Schmierstoffadditive – Ein praktischer Leitfaden
Schmierfachleute sind häufig mit der Grundölviskosität ihrer Schmierstoffe bestens vertraut. Schließlich ist die Viskosität die wichtigste Eigenschaft eines Grundöls.Die Grundlinie für die Schmierstoffzufuhr wird festgelegt und ihr Zustand wird allein anhand der Viskosität überwacht. Bei Schmiermitteln geht es jedoch um mehr als nur um die Viskosität. Es ist von entscheidender Bedeutung, die Rolle von Additiven und ihre Funktion in Schmierstoffen zu verstehen.
Schmierstoffzusätze sind feste organische oder anorganische Verbindungen, die im Öl gelöst oder suspendiert sind. Der Additivgehalt liegt je nach Maschine typischerweise zwischen 0,1 % und 30 % des Ölvolumens.
Holen Sie sich den kostenlosen Leitfaden
Zusatzstoffe haben drei grundlegende Rollen:
Verbessern Sie die Leistung bestehender Grundöle mit Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Antischaummitteln und Demulgatoren.
Unterdrücken Sie unerwünschte Grundöleigenschaften mit Stockpunkterniedrigern und Viskositätsindexverbesserern (VI).
Verleihen Sie Grundölen mit EP-Additiven (Extreme Pressure), Detergenzien, Metalldesaktivatoren und Bindemitteln neue Eigenschaften.
Polare Additive
Unter Additivpolarität versteht man die natürliche gerichtete Anziehung von Additivmolekülen zu anderen polaren Substanzen, die mit dem Öl in Kontakt kommen. Vereinfacht ausgedrückt ist es alles, was Wasser auflösen oder in Wasser auflösen kann.
Schwämme, Metalloberflächen, Schmutz, Wasser und Zellstoff sind Beispiele für polare Materialien. Zu den unpolaren Materialien gehören Wachs, Teflon, mineralische Grundöle, Entenrücken und wasserabweisende Mittel.
Es ist wichtig zu beachten, dass auch Zusatzstoffe erschöpfbar sind. Sobald sie weg sind, sind sie weg. Denken Sie an die Umgebung, in der Sie arbeiten, an die Produkte, die Sie herstellen, und an die Art der Schadstoffe.
Diese sind jeden Tag überall um Sie herum. Wenn Sie Verunreinigungen in Ihrem System zulassen, die Additive normalerweise absorbieren (z. B. Schmutz, Kieselsäure und Wasser), haften die Additive an den Verunreinigungen und setzen sich am Boden ab oder werden herausgefiltert, wodurch Ihr Additivpaket aufgebraucht wird.
Polare Mechanismen
Es gibt einige polare Mechanismen, die es wert sind, diskutiert zu werden, wie etwa die Partikeleinkapselung, die Wasseremulgierung und die Metallbenetzung.
Bei der Partikelverkapselung lagern sich Zusatzstoffe an der Oberfläche eines Partikels an und verkapseln ihn. Zu dieser Kategorie von Additiven gehören Metallpassivatoren, Detergenzien und Dispergiermittel. Sie dienen der Peptisierung (Dispergierung) von Rußpartikeln, um deren Agglomeration, Sedimentation und Sedimentation zu verhindern, insbesondere bei niedrigen bis mittleren Temperaturen.
Dies sieht man häufig bei Motoren. Dies ist ein guter Grund, Probleme zu beheben und zu beseitigen, sobald sie mit einem geeigneten Ölanalyse-Testpanel erkannt werden.
Wasseremulgierung tritt auf, wenn sich der Polkopf eines Zusatzstoffs an mikroskopisch kleine Wassertröpfchen anlagert. Solche Zusatzstoffe sind Emulgatoren. Denken Sie darüber nach, wenn Sie das nächste Mal Wasser in einem Reservoir beobachten.
Während es von entscheidender Bedeutung ist, das Wasser zu entfernen, festzustellen, wo es in das System gelangt ist, und es mit einem Grundursachen-Instandhaltungsansatz zu beheben, müssen Sie auch bedenken, dass das Additivpaket beeinträchtigt wurde. In der Schmierstoffsprache wird dies als Additivverarmung bezeichnet. Ein ordnungsgemäßer Ölanalysebericht kann den Zustand der verbleibenden Additive im Schmiermittel bestimmen.
Unter Metallbenetzung versteht man die Verankerung von Additiven auf Metalloberflächen, was genau das ist, was sie bewirken sollen. Sie werden an der Innenseite eines Getriebes, an Zahnradzähnen, Lagern, Wellen und mehr befestigt.
Zusätze, die diese Funktion erfüllen, sind Rostschutzmittel, Verschleißschutz- (AW) und EP-Zusätze, Ölmittel und Korrosionsinhibitoren.
AW-Additive sind speziell für den Schutz von Metalloberflächen unter Grenzbedingungen konzipiert. Sie bilden bei mittleren bis hohen Kontakttemperaturen (75 bis 100 Grad Celsius) einen duktilen, ascheartigen Film.
Unter Randbedingungen schert der AW-Film anstelle des Oberflächenmaterials.
Ein gängiges Verschleißschutzadditiv ist Zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP). Es verringert das Risiko eines Metall-zu-Metall-Kontakts, der zu Erwärmung und Oxidation führen und die Filmfestigkeit negativ beeinflussen kann.
