BASISWISSEN ÜBER SCHMIERUNG SCHMIERÖLE

1. BASISWISSEN ÜBER SCHMIERUNGSCHMIERÖLE NILS spa – Dr. Ivo Cordioli

2. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Schon seid den Anfängen der Menschheit hatte man das Bedürfnis Arbeit bei denen sich Oberflächen berührten zu vereinfachen und den Kraftaufwand zu verringern. Der Gebrauch von verschiedenen pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten als Schmierstoffe wird schon aus der Antike überliefert. Die dargestellten Zeichnungen sind schon über 4000 Jahre alt und zeigen dass es schon zu diesen Zeiten Arbeiter gab welche nur für die Schmierung von Schlitten und ähnlichen Geräten zum Bau von Gebäuden verantwortlich waren.

3. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Von dieser Zeit an hat der technische Fortschritt immer effizientere und tauglichere Substanzen hervorgebracht welche die täglichen Anforderungen der Schmierung immer besser bewältigen können. Heutzutage ist das Angebot an verschiedenen Schmierstoffen enorm: Von normalen Schmierölen für verschiedenste Verwendungen, über Schmierfette, Emulsionen für die Metallbearbeitung und Spezialprodukte Für ganz spezifische Anwendungen.

4. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli • Die Basisaufgaben von Schmierstoffen sind: • SCHMIEREN • KÜHLEN • SCHÜTZEN Der Schmierstoff hat die Aufgabe einen Schutzfilm zwischen verschiedenen Metallischen Oberflächen zu formen um Reibung zu verringern und so den Verschleiß an den Bauteilen zu verhindern. Die Stärke dieses “Films” Beträgt meist nur wenige Micron. (tausendstel Millimeter). Intakter Schmierfilm, komplette Trennung “Gebrochener Schmierfilm”, Kontakt der Oberflächen, Verschleiß

5. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Der meistverwendete Schmierstoff ist bis heute das klassische “Mineralöl”. Das Mineralöl wird aus Rohöl gewonnen durch eine Serie von Prozessen der Raffination in welchen ungewollte Stoffe und Unreinheiten aus dem Rohöl entfernt werden.

6. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Das am Ende dieser Prozesse entstehende Produkte ist keine reine Substanz aber eine Zusammensetzung von verschiedenen Molekülketten. Die wichtigsten Gruppen daraus sind: parafinische Kohlenwasserstoffe naphtenische Kohlenwasserstoffe aromatische Kohlenwasserstoffe Je nach Anforderungen welche an den Schmierstoff gestellt werden, wird ausgesucht welche Basis man verwenden möchte : Das meistverwendete Grundöl ist auf Parafinbasis, wobei hingegen naphtenbasische für Tieftemperaturöle verwendet werden.

7. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli CHEMISCH – PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN Alle Schmieröle werden durch die Verwendung von verschiedenen Chemisch – physikalische Eigenschaften definiert um zu beurteilen für welche Art von Einsatz Sie sich eignen oder welche Vor- oder Nachteile jede einzelne Produkttype aufweist. Es handelt sich hierbei um alle Informationen welche aus technischen Datenblättern ersichtlich sind. Die wichtigsten hiervon sind: VISKOSITÄT’ VISKOSITÄTSINDEX’ STOCKPUNKT (POUR POINT) FLAMMPUNKT’

8. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli VISKOSITÄT’ Die Viskosität ist ein Maß für die innere Reibung, die als Wiederstand gegen die Fortschreitende Lageveränderung der Moleküle durch Fliessen oder Strömen an Flüssigkeiten wirkt. Es ist praktisch die Bezeichnung über die “Flüssigkeit” eines Schmierstoffes. Es gibt Schmieröle welche sehr flüssig, ähnlich Wasser sind, und Schmierstoffe welche eher die Zähigkeit von Honig ähneln. Die Werte der Viskosität werden in mm2/s oder cSt (centistock) oder selten auch in °E (Engler Grade) angegeben und mittels eines Viskosimeters gemessen.

9. Viskosität hoch A tief B hoch tief Temperatur NILS spa – Dr. Ivo Cordioli • Die Viskosität wird an zwei verschiedenen Temperaturen gemessen: • 40°C (“Umgebungstemperatur”) • 100°C (Hochtemperatur) Öle haben die Eigenschaft dass Sie mit steigender Temperatur immer flüssiger werden. Es ist sehr wichtig dass Öle bei höheren Temperaturen nicht zu “dünn” Werden, da ansonsten die Schmierfilmdicke nicht ausreichend ist und es zu Reibungen zwischen den Oberflächen kommt und diese dadurch zerstört werden (Verschleiß) . Öl A: starkes Absinken der Viskosität ÖL B: geringes Absinken der Viskosität

10. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli VISKOSITÄTSINDEX’ Der Viskositätsindex wird aus den verschiedenen Viskositätsmessungen bei 40°C und 100°C berechnet und gibt Auskunft über das Viskositäts– Temperaturverhalten eins Öles. Ein niedriger Viskositätsindex (zB. von 90 bis 100) bedeutet dass die Viskosität Beim erhöhen der Temperatur relativ schnell absinkt. Umgekehrt sinkt die Viskosität bei Ölen mit einem hohen Viskositätsindex, bei steigender Temperatur, langsamer.

11. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Auf Basis Ihrer Viskosität werden Schmieröle in Viskositätsklassen (ISO VG) eingeteilt.

12. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Neben den internationalen ISO VG Normen werden auch die amerikanischen SAE Normen vor allem im Automotivsektor für Motoröle und Getriebeöle verwendet. Spezifizierungen SAE Motoröle

13. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Spezifizierungen SAE für Getriebeöle

14. SAE 50 SAE 40 SAE 30 SAE 20W SAE 10W SAE 5W NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Viskosität SAE 5W-40 SAE 50 SAE 40 SAE 30 SAE 20W SAE 10W SAE 5W Temperatur Was bedeuten Spezifikationen wie 15W40 oder 80W90 welche man auf technischen Datenblättern von Motor- oder Getriebeölen findet? Diese Normen kennzeichnen Mehrbereichsöle, also Öle welche in einem breiten Temperaturbereich eingesetzt werden können, in der die Viskosität für eine optimale Schmierung ausreicht. Ein 5W40 zum Beispiel hat eine typische Tieftemperaturviskosität bei tiefen Temperaturen von einem 5W und bei Hohen von einem SAE 40.

15. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli STOCKPUNKT (POUR POINT) Das ist die niedrigste Temperatur, bei welcher das Öl eben noch fliesst, wenn Es unter festgelegten Bedingungen abgekühlt wird. FLAMMPUNKT Das ist die Temperatur, bei welcher sich die Öldämpfe kurz aufflammen Und gleich wieder erlischen wenn man sich mit einer offenen Flamme nähert.

16. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Der Grossteil der auf dem Markt befindlichen Produkte sind auf Mineralölbasis. jedoch gibt es verschiedene Anwendungen bei denen Mineralöle wenn sie auch gut additiviert sind, nicht ausreichen um die Anforderungen zu erfüllen. In diesem Fall ist es notwendig auf synthetische Schmierstoffe zurückzugreifen, d.h. Produkte welche durch verschiedene chemische Verfahren weiterverarbeitet werden. Die wichtigsten hierbei sind: - PAO (POLI-ALFA-OLEFINE) - ESTERÖLE (SYNTHTISCH und VEGETAL) - POLYGLYCOLÖLE - SILICONÖLE - FLUORIERTE ÖLE

17. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli PAO (POLI-ALFA-OLEFINE) Die PAO Öle werden, immer von einem Rohöl ausgehend hergestellt, aber von Diesem werden einige Teile heraus gebrochen um dann in speziellen Reihenfolgen durch chemische Vorgänge wieder zusammengesetzt zu werden, bis zur Formulierung von neuen, synthetischen Molekülen, welche höhere charakteristische Schmiereigenschaften aufweisen.

18. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli PAO Öle sind also komplett synthetisch, chemisch homogen und frei von jeder Art von Unreinheiten. Aus diesem Grund haben PAO Öle einige höhere Eigenschaften als mineralölbasische Produkte: - Hoher “natürlicher” Viskositätsindex, d.h. nicht durch Additive verändert, Typische Werte über einem VI von 150; Mineralöl Viskosität PAO Temperatur

19. Verlust in Gewicht (%) Mineralöl PAO Viskosität bei 100°C NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Mineralöl Pour point • wesentlich tieferer Stockpunkt • als bei einem Mineralöl in der • gleichen Viskositätsklasse. PAO Für den Gebrauch bei tiefen Temperaturen. Viskosität bei 100°C • geringerer Verdampfungsverlust • als bei Mineralölen in der gleichen • Viskositätsklassen. geringere Nachfüllmengen

20. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli • bessere Oxydationsbeständigkeit Oxydatinsbeständigkeit, h/100 Langsamere Ölalterung und dadurch längere Wechselinterwalle A Mineralöl B Hc Öl C PAO (TOST- Oxydationstest)

21. KETTE POLARER KOPF METALLOBERFLÄCHE NILS spa – Dr. Ivo Cordioli ESTERÖLE Die Esteröle welche als Schmierstoffe verwendet werden, haben eine molekulare Zusammensetzung, aus einem “polaren” Kopf welcher an einer langen “unpolaren” Kohlenwasserstoffkette hängt, welche wiederum mehr oder weniger gesättigt ist. Der polare Kopf dient zur besseren Adhäsion an der Metalloberfläche wodurch ein sehr resistenter Schmierfilm entsteht. Dank dieses “Magneteffektes” sind Esteröle ausgezeichnete Schmierstoffe, und verfügen außerdem über einen hohen, natürlichen Viskositätsindex und einen sehr hohen Flammpunkt.

