Wie Schmierfette funktionieren. Grundlegende Unterschiede im Vergleich zu einem Schmieröl
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- Agnes Bauer
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1 Wie Schmierfette funktionieren Grundlegende Unterschiede im Vergleich zu einem Schmieröl
2 Was ist ein Schmierfett Wissenschaftlich Aufquellungen von Dickungsmitteln in Öl Praktisch Durch Dickungsmittel am Wegfließen gehindertes Öl Öl Fett Warum Schmierfette anstelle eines Öls einsetzen? Bessere Anhaftung an Oberflächen Sehr guter Korrosionsschutz z.b. bei aggressiven Medien Öl Hervorragende Notlaufeigenschaften Exzellentes Dämpfungsvermögen Einfachere Abdichtung Zu beachten Fett Stark eingeschränkte Kühlwirkung Mangelnde Reinigung der Reibstelle Förderbarkeit OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 2 von 49
3 Zusammensetzung von Schmierfetten Schmierfette : Bestehen aus festen und flüssigen Anteilen Öl Eigenschaften liegen dazwischen Deshalb als konsistente Schmierstoffe bezeichnet Fett Zusammensetzung Grundöl 70 90% Verdicker 10 30% Additive 0 10% Beginnen zu fließen bei Mechanischer Beanspruchung Schubspannung (Scherung, Druck) Temperatur OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 3 von 49
4 Schmieren Öle und Fette gleich? Schmieren Trennenden Schmierfilm aufbauen Direkten Kontakt vermeiden Wie funktioniert das Öl Viskosität Hydrodynamik Wasserski-Effekt bzw. Aquaplaning Additive EP-Additive Last + Temperatur hoch Chemie dominiert AW-Additive Last + Temperatur moderat Physik dominiert Festschmierstoffe Last + Temperatur hoch Physik dominiert OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 4 von 49
5 Rheologie: Schmieröle und -fette Schmierfette Schmieröle Schmierfette = visko-elastisch : viskoses Basisöl + elastischer Verdicker OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 5 von 49
6 Wälzlager und Schmierfette SKF: 80% aller Wälzlager fettgeschmiert Schaeffler: 95% OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 6 von 49
7 Wie schmieren Schmierfette Vereinfachte Vorstellung Schmierfett-Verdicker ist wie ein Schwamm Er gibt das Öl bei Belastung ab Allein das Basisöl und die darin enthaltenen Additive schmieren Öl Hydrodynamik Additive bei Mischreibung Festschmierstoff-Zusätze Notlaufeigenschaften Offene Fragen Wenn das Öl allein schmiert, wo bleibt der Verdicker nach der Abgabe des Öles Fette mit hoher Grundölviskosität geben nur wenig Öl ab Schmieren diese Fette dann überhaupt? OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 7 von 49
8 Verdicker: Einfluss auf die Fettfilm-Dicke Schmierfette haben eine Fließgrenze Belastung > Fließgrenze: Fett beginnt zu fließen Dauer und Intensität der Beanspruchung: Fett erweicht Quelle: Schaeffler/FAG Je nach Randbedingung sind mehr oder weniger alle Bestandteile des Fettes am Schmiervorgang beteiligt! OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 8 von 49
9 Das Schmierfett in der Kontaktzone Wälzlager benötigen nur sehr wenig Öl Mechanismus der Fett-/Ölversorgung abhängig von Lagertyp, -größe und Umgebungskonstruktion Drehzahl, Last, Temperaturen Grundöltyp und Viskosität Verdickertyp und -anteil Für mittelschnell laufende, normal beanspruchte Lager typisch: 3 Phasen 1. Formierung des Fettreservoirs (Verdrängen und Walken) 2. Phase der Ölabscheidung ( Feed and Loss ) 3. Phase der Mangelschmierung ( Feed stark abnehmend) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 9 von 49
