Schmieröl

Schmieröle sind die wichtigsten technischen Schmierstoffe. Sie dienen zur Verringerung von Reibung, die Geräuschentwicklung und besonders Materialverschleiß verursacht. Darüberhinaus 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.  

Man unterscheidet Schmieröle

• nach Herkunft:
  • pflanzliche Öle
  • tierische Öle
  • mineralische Öle
  • synthetische Öle
• nach Viskosität
• nach Anwendung:
  • Motoröl
  • Kettenöl
  • Öl für feinwerktechnische Geräte, z. B. Nähmaschinenöl

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Geschichte

Die ersten synthetischen Schmierstoffe wurden in den 1930er und 40er 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 Aethylen. 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 Polyol Ester.

Grundlagen

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 starkem Unterdruck 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 ihren guten Ruf mit diesem Öl 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.

Aufgaben und Anforderungen

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)
• Unschädlich machen unerwünschter Produkte
• 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

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 gehen die Meinungen auseinander. 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 aber untereinander mischbar sein, die Qualität muss dann immer noch der des schlechtesten enthaltenen Öles entsprechen.

Klassifikationen

SAE-Klassifikation

  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 billiges Standard-Mineralöl hat in der Regel die Viskosität SAE 20W-40 oder 15W-40. Hochwertige Synthetiköle sind inzwischen bei den Viskositätsbereichen 0W-40, 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 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.

API-Klassifikation

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) für Ottomotoren und C (Commercial) für Dieselmotoren sowie je einen weiteren Buchstaben. 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.

Getriebeöle werden mit den Buchstaben GL (gear lubricant) und den Nummern 1-5 beschrieben. Die Nummern beschreiben die Belastbarkeit des Öls, wobei GL-1 für Getriebe mit niedrigen Belastungen geeignet sind, GL-4 und GL-5 dagegen für hochbelastete Hypoidantriebe und -getriebe verwendet werden. Die Klassifikation GL-6 für extrem belastete Achsantriebe wurde zurückgezogen.

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

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-Klassifikation

Die ACEA-Spezifikationen (Association des Constructeurs Europeens d'Automobiles) sind den Forderungen an einen Motor für den Betrieb nach europäischen Verhältnissen angepasst und stellen derzeit (2007) 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 drei 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 x s)

A2/B2: Standard-Motoröle, HTHS-Viskosität (> 3,5 mPa x s)

A3/ B3: Premium-Motoröle - besonders scherstabil, SAE 0W-X, 5W-X, 10W-40, 15W-40 für verlängerte Intervalle HTHS-Viskosität (>3,5 mPa x 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 x s)

A5/ B5: Premium-Leichtlauföle: ähnlich A3 / B4, SAE 0W-30, 5W-30 jedoch abgesenkte HTHS-Viskosität wie A1 / B1 (< 3,5 mPa x s)für verlängerte Intervalle

C1: SAPS Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität < 2,9 mPa*s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A5/ B5 jedoch mit begrenzten Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel.

C2: SAPS Öl mit abgesenkter HTHS-Viskosität > 2,9 mPa*s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A5/ B5 mit höheren Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel als für C1-04.

C3: SAPS Öl mit hoher HTHS-Viskosität > 3,5 mPa*s, niedrige Viskosität (0W-X, 5W-X), Performance wie A3/ B4 mit höheren Anteilen Sulfatasche, Phosphor, Schwefel als für C1-04.

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

Klassifizierung nach API-Norm

Klassifizierung nach JASO-Norm (Japanese Automotive Standards Organisation)

Siehe auch

• Ölfilter
• Schneidöl wird beim Gewindeschneiden verwendet