Schmierstoffwissen

Moderne Motorenöle basieren in ihrer Art und Leistungsfähigkeit auf unterschiedlichen Basisölen oder auf den sich daraus ergebenden Basisölmischungen. Zusätzlich werden Additive eingesetzt, die unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen. Nur eine ausgewogene Formulierung (Basisöl und Additivkomponenten) ergibt ein leistungsstarkes Motorenöl.

Sehen Sie hier den Aufbau eines typischen Mehrbereichs-Öles

Ein typisches Motorenöl besteht zu:

• 78 Prozent aus Basisöl,
• 10 Prozent Viskositätsindex-Verbesserern,
• 3 Prozent Detergenten,
• 5 Prozent Dispersanten,
• 1 Prozent Verschleißschutz und
• 3 Prozent sonstigen Bestandteilen

Die eingesetzten Basisöle verleihen den Schmierstoffen grundlegende spezifische Eigenschaften, die sich in den Leistungen der Fertigprodukte deutlich bemerkbar machen.

• Mineralöle: Kohlenwasserstoffverbindungen unterschiedlicher Form, Struktur, Art und Größe (VI: 80-95)
• Hydrocracköle: Veredelte Mineralöle mit höherem Reinheitsgrad und verbesserter Molekülstruktur (VI: 130-140)
• Polyalphaolefine (PAO's): Syntheseprodukte der Petrochemie - Chemisch konstruierte geradlinige Kohlenwasserstoffverbindungen (VI: 130-145)
• Synthetische Ester: Synthetische Verbindungen organischer Säuren mit Alkoholen. Chemisch hergestellte Produkte mit Molekülen beliebiger Form, Struktur, Art und Größe (VI: 140-180)

Sehen Sie hier ein Schema des Gewinnungsprozesses von mineralölbasischem Grundöl - den Raffinationsprozess – sowie Molekülmodelle der Bestandteile des resultierenden Mineralöles.

Das Rohöl wird zuerst in einer atmosphärischen Destillation behandelt. Hierbei entsteht Ethylen, Grundbaustein zur Herstellung von Polyalphaolefinen (PAO). Der nächste Bearbeitungsschritt ist eine Vakuumdestillation, der anschließend die Raffination folgt. Im folgenden Schritt werden unerwünschte Paraffine entfernt. In speziellen Fällen wird eine abschließende Wasserstoffbehandlung durchgeführt, bevor das Mineralöl als Endprodukt gewonnen wird.

Dieses Schema zeigt die einzelnen Schritte der Herstellung von Hydrocrackölen.

Ausgangsprodukt sind die langkettigen (festen) Normalparaffine aus der Entparaffinierung von Raffinaten. Die Paraffinmoleküle werden in besonderen Crackanlagen, in einer Wasserstoffatmosphäre im Beisein spezieller Katalysatoren, in kürzere Schmierstoffmoleküle zerbrochen (gecrackt).

Hierbei fallen verfahrensbedingt überwiegend Isoparaffine (verzweigte Kohlenwasserstoffketten) an.

In einer anschließenden Vakuumdestillation werden sie nach Viskositäten getrennt und die noch verbliebenen Normalparaffine (unverzweigte Kohlenwasserstoffketten) in einer nachgeschalteten Entparaffinierung entfernt. Die derart hergestellten Öle sind hoch isoparaffinhaltig und weisen deutlich einheitliche Molekülstrukturen auf.

Polyalphaolefine oder kurz PAO's werden aus Ethylen als Grundbaustein in einem chemischen Prozess synthetisiert. Die aus diesem Prozess resultierenden Kohlenwasserstoffverbindungen weisen eine definierte Molekülstruktur auf.

Die Grafik zeigt ein Produktionsschema zur Herstellung von synthetischen Polyalphaolefinen im Detail.

Synthetische Ester sind chemisch hergestellte Verbindungen aus organischen Säuren und Alkoholen. Je nach gewünschter Eigenschaft des Esters können definierte Molekülstrukturen synthetisiert werden.

Sehen Sie hier die allgemeine chemische Formel der Reaktion von Säure und Alkohol zu Ester und Wasser sowie umgekehrt.