10 Wie schmieren Schmierfette Worauf es ankommt Ölabgabeverhalten ( bleeding ) des Fettes Verdicker-Typ und menge Basisölviskosität (und typ) Schmiereigenschaften des Verdickers Kontaktgeometrie des Lagers Kugel- oder Rollen-Lager Käfig Mechanische Beanspruchung Drehzahlbereich Innen- oder Außenring drehend Temperaturen selbst Deshalb Auswahl des optimal geeigneten Schmierfettes nicht immer einfach OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 10 von 49
11 Fettschmierung Kennwerte OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 11 von 49
12 Penetration / Konsistenzklassen Konsistenzklasse nach NLGI Eindringtiefe eines Prüfkegels (Penetration) Angabe in 1/10 mm Walkpenetration Fett vorher gewalkt Ruhepenetration Fett vorher nicht gewalkt OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 12 von 49
13 Konsistenzklassen (NLGI) Konsistenz NLGI-Klasse Walkpenetration 1/10 mm (Ruhepenetration) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 13 von 49
14 Tropfpunkt Temperatur, bei der sich bei der Erwärmung der Fettprobe ein Tropfen löst Chemisch-physikalische Kenngröße zur Qualitätskontrolle Nicht identisch mit der oberen Temperatureinsatzgrenze! Dazu auch keine Regel wie Tropfpunkt minus 30 C benutzen! OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 14 von 49
15 Temperatureinsatzbereich Untere Grenze Fließdruck (Wälzlager, Zentralschmieranlagen) Losbrechmoment (Wälzlagerfette) Förderbarkeit unter Druckbelastung (Zentralschmierfette) Obere Grenze (zur Vergleichbarkeit) spezielle Prüfmaschinen der Lagerhersteller Prüflauf bei bestimmter Temperatur + Zeitdauer FAG FE-9 SKF V2-F oder ROF OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 15 von 49
16 Fließdruck von Schmierfetten Beurteilung der Tieftemperatureigenschaften Fließdruck DIN Fragestellung Ermittlung der unteren Temperatureinsatzgrenze für Wälzlagerfette K, DIN (p>=1400 hpa) Förderbarkeit bei tiefen Temperaturen OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 16 von 49
17 Fettgebrauchsdauer: FAG FE-9 Fettgebrauchsdauer bei hohen Temperaturen FAG FE9, DIN Schrägkugellager bei Prüftemperatur betrieben Ausfallkriterium: überhöhtes Drehmoment Ergebnis mittlere Lebensdauer F 50 Wenn Wert >100 h, so wird Prüftemperatur als obere Gebrauchstemperatur für Schmierfette K angegeben OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 17 von 49
18 Grundölviskosität Fähigkeit des Grundöles, einen hydrodynamischen Schmierfilm zu bilden Chemisch-physikalische Kenngröße Schmierfette = Öl + Additive + Verdicker Scheinbare Viskosität bzw. Scherviskosität Auch Verdicker hat Einfluss darauf Verdickereinfluss geht mit zunehmender Erweichung durch die mechanische Beanspruchung zurück OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 18 von 49
19 Reaktion des Verdickers auf mechanische Beanspruchung OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 19 von 49
20 Drehzahlkennwert eines Schmiefettes Bild: Rhenus Lub GmbH Drehzahlkennwert n d m d m = mittlerer Lagerdurchmesser d m = (D + d)/2 Empirisch ermittelter Richtwert für die maximal zulässige Drehgeschwindigkeit, für die ein Schmierfett geeignet ist Ist abhängig von Grundölviskosität Verdicker Richtwert Lagertypabhängig OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 20 von 49
21 Fettschmierung Normung OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 21 von 49