Additive spielen bei der Maschinenschmierung eine wichtige Rolle, unabhängig davon, ob sie das Grundöl verbessern, hemmen oder ihm neue Eigenschaften verleihen. Denken Sie daran: Sobald ein Zusatzstoff verwendet wird, ist er verschwunden. Vergessen Sie also nicht, die Verpackung Ihres Zusatzstoffs zu überprüfen.
Arten von Schmierstoffadditiven
Es gibt viele Arten chemischer Zusatzstoffe, die Grundölen beigemischt werden, um die Eigenschaften des Grundöls zu verbessern, einige der unerwünschten Eigenschaften des Grundöls zu hemmen und möglicherweise einige neue Eigenschaften zu verleihen.
Additive machen typischerweise zwischen 0,1 % und 30 % des fertigen Schmiermittels aus, je nach Verwendungszweck des Schmiermittels.
Schmierstoffzusätze are expensive chemicals, and formulating the right additive package or formulation is a very complex science. Additive selection makes the difference between a turbine oil (R&O) and a hydraulic oil, gear oil, and engine oil.
Es gibt viele Arten von Schmierstoffzusätzen, und die Auswahl richtet sich in erster Linie nach der beabsichtigten Wirksamkeit. Additive werden auch nach ihrer Mischbarkeit mit dem gewählten Grundöl, ihrer Kompatibilität mit anderen Additiven in der Formulierung und ihrer Kosteneffizienz ausgewählt.
Einige Additive wirken im Öl (z. B. Antioxidantien), während andere auf der Metalloberfläche wirken (z. B. Verschleißschutzadditive und Rostschutzmittel).
Allgemeine Schmierstoffadditive
Zu diesen allgemeinen Arten von Zusatzstoffen gehören:
Antioxidantien
Oxidation ist der allgemeine Angriff des Luftsauerstoffs auf die schwächsten Bestandteile des Grundöls. Oxidation findet bei jeder Temperatur statt, wird jedoch bei höheren Temperaturen und in Gegenwart von Wasser, Verschleißmetallen und anderen Verunreinigungen beschleunigt.
Dies führt letztendlich zur Bildung von Säuren (die Korrosion verursachen) und Schlamm (der zu Oberflächenablagerungen und erhöhter Viskosität führt). Antioxidantien (auch Antioxidantien genannt) werden verwendet, um die Lebensdauer des Öls zu verlängern.
Dabei handelt es sich um Opferadditive, die bei der Verlangsamung der Oxidationsreaktion verbraucht werden und so das Grundöl schützen. Sie kommen in fast allen Schmierölen und -fetten vor.
Rost- und Korrosionsinhibitoren
Diese Additive reduzieren oder beseitigen inneren Rost und Korrosion, indem sie Säuren neutralisieren und eine schützende chemische Barriere bilden, die Wasser von der Metalloberfläche abweist. Einige Korrosionsinhibitoren wurden speziell zum Schutz bestimmter Metalle entwickelt. Daher kann ein Öl mehr als eines enthalten. Sie sind in fast allen Ölen und Fetten enthalten. Metalldesaktivatoren sind eine weitere Art von Korrosionsinhibitoren.
Viskositätsindexverbesserer
Viskositätsindexverbesserer sind sehr große Polymerzusätze, die teilweise verhindern, dass das Öl bei steigender Temperatur dünner wird (an Viskosität verliert). Diese Art von Additiv wird häufig beim Mischen von Mehrbereichsölen (z. B. SAE 5W-30 oder SAE 15W-40) verwendet.
Außerdem verbessern sie den Ölfluss bei niedrigen Temperaturen, was den Verschleiß verringert und den Kraftstoffverbrauch senkt. Darüber hinaus werden Viskositätsindexverbesserer eingesetzt, um Hydraulik- und Getriebeöle mit hohem Viskositätsindex zu erhalten und so die Start- und Schmiereigenschaften bei niedrigen Temperaturen zu verbessern.
Um zu veranschaulichen, wie ein Viskositätsindexverbesserer funktioniert, stellen Sie sich den Viskositätsindexverbesserer als einen Oktopus oder eine Schraubenfeder vor, die bei niedrigen Temperaturen zu einer Kugel zusammengerollt bleibt und nur geringe Auswirkungen auf die Viskosität des Öls hat.
Wenn dann die Temperatur steigt, dehnt sich das Additiv (oder der Oktopus) aus oder streckt seine Arme aus (wodurch es größer wird) und verhindert, dass das Öl bei hohen Temperaturen zu dünn wird. VI-Verbesserer haben einige Nachteile. Bei diesen Zusatzstoffen handelt es sich um große Polymere (hohes Molekulargewicht), wodurch sie durch Maschinenteile (Scherkräfte) leicht zerkleinert oder in kleine Stücke geschnitten werden können. Es ist bekannt, dass Zahnräder VI-Verbesserer sehr stark verschleißen.
Die permanente Scherwirkung von VI-Verbesserern kann zu einem erheblichen Viskositätsverlust führen, der durch Ölanalyse nachgewiesen werden kann. Die zweite Form des Viskositätsverlusts ist auf hohe Scherkräfte in der Belastungszone von Reibflächen (z. B. Gleitlagern) zurückzuführen.
Es wird angenommen, dass der VI-Verbesserer seine Form oder gleichmäßige Ausrichtung verliert und somit einen Teil seiner Verdickungsfähigkeit verliert.
Die Viskosität des Öls sinkt in der Lastzone vorübergehend ab und erreicht nach Verlassen der Lastzone wieder die normale Viskosität. Diese Eigenschaft trägt tatsächlich dazu bei, den Ölverbrauch zu senken.