 

Bei Additiven handelt es sich um öllösliche Zusätze bzw. Wirkstoffe, die den angesprochenen Basisölen zugegeben werden. Sie verändern oder verbessern durch chemische und/oder physikalische Wirkung die Eigenschaften der Schmierstoffe.

Chemisch wirkende Additive:

• Detergentien
• Dispersanten
• Antioxidantien
• Verschleißschutzadditive
• Korrosionsinhibitoren

Physikalisch wirkende Additive:

• VI-Verbesserer
• Antischaumzusätze
• Pourpoint-Verbesserer
• Friction Modifier (Reibkraftminderer)

Detergentien sind waschaktive Substanzen, die der Bildung von Ablagerungen an thermisch belasteten Bauteilen entgegenwirken. Sie halten den Motor sauber. Darüber hinaus bilden sie die alkalische Reserve im Motorenöl, d.h. saure Reaktionsprodukte aus der Verbrennung werden neutralisiert.

Die Aufgabe der Dispersanten ist es, feste und flüssige Verschmutzungen, die über den Motorbetrieb in das Öl eingetragen werden, zu umhüllen und fein verteilt in Schwebe zu halten. Dadurch werden Ablagerungen im Motor verhindert.

Man unterscheidet dabei zwischen den folgenden Prozessen:

Peptisierung:
Hierunter versteht man das Umhüllen und in Schwebe halten von festen Verunreinigungen im Öl, wie z.B. Staub, Reaktionsprodukte aus der Verbrennung oder Alterungsprodukte des Öles.

Solubilisierung:
Unter Solubilisierung versteht man das Umhüllen und in Schwebe halten von flüssigen Verunreinigungen im Öl, wie z.B. Kondenswasser oder auch Säuren, die bei der motorischen Verbrennung entstehen.

Schmieröle neigen unter dem Einfluss von Wärme und Sauerstoff zur Oxidation (Alterung). Beschleunigt wird dieser Zersetzungsprozess durch saure Reaktionsprodukte aus der Verbrennung und Spuren von Metallen, die katalytisch wirken (abrasiver- oder korrosiver Verschleiß). Die Zugabe von Antioxidantien ergibt einen wesentlich verbesserten Alterungsschutz. Sie können den Alterungsprozess nicht verhindern, jedoch verlangsamen.

Bei der Ölalterung bilden sich Säuren sowie lack-, harz- und schlammartige Ablagerungen, die größtenteils ölunlöslich sind, wie z.B. Ölkohle. Alterungsschutzstoffe können auf drei Arten wirken:

• Radikalfänger (primäre Alterungsstoffe): Radikale sind Kohlenwasserstoffketten, an denen durch Kettenbruch oder Herausreißen von H-Atomen freie Valenzen entstanden sind. Hier lagert sich sofort Sauerstoff an (Oxidation). Radikalfänger sättigen (reparieren) die "Lücke" durch Wasserstoffübertragung vom Additiv auf die freie Valenz.
• Peroxidzersetzer (sekundäre Alterungsschutzstoffe): Diese wirken erst, wenn sich bereits Alterungsstoffe (Sauerstoffverbindungen) gebildet haben. Sie wirken "sauerstoffentziehend" und bilden unschädliche Verbindungen.
• Passivatoren / Metall-Ionen Desaktivatoren: Sie führen zum Passivieren von Eisen- und Kupferpartikeln und damit zur Beendigung bzw. Abschwächung der katalytischen Einwirkungen dieser Metalle auf den Alterungsprozess. Sie "umkrallen" die Metall-Ionen im Öl, so dass diese praktisch keine katalytische Aktivität mehr besitzen.

Durch geeignete Additive kann man auf Gleitflächen äußerst dünne Schichten aufbauen, deren Scherfestigkeit wesentlich geringer als die der Metalle ist. Sie ist unter normalen Bedingungen fest, unter Verschleißbedingungen (Druck, Temperatur) jedoch gleitfähig. So wird ein übermäßiger Verschleiß (Fressen bzw. Verschweißen) verhindert. Bei Bedarf (Metall/Metall-Kontakt) werden die Schichten durch eine chemische Reaktion ständig neu gebildet.