22 Kennzeichnung und Normung Kennzeichnung von Schmierfetten DIN ISO Anforderungsnormen DIN = Schmierfette K (Wälzlager) DIN = Schmierfette G (Getriebe) ISO CD = Schmierstoffe, Industrieöle und artverwandte Produkte: Familie X: Schmierfette OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 22 von 49
23 Schmierfett nach DIN Prinzipiell besteht eine Schnierfettkennzeichnung aus Buchstabenkombination Art, Typ des Schmierstoffes Zusätzliche Angaben Additiven besonderen Grundölen Obere Temperaturgrenze Wasserbeständigkeit Zahlen NLGI-Klasse Tieftemperatureignung Beispiel: K 2 K 20 KPF 2 N - 30 (ISO: L XCCEB 2) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 23 von 49
24 Kennzeichnung nach DIN K P F 2 N -30 Kennbuchstabe EP-Wirkstoffe(DIN ) Festschmierstoffe Konsistenzklasse (DIN ) obere Einsatztemperatur (DIN ) untere Einsatztemperatur (DIN ) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 24 von 49
25 Kennbuchstaben DIN /51825 Kennbuchstabe K KP KF KPF Schmierfett Konsistenter Schmierstoff für Wälzlager, Gleitlager und Gleitfächen Zusätzlich EP Verschleißschutzeigenschaften Zusätzlich Festschmierstoffe Zusätzlich EP Eigenschaften und Festschmierstoffe Zusatzbuchstaben für synthetische Schmierstoffe nach DIN sind möglich Z.B. KPE, KP HC, OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 25 von 49
26 Fett-Kennzeichnung: Zusatzbuchstaben und -zahlen (Auszug aus DIN 51502) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 26 von 49
27 Kennzeichnung nach ISO L-X C C E B 2 Lubricant (Schmierstoff) Familie: Schmierfett Untere Temperatureinsatzgrenze (Symbol 1) Obere Temperatureinsatzgrenze (Symbol 2) Wasserbeständigkeit (Symbol 3) EP-Wirkstoffe (Symbol 4) Konsistenz nach NLGI OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 27 von 49
28 Schmierfett-Auswahl anhand Norm-Bezeichnung? Normbezeichnung Konsistenzklasse enthalten KEINE Angaben zur Grundölviskosität! NLGI-Klasse oder Konsistenz sagen nichts über Grundölviskosität aus! Steifes Fett heißt nicht Dickes Grundöl Weiches Fett heißt nicht Dünnes Grundöl Hydrodynamische Schmierfilmbildung in sich drehenden Wälzlagern (oder Zahnrädern ) Grundölviskosität entscheidend Konsistenz eher unbedeutend Beispiel: Getriebefließfett und Fließfett für Zentralschmieranlagen Gleiche Konsistenz: 00/000 Unterschiedliche Grundöle Getriebefließfett: ν 40 = 250 mm²/s Fließfett für ZSA: ν 40 = 40 mm²/s OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 28 von 49
29 Fettschmierung Auswahl des Fettes OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 29 von 49
30 Auswahl eines geeigneten Schmierfettes Schmierung Grundölviskosität Viskositäts-Temperatur-Verhalten Additivierung Betriebsbedingungen Schmierfett XYZ Temperaturen Drehzahlbereich Belastungsprofil, auch Schwingungen, Stöße Einbauverhältnisse Umgebung Wasser, Feuchtigkeit Staub Aggressive Medien Weitere Kriterien Je nach Spezifika der Anwendung OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 30 von 49
31 Diagramm zur Fettauswahl* (Schmierungsanforderungen) *) Publikation Schaeffler/FAG Parameter Belastungsverhältnis P/C Drehzahlkennwert k a n d m (k a = Faktor für Lagerbauart) Normalbereich N Normale Wälzlagerfette DIN Hohe Belastungen HL Höhere Grundölviskosität EP-/AW-Wirkstoffe Hohe Drehzahlen HN Niedrige Grundölviskosität Gute Hafteigenschaften Fragen Was ist ein normales Wälzlager-Fett? Viskosität: Was ist hoch, was niedrig? OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 31 von 49
