HOCHLEISTUNGSSCHMIERSTOFFE

Transkript

1 Aufgaben der Schmierstoffe Grundöle, Schmierfette und Festschmierstoffe Aufgaben und Eigenschaften

2 Allgemeines Aufgaben und Eigenschaften

3 KRAFTÜBERTRAGUNG WÄRMEABFUHR KORROSIONSSCHUTZ ABDICHTUNG UNSCHÄDLICHMACHEN VON FREMDSTOFFEN durch Druckfilm durch Reaktionsfilm nach außen, gegen sich selbst nach innen, gegen Verunreinigungen flüssige Verunreinigungen feste Verunreinigungen Aufgaben und Eigenschaften

4 Verhalten gegenüber Dichtungs- und Konstruktionswerkstoffen sowie Anstrichen Schaumneigung Flüchtigkeit, Flüssigkeitsverbrauch Reibungsverhalten, Kraftstoffverbrauch (bei Motorenölen) Gebrauchsdauer, Schmierstoffwechselfristen Aufgaben und Eigenschaften

5 Schmieröle Schmierfette Mineralöle Synthetische Flüssigkeiten Fette mit Seifenverdickern Fette mit Nicht- Seifenverdicker Unlegierte Öle Legierte Öle Unlegierte Flüssigkeiten Legierte Flüssigkeiten Fette mit Mineralöl als flüssige Phase Fette mit synthetischen Flüssigkeiten als flüssige Phase Fette mit Mineralöl als flüssige Phase Fette mit synthetischen Flüssigkeiten als flüssige Phase Aufgaben und Eigenschaften

6 Trockenpulver Pasten Gleitlacke Kunststoffe Sprühhaftschmierstoffe mit Festschmierstoffen Bitumhaltige Schmierstoffe Öl-in-Wasser-Emulsion Wasser-in-Öl-Emulsion Flüssigkeiten Gase, z.b. Luft Wasser Flüssige Metalle Säuren, Laugen, Sonstige Aufgaben und Eigenschaften

7 Verfügbare Schmierstoff-Komponenten Grundöle Mineralöle Syntheseöle Biologisch schnell abbaubare Öle Schmierfette Mineralölbasische Fette Synthesefette Festschmierstoffe Additive Aufgaben und Eigenschaften

8 Der Weg zum Schmierstoff Mineralöl Rohöl Feedstock Destillation Feedstock Raffinerie Hydrotreating Extraction Grundöl Dewaxing Schmieröl- Raffinerie Grundöl Additivierung Schmieröl Schmierölwerk (nach Lindstadt) Additive

9 Mineralöle

10 Struktur der Mineralöle Variationsmöglichkeit zwischen C und H ist groß Mineralöl ist keine exakt definierte Verbindung, sondern ein komplexes und heterogenes Gemisch. Grobe Einteilung der Kohlenwasserstoffe Kettenförmig, gesättigt (reaktionsträge) Kettenförmig, ungesättigt (reaktionsfreudig) Ringförmig, gesättigt (reaktionsträge) Ringförmig, ungesättigt (reaktionsfreudig) Ringförmig, ungesättigt (sehr reaktionsfreudig) (Benzolring) PARAFFINE OLEFINE NAPHTHENE NAPHTHENE ungesättigte AROMATEN Mineralöle

11 Molekülstruktur beeinflusst chemische und physikalische Eigenschaften: Aggregatzustand Viskosität, Viskositäts-Temperatur-Verhalten Oxidationsstabilität Thermische Stabilität Ein Mineralöl wird als paraffinisch, naphthenisch, aromatisch bezeichnet, je nachdem welcher KW-Typ die Gesamt- Eigenschaften dominiert. Mineralöle