Extreme Pressure und Antiwear (EP / AW) Additive: Das älteste EP-Additiv ist reiner Schwefel. EP/AW-Additive sind grenzflächenaktive Stoffe und können in der polaren Gruppe u.a. die Elemente Zink, Phosphor und Schwefel in verschiedenen Kombinationen enthalten. Der bekannteste Vertreter dieser Art ist das Zinkdithiophosphat (ZDDP), das zusätzlich noch als Alterungs- und Korrosionsschutzadditiv wirkt.

Wirkung von Antiverschleißzusatz – ZDDP In der Anfahrphase der Motoren liegt der Zustand der Mischreibung vor (Übergang zwischen Gleit- und Haftreibung). Dort, wo ein Metall/Metall-Kontakt vorliegt, entsteht Wärme. Die Zink-/Phosphorverbindung reagiert an der Oberfläche und bildet eine zusätzliche, vor Verschleiß schützende Schicht.

Korrosion ist allgemein der chemische oder elektrochemische Angriff auf Metalloberflächen. Für den Korrosionsschutz eignen sich bevorzugt grenzflächenaktive Additive, die sowohl aschefrei als auch aschegebend sein können. Die polare Gruppe lagert sich an Metalloberflächen an, der Alkylrest bildet dichte, pelzartige, hydrophobe (wasserfeindliche) Barrieren. Aufgrund ihrer polaren Struktur stehen die Korrosionsschutzadditive im Wettbewerb mit EP/AW – Additiven, d.h. sie können deren Wirksamkeit beeinträchtigen.

Der Einsatz von VI-Verbesserern (VI = Viskositätsindex [/]) ermöglicht die Herstellung von Mehrbereichs-Motorenölen. VI-Verbesserer erhöhen bzw. strecken die Viskosität eines Öles und verbessern somit das Viskositäts-Temperatur-Verhalten. Sie sind bildlich gesprochen sehr lange, faserförmige Moleküle, die im kalten Zustand zusammengeknäult im Öl vorliegen und hier der Bewegung der Ölmoleküle einen relativ geringen Widerstand entgegensetzen. Mit zunehmender Temperatur entknäulen sie sich, nehmen ein größeres Volumen ein und bilden ein Netz von Maschen, das die Bewegung der Ölmoleküle bremst und ein zu schnelles 'Ausdünnen' des Öles verzögert.

VI - Verbesserer / Scherung

Unter Belastung können VI-Verbesserer geschert werden, d.h. die langen Moleküle werden regelrecht zerrissen. Dies ist mit einem Viskositätsverlust verbunden. Der Viskositätsverlust ist irreversibel und man spricht in diesem Zusammenhang von einer permanenten Scherung. Die zerrissenen Moleküle nehmen ein geringeres Volumen ein und haben damit eine geringere eindickende Wirkung. Die Scherstabilität eines Schmierstoffes wird im wesentlichen durch die Qualität des VI-Verbesserers bestimmt. Hohe Scherbelastungen liegen z.B. im Kolbenringbereich vor (hohe Drehzahlen, Gleitgeschwindigkeiten, Drücke und Temperaturen).

Polysilikone (Silikonpolymerisate), Polyethylenglykolether u. a. verringern die Schaumneigung eines Öles. Dies wird erreicht, indem grundsätzlich weniger Gase (Luft und Verbrennungsgase) im Öl eingeschlossen werden. Zum anderen können eingeschlossene Gase schneller aus dem Öl entweichen. Die Schaumbildung beeinträchtigt die Schmierstoffeigenschaften (Oxidation, Druckverhalten) eines Schmierstoffes erheblich.

Ein Schmierstoff mit schlechtem Schaumverhalten, kann zu deutlich höheren Öltemperaturen, Verschleiß und Hydrostößelklappern führen.

Der Pourpoint bezeichnet die Tieftemperatur in Grad Celsius, wo das Öl gerade noch fließt. Das "Stocken" eines Öles wird durch die Kristallisation der im Grundöl vorhandenen Paraffine bei tiefen Temperaturen bestimmt. Durch Zugabe von Pourpoint-Erniedrigern wird die Kristallisation der Paraffine verzögert und das Tieftemperaturverhalten der Öle verbessert.