32 (Grundöl-) Viskosität: Von der Ölschmierung geborgt (Quelle: Schaeffler/FAG: TPI 176, Schmierung von Wälzlagern, 2013) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 32 von 49
33 Viskosität: Diagramm I* Parameter Mittlerer Lagerdurchmesser (Durchmesser Lager-Teilkreis ) Drehzahl Ergebnis Diagramm I Bezugsviskosität v 1 Kinematische Viskosität, die bei Betriebstemperatur erforderlich ist Beachte Muss auf Norm-Viskosität umgerechnet werden Z.B. auf kin. Viskosität bei 40 C Lösung Daten vom Fetthersteller Diagramm II *) Schaeffler/FAG: TPI 176 Wälzlagerschmierung OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 33 von 49
34 Viskosität: Diagramm II* Parameter Bezugsviskosität v 1 aus vorherigem Diagramm Betriebstemperatur Aus Messung bzw. Erfahrung** Aus Berechnung Wärmebilanz Ergebnis Erforderliche ISO VG des Öles bzw. Basisöles Beachte Diagramm gilt nur für Mineralöle mit einem Viskositätsindex VI 95 Syntheseöle können davon erheblich abweichen *) Schaeffler/FAG: TPI 176 Wälzlagerschmierung **) Siehe: GfT-Arbeitsblatt 3 Wälzlagerschmierung Ggf. Daten vom Öl-/Fetthersteller OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 34 von 49
35 Viskosität: Kappa-Wert Viskositätsverhältnis Kappa Verhältnis aus tatsächlicher Viskosität bei Betriebstemperatur ν B und Bezugsviskosität ν 1 Bedeutung Viskosität bei T Betrieb κ = Bezugsviskosität ν 1 Κ=4: Vollschmierung Κ>4: Dauerfestigkeit Κ<4: Mischreibungsanteile möglich κ=1: Erreichen der nominellen Lagerlebensdauer möglich Κ<0.4: trotz EP-/AW Ermüdungsschäden zu erwarten Beachte Ungünstige Betriebsverhältnisse und Verunreinigungen reduzieren Lagerlebensdauer erheblich OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 35 von 49
36 Schmierfett-Auswahl: Additive Additivierung EP-/AW-Additive Korrosionsschutz Antioxidantien Haftzusätze Festschmierstoff-Zusätze OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 36 von 49
37 Schmierfett-Auswahl: Verdicker Wesentliche Kriterien Temperatureinsatzbereich, vor allem maximale Einsatztemperatur Wasserbeständigkeit Korrosionsschutz Medienbeständigkeit, z.b. Säuren, Laugen Drehzahleignung Walk- bzw. Scherstabilität Ölabgabeverhalten Additivierbarkeit Förderbarkeit in ZSA Lebensmittelzulassung OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 37 von 49
38 Weitere Kriterien zur Fettauswahl Kriterium Geringe Startreibung Eigenschaften des Fettes NLGI 1-2, Syntheseöl, niedrige Viskosität Lagerachse senkrecht Fliehkrafteinwirkung auf das Lager (z.b. Außenring dreht, Innenring steht) Nachschmierung häufig Seltene Nachschmierung NLGI 3-4 NLGI 2-4, hoher Verdickeranteil NLGI 1-2 NLGI 2-3, obere Einsatztemperatur deutlich höher als Betriebstemperatur OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 38 von 49
39 Weitere Kriterien zur Fettauswahl Kriterium Hohe Temperaturen Eigenschaften des Fettes Basisöl und Verdicker temperaturstabil, Grundöl möglichst synthetisch Hohe Temperaturen bei kontinuierlicher Nachschmierung Tiefe Temperaturen Kondenswasser Fett mit langer Gebrauchsdauer, sollte keine Rückstände bilden NLGI 1-2, geeigneter Verdicker, synthetisches Basisöl Emulgierendes Fett oder mit sehr guten Korrosionsschutzeigenschaften OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 39 von 49