12 Grundöltypen nach API - 1 Gruppe Typ Gesättigte Schwefel- Viskositäts- Verbindungen % Gehalt % index I Mineralöl (Solventraffinat) < 90 > 0, II III IV V Mineralöl (Hydrofinished) Mineralöl Syntheseöl, PAO Syntheseöl > 90 > 90 > 0,03 < 0, > 120 Mineral- und Syntheseöle

13 Syntheseöle

14 Gründe für die Wahl synthetischer Flüssigkeiten Gewünschte Eigenschaft lässt sich durch Additive nicht erreichen. Anforderung an gewünschte Eigenschaft lässt sich durch Additive nicht oder nicht wirtschaftlich erreichen Syntheseöle

15 Vorteile synthetischer Flüssigkeiten Thermische Beständigkeit Oxidative Beständigkeit Viskosität-Temperatur-Verhalten Fließverhalten bei tiefen Temperaturen Flüchtigkeit (bei hohen Temperaturen) Temperatur-Einsatzbereich Strahlenbeständigkeit Schwerentflammbarkeit Nachteile synthetischer Flüssigkeiten Hydrolytisches Verhalten Korrosionsverfahren Toxisches Verhalten Verträglichkeit mit anderen Werkstoffen Grundsätzlich Verfügbarkeit in bestimmten Viskositätslagen Kosten Syntheseöle

16 Polyalphaolefine Vorteile Gutes Fließverhalten b. tiefen Temperaturen Hohe thermische und oxidative Beständigkeit Niedrige Verdampfungsverluste bei hohen Temperaturen hoher Viskositätsindex Gutes Reibungsverhalten bei Mischreibung Mischbar mit Mineralölen und Estern Gute hydrolytische Beständigkeit Gutes Korrosionsschutzvermögen Nicht toxisch Nachteile Begrenzte biologische Abbaubarkeit Begrenzte Additiv-Löslichkeit Besonders geeignet für: Motorenöle Kompressorenöle Hydrauliköle Getriebeöle Schmierfette Nicht geeignet für Schnell biologisch abbaubare Öle Syntheseöle

17 Polybutene Vorteile Nicht toxisch Sauber verbrennend ohne Rückstände Gute Schmierungseigenschaften Gute Korrosionsschutzeigenschaften Mischbar und verträglich mit Mineralöl Besonders geeignet für Zweitakt-Motorenöle Äthylen-Gaskompressorenöle Kühlschmierstoffe Schmierfette Drahtseilschmierstoffe Nachteile Geringe Oxidationsbeständigkeit Hohe Verdampfungsverluste Schlechtes Fließverhalten bei tiefen Temperaturen Niedriger Viskositätsindex Nicht geeignet für Alle Umlauf-Schmieröle Syntheseöle

18 Diester und Polyester Vorteile Gute Oxidationsbeständigkeit Gutes Tieftemperatur-Fließverhalten Hoher Viskositätsindex Niedriger Verdampfungsverlust bei hohen Temperaturen Unbegrenzte Mischbarkeit und Verträglichkeit mit Mineralölen Gute Verschleiß- und Fressschutzeigenschaften Nicht toxisch Schnell biologisch abbaubar Nachteile Niedrige Viskositäten Begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen und Farben/Lacken Schlechte Hydrolysebeständigkeit Mäßige Korrosionsschutzeigenschaften Besonders geeignet für Flugturbinenöle Motorenöle Kompressorenöle Getriebe- und Hydrauliköle Kältemaschinenöle Schnell biologisch abbaubare Schmieröle Nicht geeignet für Anwendungen mit hohen Korrosionsschutzanforderungen Anwendungen mit Forderungen nach besonders hohen Viskositäten Syntheseöle