VI-Verbesserer gibt es in verschiedenen Ausführungen (üblich sind Olefincopolymere). Hochwertige VI-Verbesserer sind weniger anfällig für dauerhaften Scherverlust als kostengünstige, minderwertige VI-Verbesserer.
Antiverschleißadditive (AW)
Diese Additive werden typischerweise verwendet, um Maschinenteile unter Grenzschmierbedingungen vor Verschleiß und Metallverlust zu schützen. Es handelt sich um polare Zusatzstoffe, die an den Reibmetalloberflächen haften. Sie reagieren chemisch mit Metalloberflächen, wenn Metallkontakte unter Misch- und Grenzschmierbedingungen hergestellt werden. Sie werden durch die Kontaktwärme aktiviert und bilden einen Film, der den Verschleiß minimiert. Sie schützen außerdem das Grundöl vor Oxidation und schützen das Metall vor Schäden durch ätzende Säuren. Nachdem diese Additive ihre Funktion erfüllt haben, werden sie „verbraucht„ und es kann zu Schäden durch adhäsiven Verschleiß kommen. Dabei handelt es sich in der Regel um Phosphorverbindungen, am häufigsten handelt es sich um Zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP).
ZDDP ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich – einige für hydraulische Anwendungen und andere für die hohen Temperaturen in Motorölen. ZDDP verfügt außerdem über einige antioxidative und korrosionsschützende Eigenschaften. Darüber hinaus werden auch andere Arten von phosphorbasierten Chemikalien (z. B. TCP) zum Verschleißschutz eingesetzt. Extreme Pressure (EP)-Additive Diese Additive sind chemisch aggressiver als AW-Additive. Sie reagieren chemisch mit Metalloberflächen (Eisenoberflächen) und bilden einen Oberflächenfilm, der ein Verschweißen und Festfressen relativ rauer Oberflächen durch Metall-zu-Metall-Kontakt (adhäsiver Verschleiß) verhindert. Sie werden bei hoher Belastung und den daraus resultierenden hohen Kontakttemperaturen aktiviert. Sie werden häufig in Getriebeölen verwendet und verleihen ihnen einen charakteristischen und starken Schwefelgeruch. Diese Zusatzstoffe enthalten in der Regel Schwefel- und Phosphorverbindungen (und gelegentlich auch Borverbindungen).
Sie wirken korrosiv gegenüber Messing, insbesondere bei hohen Temperaturen, und sollten nicht in Schneckengetrieben und ähnlichen Anwendungen verwendet werden, bei denen Metalle auf Kupferbasis verwendet werden. Obwohl es einige CP-Additive gibt, die Chlor enthalten, werden sie aufgrund von Korrosionsproblemen selten verwendet.
Verschleißschutzadditive und EP-Additive sind eine große Klasse chemischer Additive, die Metalloberflächen während der Grenzflächenschmierung schützen, indem sie einen Schutzfilm oder eine Schutzbarriere auf den verschlissenen Oberflächen bilden.
Solange ein hydrodynamischer oder elastohydrodynamischer Ölfilm zwischen Metalloberflächen aufrechterhalten wird, findet keine Grenzschmierung statt und diese Grenzschmierungszusätze werden zur Erfüllung ihrer Funktion nicht benötigt.
Wenn bei hoher Belastung oder hohen Temperaturen der Ölfilm gebrochen ist und Unebenheiten auftreten, schützen diese Grenzschmierzusätze die verschlissenen Oberflächen.
Reinigungsmittel
Reinigungsmittel haben zwei Funktionen: Erstens tragen sie dazu bei, heiße Metallteile sauber und frei von Ablagerungen zu halten, und zweitens neutralisieren sie im Öl gebildete saure Substanzen. Reinigungsmittel werden hauptsächlich in Motorölen verwendet und sind alkalischer Natur.
Sie bilden die Grundlage für die Reservealkalität von Motorenölen, die als Basenzahl (BN) bezeichnet wird. Typischerweise handelt es sich dabei um Materialien der Kalzium- und Magnesiumchemie. Früher wurden Reinigungsmittel auf Bariumbasis verwendet, heute werden sie jedoch nur noch selten verwendet.
Da diese Metallverbindungen beim Verbrennen des Öls eine Ascheablagerung hinterlassen, kann es bei Hochtemperaturanwendungen zur Bildung unerwünschter Rückstände kommen. Aufgrund dieser Aschebedenken spezifizieren viele OEMs aschearme Öle für Geräte, die bei hohen Temperaturen betrieben werden. Ein Waschmittelzusatz wird normalerweise in Verbindung mit einem Dispergiermittelzusatz verwendet.
Dispergiermittel
Dispergiermittel are mainly found in engine oil with detergents to help keep engines clean and free of deposits. The main function of dispersants is to keep particles of diesel engine soot finely dispersed or suspended in the oil (less than 1 micron in size).
Das Ziel besteht darin, die Verunreinigung in Schwebe zu halten und zu verhindern, dass sie im Öl agglomeriert, sodass der Schaden minimiert wird und bei einem Ölwechsel aus dem Motor ausgeschieden werden kann. Dispergiermittel sind im Allgemeinen organisch und aschefrei. Daher sind sie mit der herkömmlichen Ölanalyse nicht leicht zu erkennen.