Reibungssenkende Additive, sogenannte Friction Modifier, können nur im Bereich der Mischreibung wirken. Diese Wirkstoffe bilden auf den Oberflächen pelzartige Filme (physikalischer Vorgang), die Metalloberflächen voneinander trennen können. F. M. sind sehr polar, d.h. es besteht eine hohe Affinität zur Oberfläche verbunden mit reibungsvermindernden Eigenschaften.

Für Fahrzeuge wurden Anfang des 19. Jahrhunderts unlegierte Motorenöle ohne Klassifikation vorgeschrieben. Anfang der 40er Jahre benötigte das amerikanische Militär erstmals legierte Motorenöle. Diese wurden mit dem Begriff "HD-Motorenöl" ( HD = Heavy Duty = schwere Beanspruchung ) erstmals in den amerikanischen MIL-Spezifikationen aufgeführt. Heute ist die Abkürzung ohne Bedeutung.

Etwa zur gleichen Zeit erarbeitete das Amerikanische Petroleum Institut ( API ) eine Klassifikation für Motorenöle die auch heute noch Gültigkeit hat. Das API- Klassifikationssystem unterscheidet zwischen S-Klassen für den Ottomotorbereich und C-Klassen für den Dieselmotorbereich. Der zweite Buchstabe oder die Zahl geben den jeweiligen Leistungsstand der Motorenöle wieder. Der alphabetisch höhere Buchstabe schließt die vorhergehenden Leistungsstandards mit ein.

Anfang der 90er Jahre erarbeitete die europäische Organisation CCMC Motorenölklassifikationen auf Basis europäischer Motore, Kraftstoffe und Betriebsbedingungen. Die CCMC D -, CCMC PD -( Ottomotor ) und CCMC G -( Dieselmotor ) Spezifikationen wurden durch ACEA -Klassifikationen A ( Ottomotor ), B, C und E ( Dieselmotor ) ersetzt.

Auf Basis dieser ACEA-Klassifikationen schreiben maßgebliche europäische Fahrzeughersteller hauseigene Spezifikationen vor die zunehmend an Bedeutung erlangen.

Im asiatischen Bereich wurden in den letzten Jahren für PKW die API-Klassifikationen als ILSAC- Klassifikationen eingeführt.

Darüber hinaus gibt es verschiedene Klassifikationen für Zweitakt-Motore in unterschiedlichen Fahrzeugen.

In Motorenöl-Klassifikationen und -Spezifikationen werden neben chemisch-/physikalischen vornehmlich motorische Anforderungen beschrieben. In einigen Kriterien besonders kritische Motorenteste bilden die Grundlage für die heutigen europäischen, US-amerikanischen oder japanischen Klassifikationen. Die jeweiligen länderspezifischen Anforderungen hinsichtlich Motortypen, Abgasgesetzgebung, Kraftstoffart und Betriebsbedingung sind die Basis der Klassifikation. Eine Anpassung der Klassifikationen mit ständig steigen Grenzwerten erfolgt kontinuierlich.

Neben dem Verhalten von Ölen während der Testphase werden Motorenseitig z.B. Verschleiß an verschiedenen Bauteilen, Ablagerungen und Rückstandsbildungen, Kraftstoffverbrauch oder Ölverbrauch beurteilt. Seriennahe Motore System Otto- oder Dieselmotor mit verschiedensten Kraftstoff-Zufuhrsystemen ( z.B. Typ Common Rail, Benzindirekteinspritzung, Pumpe-Düse ) und Ladersystemen sind für die Prüfung in akkreditierten Laboratorien oder auf hauseigenen Prüfständen erforderlich. Teilweise werden namentliche Freigaben erteilt.

Weltweit sind heute folgende Klassifikationen / Spezifikationen von Bedeutung.

Association des Constructeurs Européens d`Automobiles ist die Vereinigung von Fahrzeug- und Mineralölherstellern die u.a. Anforderungsprofile für Motorenöle erarbeiten. ACEA ist die Nachfolgevereinigung von CCMC, deren Klassifikationen CCMC D.., CCMC PD .. und CCMC G .. durch die ACEA-Klassifikationen abgelöst wurden.