19 Polyalkylenglykole Vorteile Hoher Viskositätsindex Ausgezeichnete Verschleiß- und Fresseigenschaften Ausgezeichnetes Reibungsverhalten (Stahl/Bronze) Gute Oxidationsbeständigkeit Gute Tieftemperatur-Fließeigenschaften Nicht toxisch Schnell biologisch abbaubar Besonders geeignet für Schneckengetriebeöle Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten Kompressorenöle Schnell biologisch abbaubare Schmieröle Textilmaschinenöle Kältemaschinenöle (Kfz) Kühlschmierstoffe Nachteile Nicht mischbar mit Mineralölen Schlechte Additiv-Löslichkeit Begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen und Farben/Lacken Nicht geeignet für Motorenöle Hochleistungsgetriebeöle Syntheseöle

20 Phosphorsäureester Vorteile Schwer entflammbar Gute Oxidationsstabilität Gute Tieftemperatur-Fließeigenschaften Ausgezeichnete Verschleiß- und Fressschutzeigenschaften Hohe Strahlenbeständigkeit Nicht toxisch Schnell biologisch abbaubar Besonders geeignet für Schwer entflammbare Hydrauliköle (Hydraulik- und Lagerschmieröle in Kraftwerken) Gasturbinenöle Nachteile Mäßige Hydrolysebeständigkeit Mäßiges Korrosionsschutzverhalten Niedriger Viskositätsindex Begrenzte Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen Nicht mischbar mit Mineralölen Nicht geeignet für Alle anderen als oben genannten Anwendungen Syntheseöle

21 Silikonöle (Siloxane) Vorteile Höchster Viskositätsindex aller Schmieröle Gute oxidative und thermische Beständigkeit Ausgezeichnete Tieftemperatur-Fließeigenschaften Niedrige Verdampfungsverluste Hohe chemische Beständigkeit Ausgezeichnete Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen Gute elektrische Eigenschaften Nachteile Schlechteste Schmierungseigenschaften aller Öle bei Mischreibung Nicht mischbar mit Mineralölen Keine Löslichkeit für Additive Besonders geeignet für Hochtemperatur- Hydraulikflüssigkeiten Spezielle Schmierfette Sonderschmierstoffe für chemische und elektrische Kontakte Nicht geeignet für Andere Anwendungen als oben erwähnt Aufgaben und Eigenschaften

22 Biologisch schnell abbaubare Schmierstoffe

23 Anwendungsbeispiele für biologisch abbaubare Schmierstoffe und Arbeitsflüssigkeiten Außenbord-Zweitaktmotorenöle Kettensägenöle, Sägegatteröle Spurkranzschmierstoffe für Bahnen Entschalungsöle Seilschmierstoffe Schmierfette für LKW-Zentralschmieranlagen Hydrauliköle im Hoch-, Tief- und Tunnelbau sowie in der Forst- und Landwirtschaft Schmierstoffe für Kläranlagen, Wasserwehre und Schleusen Schmierstoffe in der Lebensmittelindustrie Schmierstoffe für Snowmobile und Skipistenpflegegeräte Bioöle

24 Gesetzlicher Rahmen Allgemeines Gesetz und Regelwerke - Chemikaliengesetz - Abfallgesetz - Wasserhaushaltsgesetz Bioöle

25 Wassergefährdung durch biologisch schnell abbaubare Grundöle Natürliche Ester (Pflanzenöle) Synthetische Ester Polyalkylenglykole WGK 1 Mineralöle WGK 1 keine Wassergefährdung Bioöle

26 Die nicht wassermischbaren Basisöle, die heute für diese Schmierstoffgruppe zum Einsatz kommen, lassen sich wieder in zwei Gruppen unterteilen: Synthetische Ester - Ungesättigte Ester - Gesättigte Ester Natürliche Ester (Native Öle, vorwiegende Pflanzenöle) Bioöle

27 Vergleich der chemisch/physikalischen Eigenschaften von biologisch abbaubaren Grundölen mit Mineralöl (Mittelwerte) Bioöle

28 T+S Biologische Abbaubarkeit von Grundölen (CEC-L-33-A-94 Test) 2 Aufgaben und Eigenschaften

29 Anforderungen an biologisch abbaubare Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten 2 Aufgaben und Eigenschaften