Durch die Kombination von Detergens-/Dispergiermittelzusätzen können mehr Säureverbindungen neutralisiert werden und mehr Schadstoffpartikel in der Schwebe bleiben. Da diese Additive ihre Funktion erfüllen, Säuren zu neutralisieren und Verunreinigungen zu suspendieren, wird ihre Kapazität irgendwann überschritten, was einen Ölwechsel erforderlich macht.
Antischaummittel
Die Chemikalien dieser Additivgruppe besitzen eine niedrige Grenzflächenspannung, die die Ölblasenwand schwächt und ein leichteres Platzen der Schaumblasen ermöglicht. Sie wirken sich indirekt auf die Oxidation aus, indem sie den Luft-Öl-Kontakt verringern.
Bei einigen dieser Additive handelt es sich um öllunlösliche Silikonmaterialien, die nicht gelöst, sondern fein im Schmieröl verteilt sind. Normalerweise sind sehr niedrige Konzentrationen erforderlich. Wenn zu viel Antischaummittel hinzugefügt wird, kann dies eine gegenteilige Wirkung haben und die Schaumbildung und Lufteinschlüsse verstärken.
Reibungsmodifikatoren
Reibungsmodifikatoren werden typischerweise in Motorölen und Automatikgetriebeflüssigkeiten verwendet, um die Reibung zwischen Motor- und Getriebekomponenten zu verändern. Bei Motoren liegt der Schwerpunkt auf der Verringerung der Reibung, um den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Bei Getrieben liegt der Fokus auf der Verbesserung des Eingriffs der Kupplungsmaterialien. Reibungsmodifikatoren können als Anti-Verschleiß-Additive für geringere Belastungen betrachtet werden, die nicht durch Kontakttemperaturen aktiviert werden.
Stockpunkterniedriger
Der Stockpunkt eines Öls ist ungefähr die niedrigste Temperatur, bei der ein Öl flüssig bleibt. Wachskristalle, die sich in paraffinischen Mineralölen bilden, kristallisieren (werden fest) bei niedrigen Temperaturen. Die festen Kristalle bilden ein Gitternetz, das das verbleibende flüssige Öl am Fließen hindert.
Die Additive dieser Gruppe reduzieren die Größe der Wachskristalle im Öl und ihre Wechselwirkung untereinander, sodass das Öl auch bei niedrigen Temperaturen weiterfließen kann.
Demulgatoren
Demulgatoradditive verhindern die Bildung eines stabilen Öl-Wasser-Gemisches oder einer Emulsion, indem sie die Grenzflächenspannung des Öls verändern, sodass Wasser koalesziert und sich leichter vom Öl trennt. Dies ist eine wichtige Eigenschaft für Schmierstoffe, die Dampf oder Wasser ausgesetzt sind, damit sich freies Wasser absetzen und leicht an einem Behälter abfließen kann.
Emulgatoren
Emulgatoren are used in oil-water-based metal-working fluids and fire-resistant fluids to help create a stable oil-water emulsion. The emulsifier additive can be thought of as a glue binding the oil and water together, because normally they would like to separate from each other due to interfacial tension and differences in specific gravity.
Biozide
Biozide are often added to water-based lubricants to control the growth of bacteria.
Klebrigmacher
Klebrigmacher are stringy materials used in some oils and greases to prevent the lubricant from flinging off the metal surface during rotational movement.
Um für Mischer und Endverbraucher gleichermaßen akzeptabel zu sein, müssen die Zusatzstoffe in herkömmlichen Mischgeräten handhabbar, lagerstabil, frei von unangenehmen Gerüchen und nach normalen Industriestandards ungiftig sein.
Da es sich bei vielen um hochviskose Materialien handelt, werden sie im Allgemeinen als konzentrierte Lösungen in einem Grundölträger an den Ölformulierer verkauft.
Ein paar wichtige Punkte zu Zusatzstoffen:
Mehr Additiv ist nicht immer besser. Das alte Sprichwort „Wenn ein bisschen von etwas gut ist, ist mehr vom Gleichen besser„ gilt bei der Verwendung von Öladditiven nicht unbedingt.
Je mehr Additive dem Öl beigemischt werden, desto mehr Vorteile ergeben sich manchmal nicht, manchmal verschlechtert sich sogar die Leistung. In anderen Fällen verbessert sich die Leistung des Additivs nicht, aber die Einsatzdauer verbessert sich.
Die Erhöhung des Anteils eines bestimmten Additivs kann eine Eigenschaft eines Öls verbessern und gleichzeitig eine andere verschlechtern. Wenn die angegebenen Additivkonzentrationen aus dem Gleichgewicht geraten, kann die Gesamtqualität des Öls beeinträchtigt werden.
Einige Additive konkurrieren miteinander um den gleichen Platz auf einer Metalloberfläche. Wenn dem Öl eine hohe Konzentration eines Verschleißschutzmittels zugesetzt wird, kann es sein, dass der Korrosionsinhibitor weniger wirksam ist. Die Folge kann eine Zunahme korrosionsbedingter Probleme sein.
Wie Ölzusätze aufgebraucht werden
Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass die meisten dieser Zusatzstoffe verbraucht und verbraucht werden durch:
- „Zersetzung” oder Zusammenbruch,
- „Adsorption” auf Metall-, Partikel- und Wasseroberflächen und
- „Trennung” durch Absetzen oder Filtrieren.
Die Adsorptions- und Trennmechanismen beinhalten Stofftransfer oder physikalische Bewegung des Additivs.
Bei vielen Additiven gilt: Je länger das Öl im Einsatz bleibt, desto weniger wirksam ist das verbleibende Additivpaket beim Schutz der Ausrüstung.