Bisher gibt es folgende ACEA-Klassifikationen für Motorenöle

Klasse A - Motorenöl für Ottomotore in PKW
A 1, A 2, A 3, A 4 und A 5 mit unterschiedlich chemisch-/physikalischen Anforderungen und gering unterschiedlicher motorischer Anforderung für Benzinmotore - auch mit Direkteinspritzung - mit unterschiedlichen Ölwechselintervallen, Leichtlaufcharakter und Kraftstoffeinsparpotenzial. Ergänzt wird die Buchstaben-/Zahlenkombination häufig mit einer Jahreszahl, die auf das Ausgabedatum der Klassifikation hinweist.

Klasse B - Motorenöl für Dieselmotore in PKW und leichten Nutzfahrzeugen
B 1, B 2, B 3, B 4 und B 5 mit unterschiedlichen chemisch-/physikalischen und motorischen Anforderungen für Dieselmotore mit unterschiedlichen Ölwechselintervallen, Leichtlaufcharakter und Kraftstoffeinsparpotenzial. Ergänzt wird die Buchstaben-/Zahlenkombination häufig mit einer Jahreszahl die auf das Ausgabedatum der Klassifikation hinweist.

Klasse E - Motorenöl für Dieselmotore in Nutzfahrzeugen und LKW
E 1 ( inzwischen zurückgezogen ), E 2, E 3, E 4 und E 5 mit gering unterschiedlichen chemisch-/ physikalischen Anforderungen und sehr unterschiedlichen motorischen Anforderungen für Dieselmotore mit unterschiedlichen Ölwechselintervallen, US-Performance und Leichtlaufcharakter. Ergänzt wird die Buchstaben-/Zahlenkombination häufig mit einer Jahreszahl die auf das Ausgabedatum der Klassifikation hinweist.

Im Rahmen der kontinuierlichen Überarbeitung der ACEA-Klassifikationen wird es in 2005 einige grundlegende Neuerungen / Änderungen geben:

Für Motorenöle die in Dieselmotore mit Partikel-Filter eingesetzt werden, wird für den Einsatz im PKW und im leichten Nutzfahrzeug die Klasse C eingeführt.

Klasse C - Motorenöl für Dieselmotore mit Partikel-Filter C 1, C 2 und C 3 mit unterschiedlichen chemisch-/physikalischen Anforderungen und gering unterschiedlicher motorischer Anforderung. Klassifikation für Motorenöle mit neuer Additivtechnologie, längere flexible Ölwechselintervalle, Leichtlaufcharakter und Kraftstoffeinsparpotenzial.

Die Klassifikationen A und B werden zusammengelegt. Dies bedeutet eine Reduzierung der Anzahl an Klassifikationen von bisher 9 auf zunächst 4:

• ACEA A1/B1
• ACEA A3/B3
• ACEA A3/B4
• ACEA A5/B5

Die chemisch-/physikalischen Daten sowie die grundlegenden motorischen Anforderungen bleiben zunächst unverändert. Die Kombination der Klassifikation ACEA A2/B2 soll bis 2006 den Marktgegebenheiten angepasst werden; evtl. wird auf Global DLD 1 verwiesen.

Die Klassifikation E wird um E 6 - für Nutzfahrzeugöle in Motore mit Partikel-Filter - erweitert, E 3 wird ersatzlos gestrichen, E 5 durch E 7 ersetzt.

In allen Klassifikationen kommen mit Ausgabe xx-04 einige neue Motorenteste zur Anwendung.

Das American Petroleum Institut erstellt u.a. Motorenöl-Klassifikationen mit folgender Nomenklatur:
API - S .. für Ottomotore in PKW
API - C .. für Dieselmotore in Nutzfahrzeugen und LKW

Der Anteil an Dieselmotoren in US-PKW ist gering, sodass keine entsprechende Klassifikation vorhanden ist. Zusätzlich zum Buchstaben S oder C wird dem Alphabet folgend ein Buchstabe oder eine Zahl genannt. Aktuell sind die Klassifikationen API SL und API CI-4. Diese Klassifikationen überdecken leistungsmäßig frühere Buchstaben-/Zahlenkombinationen weitgehend.

Neue Motoren, erweiterte Anforderungen an die Abgaswerte, weiter eingeschränkte Grenzwerte für die Motorenteste führen dazu, das in den nächsten Jahren die Klassifikation API SM Gültigkeit erlangen wird.