40 Weitere Kriterien zur Fettauswahl Kriterium Eigenschaften des Fettes Spritzwasser NLGI 3, wasserabweisend Säuren, Laugen Radioaktive Strahlung Schwingungen Vakuum Spezialfette nach Herstellerempfehlung Spezialfette nach Herstellerempfehlung EP-Fette mit sehr guter mechanischer Stabilität, (z.b. Li-Seife), häufige Nachschmierung Spezialfette nach Herstellerempfehlung, nur in begrenzten Unterdruckbereichen einsetzbar OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 40 von 49
41 Fettschmierung Verdicker OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 41 von 49
42 Typen von Verdickern Seifenverdicker Einfache Metallseifen Li, Ca, Na... Komplex-Seifen Li-X, Na-X, Ca-X, Al-X, Ba-X... Misch-Seifen Li-Ca,... Seifenfreie Verdicker Organisch Harnstoffe Polymere, PTFE Anorganisch Ton-Erden (Bentonite) Kieselsäure (Gel) OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 42 von 49
43 Einfache Metallseifen-Verdicker Verdicker Tropfpunkt Walk- Wasserbe- Obere Grenze* stabilität ständigkeit Einsatztemperatur Aluminium-Seife Mäßig Gut - mäßig 80 (100) C schlecht Kalzium-Seife Gut mäßig Sehr gut 60 C Kalzium Gut - mäßig Gut (110) C OH-Seife Lithium-Seife Gut Gut mäßig (140) C Lithium Sehr gut Gut (150) C OH-Seife Natrium-Seife Gut mäßig Sehr schlecht (120) C *) in Klammern: kurzzeitige Temperaturspitzen OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 43 von 49
44 Verdicker im Vergleich (II) Verdicker Tropfpunkt Walk- Wasserbe- Obere Grenze* stabilität ständigkeit Einsatztemperatur Al-Komplex-Seife >240 Mäßig Gut sehr gut 150 (180) C Ba-Komplex- >220 Gut Sehr gut 120 C Seife Ca-Komplex- >260 Gut - mäßig Sehr gut 130 (150) C Seife Ca-Sulfonat- >280 Gut Sehr gut 160 (180) C Komplex-Seife Li-Komplex-Seife >250 Sehr gut Gut sehr gut 160 (180) C Na-Komplex- >220 Gut Gut mäßig 150 (160) C Seife *) in Klammern: kurzzeitige Temperaturspitzen OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 44 von 49
45 Verdicker im Vergleich (III) Verdicker Tropfpunkt Walk- Wasserbe- Obere Grenze* stabilität ständigkeit Einsatztemperatur Bentonit- Nicht tropfend Mäßig - Gut sehr gut 150 (200) C Verdicker schlecht Kieselgel Nicht tropfend mäßig Gut mäßig 150 (200) C schlecht Polyharnstoff >250 C Mäßig Sehr gut C PTFE / Nicht tropfend Mäßig Sehr gut 250 C FEP *) in Klammern: kurzzeitige Temperaturspitzen OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 45 von 49
46 Schmierfette Mischbarkeit OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 46 von 49
47 Mischbarkeit von Schmierfetten Besserer Begriff: Verträglichkeit Abhängig von allen Bestandteilen des Fettes: Grundöl Additive Verdicker Regel 1: Nie bedenkenlos mischen, stets vorher prüfen! Regel 2: 100% (?) sicher ist nur eine Verträglichkeitsprüfung! OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 47 von 49
48 Verträglichkeit von Schmierfetten Verträglichkeitsprüfung gemäß ASTM D 6185 Mischungen 10:90, 90:10, 25:75, 75:25, 50:50 Prüfung Walkpenetration Tropfpunkt Ölabgabeverhalten Je nach Anwendung mechanisch-dynamische Prüfungen, insbesondere bei höheren Temperaturen, z.b. FAG FE-8, SKF ROF Korrosionsschutz Wasserbeständigkeit Abgleich der festgestellten Veränderungen mit den anwendungstechnischen Anforderungen des Einsatzfalles OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 48 von 49
49 Herzlichen Dank für Ihre Teilnahme OilDoc GmbH - Alle Rechte vorbehalten Schmierstoffwissen für Praktiker - Modul 5 49 von 49
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