungsforderungen in ISO Spezifikationen niederschreibt.

Anhang anzeigen 45386

Spezifizierung nach API-Norm

Anhang anzeigen 45387

Spezifizierung nach JASO-Norm

Anhang anzeigen 45380

NMMA-Spezifikation

Für Anforderungen in Außenbordmotoren ist faktisch nur noch eine NMMA-Klasse gültig.

Anhang anzeigen 45381

Getriebeöle API-Klassifikation

Getriebeöle werden mit dem Kürzel GL (gear lubricant) und den Ziffern 1 bis 5 beschrieben. Die Ziffern kennzeichnen die Belastbarkeit des Öls.

Die API Klassifikation unterscheidet für Getriebeöle die Abstufungen

Anhang anzeigen 45382

Quelle: de.wikipedia.org
 
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