Das International Lubricant Standardization and Approval Committee nutzt zusammen mit einem weiteren amerikanischen Institut und der JAMA ( Japan Automobile Manufacturers Association ) die API-Klassifikationen für den eigenen ILSAC Standard.

Heute aktuell ist ILSAC GF 3 ( API SL ), Klassifikation ILSAC GF 2 entsprach API SJ, ILSAC GF 1 war API SH. ILSAC GF 4 wird der Klassifikation API SM zugeordnet.

Auf Basis von ACEA- oder API-Klassifikationen haben die Fahrzeughersteller Hausnormen veröffentlicht. Hierin werden gegenüber den ACEA- oder API-Testen verschärfte Anforderungen in Bezug auf die chemisch-/physikalischen Daten, Sonderteste bis hin zu Strassentesten gefordert.

Hausnormen haben die Hersteller VW, Ford, Opel, Mercedes-Benz, Porsche, BMW veröffentlicht.

ACEA, Alliance, EMA und JAMA haben die Spezifikationen Global DLD und DHD erstellt. Global DLD beschreibt Anforderungen an Motorenöle in schnelllaufenden Vier-Takt-Dieselmotoren in leichten Nutzfahrzeugen die weltweit gültigen Abgasgesetzgebungen ( Stand ab 2000 ) entsprechen. Neben chemisch-/physikalischen Werten werden Teste in europäischen und einem japanischem Motor gefordert. Anforderungen werden in drei Klassen unterteilt: Global DLD 1, Global DLD 2 und DLD 3.

Global DHD 1 beschreibt Anforderungen für ein Motorenöl in schnelllaufenden Vier-Takt- Dieselmotoren in schweren Nutzfahrzeugen die weltweit gültigen Abgasgesetzgebungen (Stand ab 1998) entsprechen. Neben chemisch-/physikalischen Werten werden Teste in amerikanischen, europäischen und japanischen Motoren gefordert.

Alliance = Members of the Alliance of Automobile Manufacturers
EMA = Engine Manufacturers Association

In Zweirad-Fahrzeugen werden neben Vier-Takt - Motoren auch Zwei-Takt - Motore eingebaut.

In einigen Fahrzeugen gibt es einen Ölkreislauf für Vier-Takt - Motor, Getriebe und Kupplung. In Motorenöl-Klassifikationen und -Spezifikationen für Zweirad-Fahrzeuge werden deshalb neben den chemisch-/physikalischen und motorischen Anforderungen für den Motor auch Kupplungs- Teste gefordert.

Da Zwei-Takt - Motore nach einem anderen Prinzip arbeiten werden auch andere Anforderungen an die Öle gestellt. Es werden Anforderungen an eine ausreichende Schmierfähigkeit - auch bei geringsten Mischungsverhältnissen Kraftstoff:Öl - an die Motorensauberkeit, an Ablagerungsbildung und umweltschonende Verbrennung gestellt.

Vornehmlich werden für den Einsatz in Zweirad Vier-Takt - Motore Motorenöle nach der API - Norm für PKW ( z.B. API SG ) - siehe 2.2. - oder der ACEA-Klassifikation A .. ( siehe 2.1 )vorgeschrieben, Klassifikationen für Zwei-Takt - Motore wurden von API, ISO und JASO herausgegeben.

Die Klassifikationen
API-TA ( TSC-1 ) für Leichtmotorräder ( Mopeds )
API-TB ( TSC-2 ) für Motorräder / Motorroller
API-TC ( TSC-3 ) für Hochleistungsmotore
API-TD ( TSC-4 ) für Außenbordmotore nach NMMA TC-WII
sind nicht mehr gültig. Die Motoren für diese Teste stehen nicht mehr zur Verfügung.

Die Japanese Automotive Standard Organisation hat für asiatische Fahrzeuge die Klassifikationen
JASO FA für leichte Belastungen
JASO FB für mittlere Belastungen
JASO FC für mittlere Belastungen / besonders raucharm
herausgeben. Das motorische Leistungsvermögen der JASO-Klassen ist jedoch für europäische Zwei-Takt - Motore nicht ausreichend. Neue Klassifikationen wurden von der ISO herausgegeben.