22. C C NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Weiters werden Esteröle auch wegen Ihrer biologischen Abbaubarkeit verwendet. Die Anwesenheit der “ungesättigten Moleküle” in der Kette ist der Schwachpunkt von Esterölen welche auch maßgeblich die Schmierstoff- Eigenschaften wie Lebensdauer, Temperaturverhalten, Hydrolysebeständigkeit u.a. negativ beeinflussen. Hohe Temp. TERMISCHE STABILITÄT OXYDATIONSSTABILITÄT O Sauerstoff HYDROLYSEBESTÄNDIGKEIT 2 Wasser

23. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Deshalb ist es wichtig zu unterscheiden zwischen: pflanzliche Ester synthetische Ester teilsynthetische Ester pflanzliche Ester Sind meistens biologisch abbaubare Triglyceride, welche mittels Pressverfahren und Reinigung aus Pflanzen und Samen gewonnen werden. Typische Produkte hierbei sind Raps-, Rizinus-, Sonnenblumenöl, usw. Fettsäuren (verschiedene Typen) Glycerine

24. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Die Fettsäuren, aus denen die “Ketten” der Triglyceride bestehen enthalten viele “ungesättigte Fettsäuren”, oder besser gesagt, viele Schwachpunkte. Aus diesem Grund ist der Einsatz dieser Produkte sehr limitiert: • Verwendung bis zu Temperaturen von 80-90°C; darüber oxydieren die • Fettsäuren und bilden feste Ablagerungen und Verkrustungen. -Kein möglicher Einsatz bei Temperaturen unter 0°C weil das Öl „gefriert” • Unbedingte Vermeidung von Kontakt mit Wasser da sich sonst sehr resistente • Ablagerungen bilden Unter der Betrachtung der Eigenschaften dieser Produkte empfiehlt sich ausschließlich der Einsatz bei Verlustschmierungen wie Kettensägenöl.

25. Fettsäuren + Alkohol Herstellung aus pflanzlichen Estern durch Destillation, Reinigung und Wasserstoffbehandlung Herstellung aus Rohöl durch synthetische Verfahren. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli SYNTHETISCHE ESTER Diese Ester sind das Produkt einer synthetischen Reaktion aus: Auf Grund dieser synthetischen Behandlungen erden die ungesättigten Ketten von Esterölen n gesättigte umgewandelt. Dadurch wird das Endprodukt wesentlich resistenter bei hohen Temperaturen, Wasser und Sauerstoff.

26. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Eigenschaften von „gesättigten“ synthetischen Estern: - hoher Viskositätsindex - tiefer Stockpunkt - hoher Flammpunkt - ausgezeichnete Schmiereigenschaften - geringe Verdampfung - lange Lebensdauer - biologische Abbaubarkeit

27. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli ACHTUNG! Es befinden sich auf dem Markt synthetische Ester welche aber “ungesättigt” sind, welche aber von den Eigenschaften her zwischen den pflanzlichen Estern und den gesättigten synthetischen Estern liegen. Diese Produkte sind meist preislich wesentlich günstiger, haben aber bei weitem nicht die Eigenschaften von gesättigten Estern. Von den technischen Daten auf dem Datenblatt ist es fast unmöglich diese beiden Produkttypen zu unterscheiden. Den einzigen Hinweis gibt die sogenannte „Jodzahl“. Diese Zahl gibt den Bestandteil an ungesättigten Ketten im Ölk an.Zum Beispiel:

28. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Vergleichstabelle

29. Parafinkette polare Gruppen NILS spa – Dr. Ivo Cordioli POLYGLYCOLE Die Moleküle der Polyglycolöle (PAG) habe eine Struktur in der viele polare Gruppen enthalte sind. der “Magneteffekt” ist ähnlich wie bei den Esterölen und dadurch sind auch die Schmiereigenschaften dieser Produkte ähnlich gut. Polyglycolöle sind komplett synthetische Produkte und werden vorwiegend als Basis für Industriegetriebeöle verwendet. Andere Vorteile: sehr hoher Viskositätsindex (> 200) lange Einsatzdauer Nachteile: nicht mischbar mit Mineralölen oder Esterölen begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen schlechtes Demulgierverhalten

30. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli • VORTEILE • - maximaler Viskositätsindex • - sehr tiefer Stockpunkt • thermische und oxydative • Stabilität • - gute Dichtungsverträglichkeit • - isolierende Eigenschaften • NACHTEILE • - geringe Schmiereigenschaften • nicht mischbar mit Mineral- • ölen SILICONÖLE • VORTEILE • - ausgezeichnete Schmier- • Eigenschaften • - tiefer Stockpunkt • termische, oxydative, und • chemische Resistenz • - gute Dichtungsverträglichkeit NACHTEILE - sehr hohe Kosten FLUORIERTE ÖLE

31. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli ADDITIVE Um die Eigenschaften von Ölen zu verbessern, sei es bei Mineralölen wie auch bei synthetischen Ölen, werden Additive eingesetzt. Die wichtigsten sind: • Antioxydantien • Korrosionsschutz • Metalldesaktivatoren • Verschleißschutz • Additive “extreme pressure” (EP) • Viskositätsindexverbesserer • Detergenz und Dispersants • alkalische Reserve (TBN)

32. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Antioxydantien Helfen um den Oxydationsprozess und dadurch die Alterung des Öles auf Grund von Hitze, Feuchtigkeit, Luft, usw. zu Verlangsamen. Dadurch werden längere Einsatzzeiten ermöglicht . Korrosionsschutz Schutzen die Metalloberflächen von korrosiven Einwirkungen von Wasser und Sauerstoff. Metalldesaktivatoren Nachdem vor allem Gelbmetalllegierungen (Kupfer, Messing , usw.) die Ölalterung beschleunigen, helfen diese Additive dieses Phenomen zu verringern.

33. Metall Schutzfilm Schmierstoff NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Verschleißschutzadditive Dabei handelt es sich um spezielle Additive welche sich auf der Metalloberfläche verankern und einen dünnen Schmierfilm bilden und so die Berührung der Metalloberflächen minimieren.

34. Additiv- Molekül ÖL ÖL Schwefelatome ÖL ÖL NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Metall Additive “extreme pressure” (EP) Wenn die wirkenden Drücke auf die Oberflächen sehr hoch werden greifen diese speziellen EP Additive (meist auf Schwefelbasis) ins Geschehen ein und reagieren chemisch mit der Oberfläche in dem Sie einen sehr resistenten und widerstands- fähigen Schutzfilm bilden.

35. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Viskositätsindexverbesserer Wie se der Name schon sagt sind diese Additive dazu da den VI zu erhöhen. Diese Additive sind z.B. in den so genannten HVI Ölen vorhanden (high viscosity index) und in den meisten Mehrbereichsölen wie Motor- oder Getriebeölen. Diese sind aus Substanzen zusammengesetzt aus sehr langen Molekülketten welche sich bei tiefen Temperaturen zusammenziehen und bei hohen wieder ausstrecken und so die Viskosität des Öles beeinflussen. kalt Das sind Additive welche sich mit der Zeit verbrauchen da Sie aus langen Ketten bestehen und dadurch bei höheren Temperaturen leicht mechanisch gebrochen werden. Dadurch verringert sich mit der Zeit der Viskositätsindex. warm

36. NILS spa – Dr. Ivo Cordioli detergenti Detergenti / Disperdenti Sono additivi tipici soprattutto degli oli motore con il compito di sciogliere e mantenere in sospensione tutte le impu- rità e le fuliggini che si formano durante l’uso. Queste possono così poi essere eliminate quando si fa il cambio-olio. impurità Riserva alcalina (T.B.N.) Questi additivi, che costituiscono negli oli motore il T.B.N. (total base number) hanno il compito di neutralizzare gli acidi che si formano e limitare così anche l’ossidazione dell’olio e il pericolo di corrodere il motore.

37. Metall- desaktivatoren Korrosions- schutz Korrosions- schutz Verschleiß- schutz Anti oxydantien Verscleiß- schutz Ölmolekül Ölmolekül Additiv EP Additiv EP METALL NILS spa – Dr. Ivo Cordioli Wie wir gesehen haben sind eine Vielzahl an Additiven in Ölen vorhanden wovon die Mehrheit auf der Metalloberfläche agiert. Die Konzentration dieser Additive muss aus diesem Grund ausgewogen sein, damit sie sich nicht gegenseitig in ihrer Arbeit behindern. Dieses ist auch der Hauptgrund warum man von häufigen Vermischungen verschiedener Produkte abrät. Metall- desaktivatoren

38. Danke für Ihre Aufmerksamkeit NILS spa – Dr. Ivo Cordioli NILS AG Bahnhofstr. 30 - 39014 Burgsatll (BZ) tel. +39 0473 292400 - nils@nils.it- www.nils.eu