Wenn das Additivpaket schwächer wird, steigt die Viskosität, es beginnt sich Schlamm zu bilden, ätzende Säuren beginnen, Lager und Metalloberflächen anzugreifen und/oder der Verschleiß nimmt zu. Bei der Verwendung minderwertiger Öle treten diese Probleme viel früher auf.
Aus diesen Gründen sollten immer hochwertige Schmierstoffe ausgewählt werden, die den korrekten Branchenspezifikationen (z. B. API-Motoren-Serviceklassifizierungen) entsprechen. Die folgende Tabelle kann als Leitfaden für ein tieferes Verständnis der Additivtypen und ihrer Funktionen in Motorölformulierungen dienen.
Aus den obigen Informationen geht hervor, dass in den meisten Ölen, die zur Schmierung von Geräten verwendet werden, eine Menge Chemie vorkommt. Es handelt sich um komplizierte Mischungen von Chemikalien, die im Gleichgewicht zueinander stehen und respektiert werden müssen.
Aus diesen Gründen sollte auf das Mischen unterschiedlicher Öle und die Zugabe zusätzlicher Schmiermittelzusätze verzichtet werden.
After-Market-Additive und ergänzende Ölkonditionierer
Es stehen Hunderte chemische Zusätze und ergänzende Schmiermittelkonditionierer zur Verfügung. In bestimmten Spezialanwendungen oder Branchen können diese Additive zur Verbesserung der Schmierung beitragen.
Einige Hersteller von Zusatzschmierstoffen machen jedoch übertriebene und/oder unbewiesene Behauptungen über ihre Produkte oder erwähnen keine negativen Nebenwirkungen, die der Zusatzstoff verursachen kann.
Seien Sie bei der Auswahl und Anwendung dieser Produkte sehr vorsichtig oder, noch besser, vermeiden Sie deren Verwendung. Wenn Sie ein besseres Öl wollen, kaufen Sie zunächst ein besseres Öl und überlassen Sie die Chemie den Leuten, die wissen, was sie tun.
Oftmals erlöschen Öl- und Gerätegarantien durch die Verwendung von After-Market-Additiven, da die endgültige Formulierung nie getestet und genehmigt wurde. Käufer aufgepasst.
Wenn Sie die Verwendung eines After-Market-Additivs zur Lösung eines Problems in Betracht ziehen, ist es ratsam, die folgenden Regeln zu beachten:
Regel Nr. 1
Ein minderwertiger Schmierstoff kann nicht allein durch die Zugabe eines Additivs in ein Premiumprodukt umgewandelt werden. Es ist unlogisch, ein minderwertiges Fertigöl zu kaufen und zu versuchen, seine schlechten Schmiereigenschaften mit einem speziellen Additiv auszugleichen.
Regel Nr. 2
Einige Labortests können dazu verleitet werden, ein positives Ergebnis zu liefern. Einige Zusatzstoffe können einen bestimmten Test dazu verleiten, ein bestandenes Ergebnis zu liefern. Oft werden mehrere Oxidations- und Verschleißtests durchgeführt, um einen besseren Hinweis auf die Leistung eines Additivs zu erhalten. Anschließend werden die eigentlichen Feldversuche durchgeführt.
REGEL #3
Grundöle können nur eine bestimmte Menge an Additiven lösen (tragen). Daher kann die Zugabe eines zusätzlichen Additivs zu einem Öl mit geringer Löslichkeit oder bereits mit Additiv gesättigtem Öl einfach dazu führen, dass sich das Additiv aus der Lösung absetzt und am Boden des Kurbelgehäuses oder der Ölwanne verbleibt. Der Zusatzstoff darf niemals seine beanspruchte oder vorgesehene Funktion erfüllen.
Wenn Sie sich für die Verwendung eines Nachrüstadditivs entscheiden, treffen Sie vor dem Hinzufügen eines zusätzlichen Additivs oder Ölkonditionierers zu einem geschmierten System die folgenden Vorsichtsmaßnahmen:
-
Stellen Sie fest, ob tatsächlich ein Schmierproblem vorliegt. Ein Ölverschmutzungsproblem hängt beispielsweise meist mit schlechter Wartung oder unzureichender Filterung zusammen und nicht unbedingt mit schlechter Schmierung oder minderwertigem Öl.
-
Wählen Sie den richtigen Zusatzzusatz oder Ölkonditionierer. Das bedeutet, dass Sie sich die Zeit nehmen müssen, die Zusammensetzung und Kompatibilität der verschiedenen Produkte auf dem Markt zu recherchieren.
-
Bestehen Sie darauf, dass sachliche Feldtestdaten zur Verfügung gestellt werden, die die Behauptungen über die Wirksamkeit des Produkts untermauern.
-
Konsultieren Sie ein seriöses, unabhängiges Ölanalyselabor. Lassen Sie das vorhandene Öl mindestens zweimal analysieren, bevor Sie ein zusätzliches Additiv hinzufügen. Dadurch wird ein Referenzpunkt festgelegt.
-
Lassen Sie das Öl auch nach der Zugabe des Spezialadditivs bzw. Pflegemittels regelmäßig analysieren. Nur durch diese Vergleichsmethode können objektive Daten über die Wirksamkeit des Zusatzstoffs gewonnen werden.
Über den Einsatz ergänzender Zusatzstoffe gibt es viele Kontroversen. Es stimmt jedoch, dass bestimmte zusätzliche Schmiermittelzusätze die Reibung in einigen Anwendungen reduzieren oder beseitigen, beispielsweise in Werkzeugmaschinen, Getriebegetrieben mit extremen Drücken und bestimmten Anwendungen in Hochdruckhydrauliksystemen.