Die International Organisation for Standardization hat gegenüber den JASO-Klassifikationen verschärfte Anforderungen herausgegeben:
ISO-L-EGB ( Global GB ) vergleichbar mit JASO FB
ISO-L-EGC ( Global GC ) vergleichbar mit JASO FC
ISO-L-EGD ( Global GD ) besonders raucharm

Auf Basis der PKW-Normen API, ILSAC und ACEA hat JASO die Klassifikation T 903 veröffentlicht. Neben chemisch/physikalischen Anforderungen werden Kupplungsteste durchgeführt. Bestimmt werden Reibwerte die eine Einstufung in JASO MA oder JASO MB erlauben. Die Einstufung in JASO MA lässt den Schluss zu, das Kupplungsrutschen oder -kleben weitestgehend ausbleibt.

Die NMMA ( National Marine Manufactors Association ) und die BIA ( Boating Industries Association ) haben für wassergekühlte Außenbordmotore folgende Klassifikationen veröffentlicht:
BIA TC-W ( nicht mehr gültig )
NMMA TC-W II ( nicht mehr gültig )
NMMA TC-W III

Die Viskosität bildete 1911 die Grundlage des ersten Motorenöl-Klassifikations-Systems und wurde in dem SAE-Klassifikationssystem (Society of Automotive Engineers) festgelegt. Auch heute ist die Viskosität immer noch eine der wichtigsten Eigenschaften eines Öles. Die Entwicklung von Prüfverfahren, mit deren Hilfe das motorische Verhalten besser vorhergesagt werden kann, führte zur Viskositätsmessung (DIN 51511) bei unterschiedlichen Temperaturen und Geschwindigkeitsgefällen.

Unter Viskosität versteht man eine Flüssigkeitseigenschaft, die auf innerer Reibung basiert und Geschwindigkeitsdifferenzen benachbarter Flüssigkeitsteilchen entgegenwirkt. Man kann sie sich als Fließwiderstand vorstellen.

Bewegen sich zwei durch eine Flüssigkeitsschicht bestimmter Dicke getrennte Flächen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, d.h. Relativgeschwindigkeit, zueinander, so kann man folgende physikalische Größen definieren:

• Schubspannung [Tau] = Scherkraft je Flächeninhalt horizontal zur y-Koordinate (Pa)
• Geschwindigkeitsgefälle [D] = Geschwindigkeitsdifferenz pro Einheit der Filmdicke (s-1)

Bei der Viskositätsbetrachtung unterscheidet man zwei Messgrößen.

Bei Newtonschen Flüssigkeiten ist die Schubspannung proportional zu dem Geschwindigkeitsgefälle. Den Proportionalitätsfaktor nennt man "Dynamische Viskosität". Maßeinheit: Milli Pascal Sekunde [mPas], früher centi Poise [cP].

Schubspannung = dyn. Viskosität x Geschwindigkeitsgefälle

Messmethode: Der Cold-Cranking-Simulator (Rotationsviskosimeter) ist ein speziell zur Messung von Ölviskositäten bei tiefen Temperaturen entwickeltes Viskosimeter. Ein Elektromotor mit konstantem Drehmoment treibt einen Rotor, dessen Drehzahl sich entsprechend den viskosimetrischen Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit einstellt. Mit Hilfe einer Eichkurve (die unter Verwendung von Eichölen aufgestellt wurde) wird die dynamische Viskosität in mPas ermittelt. Hier erfolgt die Einteilung in die Winter-Viskositätsklassen 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W. Je kleiner die Zahl vor dem W, umso "dünnflüssiger" das Öl in der Kälte. Die Kälteviskosität hat u.a. Einfluss auf die Anlasserdrehzahl.

Das Verhältnis der dynamischen Viskosität zur Dichte bei einer bestimmten Temperatur. Maßeinheit: [mm²/s], früher centi Stoke [cSt].

