HOCHLEISTUNGSSCHMIERSTOFFE

Transkript

1 Aufgaben der Schmierstoffe Grundöle, Festschmierstoffe, Additive 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 Mineralöle

9 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) PARAFFINE Kettenförmig, ungesättigt (reaktionsfreudig) Ringförmig, gesättigt (reaktionsträge) Ringförmig, ungesättigt (reaktionsfreudig) Ringförmig, ungesättigt (sehr reaktionsfreudig) (Benzolring) OLEFINE NAPHTHENE NAPHTHENE ungesättigte AROMATEN Mineralöle

10 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

11 Neue API- und ATIEL-Grundölklassen Gruppe Typ Gesättigte Verb. Schwefelgehalt Viskositäts- Index Bemerkungen I Konventionelle < 90 > 0,03 80 < IV < 120 Mineralöle I+ Konventionelle < 90 > 0, < IV < 120 Bessere CCS- und Mineralöle Noack-Werte II Unkonventionelle > 90 < 0,03 80 < IV < 120 Mineralöle II+ Unkonventionelle > 90 < 0, < IV < 120 Bessere CCS- und Mineralöle Noack-Werte III Hydrocracköle > 90 < 0,03 > 120 III+ Hydrocracköle?? > 140 Motoren- und Getriebeöle IV Syntheseöle PAOs V Syntheseöle Ester u.a. Gruppe II + bis 2010 auf dem Markt Nächste Klassifikation nur für Gruppe I+, II+, und III+-Öle SCHMIERFETTE UND IHRE ANWENDUNG Mineralöle

12 Syntheseöle

13 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

14 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 Verträglichkeit mit anderen Werkstoffen Verfügbarkeit Kosten Grundsätzlich in bestimmten Viskositätslagen Syntheseöle

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 Biologisch schnell abbaubare Schmierstoffe

22 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

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

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

25 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

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

27 Biologische Abbaubarkeit von Grundölen (CEC-L-33-A-94 Test) 2 Aufgaben und Eigenschaften

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

29 Festschmierstoffe

30 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

31 Einsatzbereiche verschiedener Schmierstoffe Festschmierstoffe

32 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

33 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 Anteigungen und Dispersionen in Mineralölen und Syntheseölen mit weiteren Additiven ca. 100 % % % Festschmierstoffe

34 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 Pulver oder kolloidale Suspensionen in geringer Konzentration in gebrauchsfertigen Schmierfetten aller Arten Zusatz als schmierendes Pigment zu Gleitwerkstoffen aus verschiedenen Kunststoffen und Sinterwerkstoffen 1) 5 20 % 2) 1 % 3 10 % 5 50 % Festschmierstoffe

35 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

36 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

37 Charakteristische Eigenschaften von Festschmierstoffen Fesrschmierstoffe

38 Grundlagen der Additive

39 Die Zugabe von Additiven / Zusätzen / Wirkstoffen zu einem Grundschmierstoff wird auch als Legierung bezeichnet Hierunter versteht man die Zugabe (relativ) kleiner Mengen eines Stoffes zu einer großen Menge eines Grundstoffes, welche dessen Eigenschaften erheblich verändert Beispiel: Eisen + andere Elemente Stahl Die Eigenschaften des Schmierstoffs können in Auswahlwerte und Güterwerte unterteilt werden. Bei den Güterwerten kann zwischen Sekundär- und Primäreigenschaften unterschieden werden. Letztere sind charakteristisch für einen bestimmten Anwendungsfall Allgemeines

40 Aufgabe der Additive Erzeugung von Eigenschaften, die der Grundschmierstoff nicht besitzt Verstärkung positiver Eigenschaften Abschwächung / Unterdrückung negativer Eigenschaften