Wie lange wird es aschefreie, dispergierende Flugzeugmotorenöle geben?
Wenn man nach einem Beispiel für einen luftgekühlten Motor fragt, nennen viele den Porsche 911 Carrera, der für seinen luftgekühlten Sechszylinder-Boxermotor der Spitzenklasse bekannt ist, den sogenannten „Boxer„-Motor. Von vielen als „luftgekühlter 911„ bekannt, wurde die letzte Version des luftgekühlten Sechszylinder-Boxermotors von Porsche nach dem Modelljahr 1998 zugunsten eines wassergekühlten Motors eingestellt. Es gehört zu den letzten Privatautos, die mit einem luftgekühlten Motor hergestellt wurden.1, 2
Im Gegensatz dazu verwendet die Luftfahrtindustrie eine Mischung aus luft- und wassergekühlten Motoren und bevorzugt bei Flugzeugkolbenmotoren sogar die luftgekühlte Variante. Diese bevorzugte Kühlmethode der Luftfahrtindustrie weist auf den Grund für die Allgegenwärtigkeit aschefreier Dispergiermittel in Flugzeugmotorenölen hin.
Zu Beginn der Luftfahrt war Rizinusöl aufgrund seiner guten Schmierfähigkeit das Öl der Wahl für Flugzeugöle. Diese Öle wurden zwischen 1925 und 1935 zugunsten mineralischer Öle aufgegeben. Damals enthielten diese Öle keine Zusätze und der Ölverbrauch war im Vergleich zu heutigen Motoren extrem hoch, da die Motoren regelmäßig nachgefüllt werden mussten.
Additive wie aschefreie Dispergiermittel tragen dazu bei, den Motorölverbrauch zu senken. Bevor wir uns jedoch mit der Bedeutung aschefreier Dispergiermittel in Flugzeugmotorenölen befassen, ist es wichtig zu verstehen, was ein aschefreies Dispergiermittel ist. Aschefreie Dispergiermittel tragen dazu bei, die Bildung von metallischen Ablagerungen in Motoren zu verhindern, die eine Vorzündung verursachen und zu katastrophalen Schäden am Motor führen können.3 Ein aschefreies Dispergiermittel funktioniert, indem es angesammelte Asche aus den Motorkomponenten dispergiert, um Ablagerungen und übermäßigen Verschleiß zu verhindern.
Die Aircraft Owners and Pilots Association (AOPA) gibt an, dass „aschefreie Dispergieröle einen Zusatz enthalten, der dabei hilft, Schmutz abzufangen und ihn zum Filter oder Sieb zu befördern.„4 AOPA führt weiter aus: „Angesichts des relativ hohen Verschleißes von Flugzeugtriebwerken und der Menge an Verbrennungssäuren und anderen Verunreinigungen, die an den Zylinderringen und Ventilen vorbei gelangen, ist dies eine sehr wichtige Eigenschaft.„ Tatsächlich funktioniert ein aschefreies Dispergiermittel, indem es unerwünschte Ablagerungen umschließt, um zu verhindern, dass sie sich absetzen und Verschleiß und andere Schäden wie Vorentflammung verursachen.5
Kolbenmotoren für Flugzeuge weichen in vielerlei Hinsicht von der Konstruktion und Konstruktion moderner Automobilmotoren ab, insbesondere in ihren Leistungsbereichen. Ein Automotor hat in der Regel eine Drehzahlgrenze von etwa 6.000 bis 7.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) und arbeitet selten länger als ein paar Sekunden am Stück mit Spitzenleistung, während ein Flugzeugmotor typischerweise seine Spitzenleistung bei etwa 2.700 U/min abgibt und die meiste Zeit seines Betriebs auf diesem Niveau arbeitet,6 wobei das obere Ende bei Flugzeugen aus dem Zweiten Weltkrieg liegt, die ihren Höhepunkt bei 3.200 U/min erreichten.
Ein weiterer Unterschied besteht in den Gesamtzielen bei der Konstruktion dieser Motorentypen. Derzeit konzentriert sich die Automobilindustrie auf die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz durch Downsizing und die Bereitstellung von Komfort sowohl für Fahrzeugführer als auch für Passagiere. Im Gegensatz dazu liegt der Schwerpunkt bei Flugzeugtriebwerken auf Zuverlässigkeit und Einfachheit. Ein Paradebeispiel hierfür ist die Lockheed Constellation, ein Flugzeug aus dem Zweiten Weltkrieg, das trotz seines viermotorigen Designs zum „sichersten dreimotorigen Flugzeug„ gekürt wurde, da bei Überseeflügen unterwegs oft ein Motor ausfiel.
Während des Zweiten Weltkriegs waren wassergekühlte Motoren überwiegend V12-Motoren, während luftgekühlte Motoren sternförmige Einzel- oder Doppelsternkonstruktionen mit sieben bis neun Zylindern pro Stern waren. Die Leistungsdichte nahm während des Zweiten Weltkriegs rapide zu; Flugzeugmotoren hatten einen Hubraum von 20 bis 50 Litern und waren oft turbogeladen, zuerst in Deutschland erfunden und später von den Alliierten aufgeladen. Die Oktanzahl des verwendeten Kraftstoffs betrug üblicherweise 90 Oktan oder weniger, während des Krieges stieg sie auf 100 Oktan und sogar auf 150 Oktan, im krassen Gegensatz zu den heutigen 100 Oktan, die frei von Blei und Schwefel sind.