30 Schmierfette

31 Schmierfette

32 Schmierfette auf Mineralöl-Basis Schmierfette

33 Schmierfette auf Syntheseöl-Basis Schmierfette

34 Festschmierstoffe

35 Zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften flüssiger und pastöser Schmierstoffe Für Betriebsbedingungen, für die keine flüssigen oder Pastösen Schmierstoffe eingesetzt werden können - sehr kleine Geschwindigkeiten und Bewegungen (etwa oszillierende Bewegungen) - sehr hohe spezifische Belastungen - ungewöhnliche umgebende Atmosphären Festschmierstoffe

36 Einsatzbereiche verschiedener Schmierstoffe Festschmierstoffe

37 Die folgenden Stoffgruppen können mögliche Festschmierstoffe sein: - Bestimmte Gläser - Oberflächenreaktionsschichten, z.b. Oxid-, Sulphid-, Nitrid-, Phosphatschichten - Bestimmte weiche Metalle, z.b. Gold, Silber, Blei, Kupfer, Indium - Bestimmte weiche Nichtmetalle, z.b. Blei- und Eisensulphid, Bleioxid, Silberjodid - Bestimmte organische Stoffe, z.b. Polytetrafluoräthylen (PTFE), Amide, Imide - Bestimmte Stoffe mit Schichtgitterstruktur, z.b. Sulphide oder Selenide von bestimmten Schwermetallen (WS₂ WSe₂, MoS₂) oder Graphit Festschmierstoffe

38 Systematische Übersicht der Festschmierstoffprodukte zur direkten Filmbildung Pulver Trockenschmierfilm Paste Mehrere Sorten unterschiedlicher Reinheit und Teilchengröße Festschmierstoffe als Pigment in Verschiedenen Bindemitteln, mit flüchtigen Trägerflüssigkeiten im Anlieferungszustand Ansteigungen und Dispersionen in Mineralölen und Syntheseölen mit weiteren Additiven ca. 100 % % % Festschmierstoffe

39 Systematische Übersicht der Festschmierstoffprodukte zur indirekten Filmbildung Öl Fett Lagerwerkstoff Kolloidale Suspensionen 1) In hochkonzentrierter Form als Zusatz zu Schmierölen (Konzentrate) 2) In geringer Konzentration in gebrauchsfertigen Schmierölen 1) 5 20 % 2) 1 % Pulver oder kolloidale Suspensionen in geringer Konzentration in gebrauchsfertigen Schmierfetten aller Arten 3 10 % Zusatz als schmierendes Pigment zu Gleitwerkstoffen aus verschiedenen Kunststoffen und Sinterwerkstoffen 5 50 % Festschmierstoffe

40 Vorteile und Nachteile von Festschmierstoffen: Zu den Vorteilen gehören u.a. - sehr weiter Einsatztemperaturbereich - Verwendung im Vakuum möglich (gilt für MoS 2, aber nur bedingt für Graphit) - oft sehr beständig gegenüber aggressiven Medien - Einfachere Konstruktionen möglich, z.b. Abdichtung, durch Verzicht auf flüssige oder pastöse Schmierstoffe Festschmierstoffe

41 Vorteil und Nachteile von Festschmierstoffen: Zu den Nachteile gehören u.a. - Kontinuierlicher Abrieb des Schmierfilms bei direkter Filmbildung und damit Dimensionsänderung - Problematische Nachschmierung bei direkter Filmbildung - Höhere Reibungsverluste bei Trockenreibung im Vergleich zur Flüssigkeitsreibung - Bei Verwendung als Wirkstoff (nicht öllöslich) ist Suspendierung nötig - Manchmal problematischer Korrosionsschutz, z.b. beim Einsatz von MoS 2. Festschmierstsoffe

42 Charakteristische Eigenschaften von Festschmierstoffen Fesrschmierstoffe