41 Wichtige Eigenschaften von Schmierstoffen und Betriebsstoffen Auswahlwerte Gütewerte Sekundäreigenschaften Primäreigenschaften Viskosität Dichte Flammpunkt Anilinpunkt Toxizität Asche Reibungsverhalten Viskosität/Temperatur-Verhalten Verschleißverhalten (Fressverhalten) Viskosität/Druck-Verhalten Einlaufverhalten Fließverhalten bei tiefen Temperaturen Detergent/Dispersant-Verhalten Fließverhalten bei hohen Temperaturen Entflammbarkeit Kälteverhalten Strahlenbeständigkeit Chemisches Verhalten (Korrosion, Angriff auf NE-Metalle) Beständigkeit (thermisch, oxidativ) Wasser und Luftabscheidevermögen Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen Verkokungsneigung Verdampfungsverhalten Cloudpoint/Pourpoint Allgemeines

42 Nicht durch Additive zu beeinflussende Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit Flüchtigkeit Strahlenbeständigkeit Paraffinausscheidung Luftabscheidevermögen Thermostabilität Gaslöslichkeit Kompressibilität

43 Zu den wichtigsten Additivtypen gehören: Viskositätsindex-Verbesserer Oxidationsinhibitoren Korrosionsinhibitoren, Deaktivatoren Verschleiß- und Fressschutzwirkstoffe Reibungsveränderer Detergent-, Dispersantwirkstoffe Sonstige: Pourpointverbesserer, Schauminhibitoren, Haftverbesserer, usw. Allgemeines

44 Haupttypen Neutralisatoren Schauminhibitoren Oxidationsinhibitoren Rostinhibitoren Korrosionsinhibitoren Anti-Wear (Verschleiß- Schutz)- Wirkstoffe Funktionen Neutralisation saurer Verbindungen, entstanden durch Verbrennung schwefelhaltiger Kraftstoffe oder weniger häufig durch Zersetzung bestimmter EP-Wirkstoffe Verringern Oberflächenschaum Verringern und verzögern Oxidation Typen: Inhibitoren, Metalldeaktivatoren, Metallposivatoren Verringern Rostbildung auf eisenhaltigen Oberflächen Typ A: Verringern Korrosion bleihaltiger Werkstoffe Typ B: Verringern Korrosion kupferhaltiger Werkstoffe Verringern abrasiven Verschleiß bei mäßig schweren Bedingungen, vor allem bei stationären Beanspruchungen

45 Haupttypen Extrem-Pressure (Fress-Schutz)-Wirkstoffe Reibungsveränderer Detergent-Wirkstoffe Dispersant-Wirkstoffe Emulgatoren Pourpoint-Verbesserer Viskositätsindex- Verbesserer Haftverbesserer Funktionen Verringern Verschleiß und Fressen bei schweren Bedingungen, vor allem auch bei Stoßbelastungen Verringern Reibung bei Mischreibungs-Bedingungen Verringern der Entstehung von Ablagerungen bei hohen Temperaturen, z.b. in Verbrennungsmotoren Verhindern des Schlamm bei niedrigen Temperaturen, z.b. in Verbrennungsmotoren Zur Herstellung von Wasser-in-Öl oder Öl-in-Wasser- Emulsionen Herabsetzung des Pourpoints paraffinischer Öle Verringerung der Viskosität-Temperatur-Abhängigkeit Verringerung der Abtropf- oder Abschleuderneigung des Öls

46 Typische Wirkstoffe zur Herstellung von Fertigprodukten Additivtypen Oxidationsinhibitoren VI-Verbesserer Pourpoint-Erniedriger Entschäumer Typische Vertreter Phenole Amine Zinkdithiophosphate Polymethacrylate Styrenbutadiencopolymere Olefincopolymere Polymethacrylate Polyester Phenol-/Naphthalin- Kondensationsprodukte Silicone Acrylate