Diese Motoren leisteten etwa 50 PS/Liter und konnten mit einer Wasser-Methanol-Einspritzung bis zu 90 Sekunden lang um 50 % aufgeladen werden. Heutzutage haben serienmäßig hergestellte Benzinmotoren für Pkw eine Leistung von 100–150 PS/Liter, eine deutliche Verbesserung der Motorentechnologie im letzten Jahrhundert. Eines der Probleme, die beide Seiten während des Zweiten Weltkriegs plagten, war die Zuverlässigkeit des Motors, selbst wenn er nicht mit dem Feind in Berührung kam. Aufgrund unzureichender und fehlender Wartung, mangelnder Kenntnisse über Additive und der daraus resultierenden vorzeitigen Zündung bildeten sich Ruß und Ablagerungen, die zu großen Problemen führten. Dies war die Geburtsstunde synthetischer Motorenöle und funktioneller Additive. Das von der Luftwaffe verwendete Grundöl war eine aschefreie Diestermischung mit Polyethylenöl 7, gemischt mit dem Hochdruck-/Verschleißschutzadditiv „Mesulfol II„ (einem Schwefelträger). Im Jahr 1944 begannen die Kampfflugzeuge P-38, P-47, P-51 und B-25⁸ der USAF, aschefreies Polypropylenglykol von Bridgestone (Union Carbide) zu verwenden. Beide Öle wurden nach dem Zweiten Weltkrieg ausgemustert, aber Polyalkylenglykole (PAGs) haben immer noch einige selbstreinigende und dispergierende Eigenschaften.
Der Vergleich eines Automotors aus den 1960er Jahren mit einem modernen Motor zeigt einige offensichtliche Veränderungen und Fortschritte, während der Vergleich zweier Flugzeugmotoren zeigt, dass die beiden Motoren sehr ähnlich aussehen. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen einen Vergleich zweier Motoren aus den Jahren 1967 und 2015.
Der Vergleich von Automobil- und Flugzeugmotoren ist entscheidend, um zu verstehen, warum aschefreie Dispergiermittel in Flugzeugmotorenölen immer noch üblich sind, bei der Erörterung von Automobilmotorenölen jedoch selten erwähnt werden. Bei einer Google-Suche nach „Aschefreies Dispergiermittel„ werden fast alle Ergebnisse angezeigt, die sich auf Flugzeugmotoren und Flugzeugmotorenöle beziehen. Die fortschrittliche Technologie neuer Autos ist darauf ausgelegt, den Motor so lange wie möglich in makellosem Zustand zu halten, um den Kraftstoff im Tank optimal zu nutzen. Ganz zu schweigen davon, dass Elektroautos kein Motoröl benötigen. Allerdings ähneln ältere Konstruktionen von Kolbenmotoren für Flugzeuge eher Automobilmotoren aus den 1960er-Jahren, die darauf angewiesen sind, dass einige Ablagerungen im Motor verbleiben und nicht dafür ausgelegt sind, während ihrer gesamten Lebensdauer in „neuwertigem„ Zustand zu laufen.
Daher tendieren Automobilhersteller dazu, vollsynthetisches, mittelstarkes SAP (Sulfatasche) zu empfehlen <0.80 wt.-%) or low SAP (sulfated ash <0.50 wt.-%) oils with complex additive packages, while aircraft manufacturers generally endorse two more basic oils: straight mineral oil and ashless dispersant mineral oil. SAP stands for sulfur, ash and phosphorus. Straight mineral oils (API Groups I-III) are essentially oils produced from a refinery and are often recommended for the break-in period of new aircraft piston engines.
Ben Visser, pensionierter Schmierungsspezialist bei AeroShell, erklärt: „Früher erforderte die Zylinderschmierung eine herkömmliche Hartchrombehandlung, um die Spezifikationen zu erfüllen, und die Verschleißpartikel wirkten abrasiv.„13 Nach der Einlaufphase werden die Empfehlungen angepasst, um zusätzliche, unerwünschte Ablagerungen zu verhindern. Die meisten Flugzeughersteller empfehlen, nach der Einlaufzeit aschefreie Dispersionsöle anstelle von reinen Mineralölen zu verwenden, um überschüssige Metallpartikel und Verunreinigungen zu entfernen.
Trotz der Haltbarkeit dieser aschefreien Öle in Flugzeugkolbenmotoren gibt es eine potenzielle Herausforderung für die langfristige Haltbarkeit aschefreier dispergierter Öle: Elektroflugzeuge. Im Jahr 2014 stellte Klaus Ohlmann mit seinem Zweisitzer e-Genius sieben Weltrekorde auf. Dazu gehörten ein Geschwindigkeitsrekord von 142,7 mph (229,7 km/h) und eine Gesamtflugstrecke von 313 Meilen (504 km). Diese Ergebnisse sind nicht bahnbrechend im Hinblick auf alle Flugzeuge, aber zu wissen, dass der e-Genius diese Leistungen nur mit einem Elektromotor und einer Batterie als Energiequelle vollbringt, ist an sich schon eine bemerkenswerte Leistung. 14, 15 Noch beeindruckender ist, dass der e-Genius nur ein Fünftel der Energie verbraucht, die erforderlich ist, um die gleiche Strecke in einem zweisitzigen Flugzeug mit Treibstoffantrieb zurückzulegen. 15 Diese Ergebnisse sind vielversprechend für die Zukunft von Elektroflugzeugen, aber was bedeuten sie für den Flugzeugtreibstoff?
Der „e-Genius„ der Universität Stuttgart sieht aus wie ein futuristisches Segelflugzeug, es gibt aber auch andere, komplexere Elektroflugzeugkonzepte. Von vollelektrischen Flugzeugen bis hin zu Hybridflugzeugen ist die Elektrifizierung als Zukunftsvision in der Luftfahrt „im Trend„. Eviation hat sein Pendlerflugzeug „Alice„ mit neun Passagieren und einer geschätzten Reichweite von 600 Meilen vorgestellt. Airbus hat seinen E-Fan X vorgestellt, der mehr Passagiere befördern kann, wobei eines der Triebwerke durch einen 2-Megawatt-Elektromotor ersetzt wurde. 17 experimentelle vollelektrische X-57-Flugzeuge der NASA verfügen über große elektrische Flügelspitzenmotoren für den Reiseflug und 12 kleinere Elektromotoren mit Klapppropellern für den Start.
Vertikal startende und landende Flugzeuge (VTOL) sind eine weitere Kategorie von Elektroflugzeugen. Sie konzentrieren sich auf den regionalen Flugverkehr und die Anbindung von Innenstädten als „Urban Air Taxis„, da sie lediglich einen Landeplatz benötigen. Beispiele hierfür sind: CityAirbus, Daimler Velocopter, Boeing NEXT und Lilium Jet.
Es ist klar, dass sich die Welt in Richtung Elektrotechnologie bewegt. Die Technologie hat sich bereits in der Automobilindustrie durchgesetzt, und die Verkäufe des Chevrolet Volt, des Nissan Leaf, des Toyota Prius Prime und der Tesla-Produktpalette wachsen von Jahr zu Jahr. 19 Flugzeuge wie der e-Genius demonstrieren ebenfalls das Potenzial, diese Technologie mit der Luftfahrtindustrie zu teilen, aber das bedeutet nicht, dass die Einführung von Elektroflugzeugen den Tod von Flugzeugtriebwerksschmierstoffen bedeutet.
Laut General Aviation News beträgt das Durchschnittsalter eines Flugzeugs der allgemeinen Luftfahrt* 50 Jahre, mit einem durchschnittlichen Herstellungsjahr von 1970. 20 Im Vergleich dazu ist das durchschnittliche Privatauto gerade einmal 12 Jahre alt, mit einem durchschnittlichen Herstellungsjahr von 2008. 21 Theoretisch bedeutet dies, dass eine neue Funktion oder Regelung erst 2032 verpflichtend wäre. Dies macht es schwieriger, die Luftfahrttechnologie zum Guten oder zum Schlechten zu verändern. Im Fall von Flugzeugmotorenölen hat dies die Einführung von Technologien wie vollsynthetischen Ölen mit komplexen Additivpaketen in Flugzeugen behindert, aber es hat auch dazu beigetragen, dass aschefreie Dispergiermittel dem aktuellen weltweiten Interesse an alternativen Kraftstoffen und strengeren Emissionsstandards standhalten.
Es besteht eindeutig ein Wettbewerb zwischen Luftfahrt und Elektrifizierung. Ziel ist es, einen CO2-neutralen Transport zu erreichen, und die Luftfahrt ist in dieser Hinsicht der Automobilindustrie voraus. ASTM D7566, die Schlüsselspezifikation für herkömmlichen Flugtreibstoff, verfügt derzeit über sieben Anhänge, die unterschiedliche Wege für nachhaltigen Flugtreibstoff (SAF) definieren, sodass bis zu 50 % SAF aus verschiedenen Quellen wie Biomasseressourcen und -prozessen hergestellt werden können. Dies kann eine Blaupause für Verbrennungsmotoren sein. BMW gab kürzlich bekannt, dass es einen zu 100 % erneuerbaren Dieselkraftstoff namens HVO100 zugelassen hat. HVO100 ist eine chemische Nachbildung von Kohlenwasserstoffdiesel. Porsche fördert die Entwicklung synthetischer Kraftstoffe bzw. Elektrokraftstoffe, die mit erneuerbarer Energie aus CO2 und Wasserstoff hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Kraftstoff mit 33 Vol.-% hydriertem Altspeiseöl zu mischen, um Erdöldiesel herzustellen, wie Volkswagen es mit dem R33 BlueDiesel vorgeschlagen hat.
Während die mechanische Struktur von Flugzeugmotoren im letzten halben Jahrhundert weitgehend unverändert geblieben ist, hat sich die mechanische Struktur von Automobilmotoren erheblich verändert. Trotz dieser großen Unterschiede in der Entwicklungsgeschichte ist zu erwarten, dass die Elektrotechnik in den kommenden Jahren beide Branchen durchdringen wird. Während dies zu einer Verringerung der Menge der verwendeten Schmierstoffe für Flugzeugtriebwerke führen kann, wird das Fortbestehen älterer Flugzeuge mit einfachen Kolbenmotorkonstruktionen höchstwahrscheinlich dazu führen, dass aschefreie, dispergierte Schmierstoffe für Flugtriebwerke weiterhin bestehen bleiben. Aschefreie dispergierte Schmierstoffe werden in den nächsten Jahren möglicherweise nicht viele neue Entwicklungen und Verbesserungen erfahren, aber wie die Flugzeuge, in denen sie eingesetzt werden, werden sie wahrscheinlich noch viele Jahre lang bestehen bleiben.