47 Typische Vertreter zur Herstellung von Fertigprodukten Additivtypen Rostinhibitoren Korrosionsinhibitoren Verschleißschutzwirkstoffe Detergents / Dispersants Typische Vertreter Metallsulfonate Aminphosphate Bernsteinsäurehalbester Zinkdithioiphosphate geschwefelte Verbindungen Zinkdithiophosphate Tricresylphosphate Schwefelträger Metallhaltige Sulfonate / Phenate Amide Amine

48 Art der Maschinenanlagen Nahrungsmittelindustrie Ölhydraulik Dampf- und Gasturbinen Dampfmaschinen- Zylinder Luftverdichterzylinder Verwendete Wirkstoffe Keine Oxidationsinhibitoren Rostinhibitoren Verschleißschutz (AW)- Wirkstoffe Pourpoint-Verbesserer Viskositätsindex-Verbesserer Schauminhibitoren Oxidationsinhibitoren Rostinhibitoren Keine, eventuell Fettöle Oxidationsinhibitoren Rostinhibitoren Besondere Anforderungen Unbedenklich bei versehentlichem Genuss Geringstmögliche Viskositäts- Änderung mit der Temperatur Geringstmöglicher Verschleiß Stahl / Stahl Gutes Wasserabscheidevermögen Erhaltung des Ölfilms auf heißen Oberflächen ; Widerstand gegen Abwaschen durch Nassdampf Geringstmögliche Ablagerungsneigung

49 Art der Maschinenanlagen Getriebe (Stahl / Stahl) Getriebe (Stahl / Bronze) Gleit- und Bettbahnen (Werkzeugmaschinen) Gekapselte Kältekompressoren Verbrennungsmotoren Verwendete Wirkstoffe Verschleiß-Schutzwirkstoffe Fress-Schutzwirkstoffe Oxidationsinhibitoren Schauminhibitoren Pourpoint-Verbesserer Reibungsverbesserer Oxidationsinhibitoren Reibungsverbesserer Haftverbesserer Keine Detergent-/Dispersant-Wirkstoffe Oxidationsinhibitoren Neutralisatoren Schauminhibitoren Verschleiß-Schutz-Wirkstoffe Korrosionsinhibitoren Besondere Anforderungen Besonderer Schutz gegen Abrieb und Fressen Herabsetzung von Reibung, Temperaturanstieg, Verschleiß und Oxidation Gleichförmiges Gleiten bei Niedrigen Geschwindigkeiten; Aufrechterhaltung eines Ölfilms Bei senkrechten Flächen Gute thermische Beständigkeit; Mischbarkeit mit Kältemitteln; Niedriger Fließpunkt

50 Beabsichtigte Wirkung und mögliche Nebeneffekte von Wirkstoffkomponenten Additivtypen Entschäumer Rostinhibitoren Detergents / Dispersants Oxidationsinhibitoren VI-Verbesserer Verschleißschutzwirkstoffe Beabsichtigte Wirkung Schaumverhalten Rostschutz Detergier-/ Dispergierverhalten Alterungsverhalten Viskositäts- Temperaturverhalten Verschleißverhalten Möglicher Nebeneffekt Luftabscheidevermögen Demulgier-/ Verschleiß- Alterungsverhalten Demulgierverhalten Luftabscheidevermögen Schlammneigung Viskositätsverlust bei Scherung Alterungsverhalten Buntmetallverträglichkeit

51 Schematische Darstellung einer Metalloberfläche Adsorbierte Gase und Wasser Oxide Bearbeitete Fläche Grundmetall

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56 Die Zukunft? Um der Gesetzgebung bei Auspuffgasen zu genügen, setzen viele OEMs auf eine Vielzahl von Katalysatoren - Phosphor und Schwefel vergiften einige Katalysatoren - Asche kann Diesel-Partikel-Filter (DPF) verstopfen So sieht die Zukunft aus: - Weniger P, S und Metalle bei Formulierungen - Weiterhin Bedürfnis nach Verschleißschutz - Neue Additive ohne S, P sowie weniger Asche