Kinematische Viskosität = Dynamische Viskosität / Dichte

Messmethode: Bei der Bestimmung der kinematischen Viskosität werden Kapillarviskosimeter verwendet. Der Aufbau der genannten Viskosimeter kann sich unterscheiden, dass Messprinzip ist aber bei allen identisch. Eine bestimmte Ölmenge durchläuft, bedingt durch seine Schwerkraft, bei einer festgelegten Prüftemperatur eine definierte Strecke der Kapillare. Über die Auslaufzeit wird die kinematische Viskosität in Millimeterquadrat pro Sekunde bestimmt. Hier erfolgt bei einer Prüftemperatur von 100°C die Einteilung der SAE-Sommer-Viskositätsklassen 20, 30, 40, 50, 60. Je größer die Zahl hinter dem W, umso "dickflüssiger" das Öl bei 100 Grad Celsius.

Neben den beschriebenen Viskositätsklassen (Winter, Sommer) gibt es noch die sogenannte HTHS-Viskosität. HTHS steht für "High Temperature High Shear" und beschreibt die dynamische Viskosität gemessen bei 150°C und einem Schergefälle von 10 pro Sekunde. Durch die Festlegung von Grenzwerten der HTHS soll erreicht werden, dass Motorenöle auch im Lagerbereich (hohe Schergefälle, hohe Öltemperaturen) die nötige Schmiersicherheit besitzen. Der Grenzwert bei Motorenölen mit der Spezifikation ACEA A2/A3 und ACEA B2/B3 liegt bei m 3,5 mPas. Motorenölqualitäten der Kategorie ACEA A1/B1 haben eine abgesenkte HTHS bis 2,9 mPas. Grund der Absenkung ist eine zu erwartende Kraftstoffeinsparung. Zur Zeit laufen Untersuchungen, wieweit die dynamische Viskosität abgesenkt werden kann, ohne dass erhöhter Verschleiß erzeugt wird.

In der einblendbaren Tabelle sieht man noch einmal den Unterschied zwischen Einbereichs- und Mehrbereichs-Motorenölen.

 

Einbereichsmotorenöle erfüllen nur eine SAE-Klasse und werden heute üblicherweise nur bei 100°C abgeprüft. Mehrbereichsmotorenöle hingegen müssen mindestens zwei SAE-Klassen erfüllen, sowohl in der Kälte als auch im Hochtemperaturbereich bei 100°C.
Die Grenzpumpentemperatur ist ein weiteres Prüfkriterium des SAE- Klassifikationssystems. Das Motorenöl muss je nach Viskositätsklasse bestimmte Grenzpumpentemperaturen erreichen, bei denen das Öl der Ölpumpe noch von selbst zuläuft.

Werden diese Vorgaben nicht erfüllt, kann es zu Lufteinschlüssen und damit zur Mangelschmierung kommen. Kapitale Motorschäden wären die Folge.

Finden Sie hier ein Diagramm über die unterschiedliche Leistungsfähigkeit von Schmierstoffen mit verschiedenen Viskositäten bei bestimmten Temperaturen:

Die Bezugstemperaturen im kalten Zustand liegen, abhängig von der SAE-Klasse, zwischen -12°C und -55°C. Hierbei darf die dynamische Viskosität von 150.000 mPas noch nicht erreicht sein. Gemessen wird die Kälteviskosität im Brookfield-Rotations-Viskosimeter. Die SAE-Klassen mit definiertem Kälteverhalten tragen, wie auch bei den Motorenölen, den Zusatz "W". Als Mindestviskosität bei höheren Temperaturen bestehen weiterhin die Grenzwerte bei 100°C.

 

Die "International Organisation for Standardization" - ISO - erarbeitete eine Viskositätsklassen-Einteilung (Viscosity-Grades - VG), die 18 Viskositätsklassen im Bereich von 2mm²/s bis 1500 mm²/s bei 40°C umfasst. Im Gegensatz zu Automobilschmierstoffen sind hier die Viskositätsbereiche enger begrenzt.
Es wird nur eine Viskosität bei einer Bezugstemperatur von 40°C vorgegeben, mit dem Toleranzfeld von +/- 10%. Ein Viskositätsindex wird nicht angegeben. In der gleichen ISO-VG sind damit bei verschiedenen Ölen auch Viskositätsunterschiede bei hohen oder tiefen Temperaturen möglich. In der Praxis ist ein derartiger Unterschied von untergeordneter Bedeutung und wird u.U. durch die Toleranz von +/- 10% kompensiert. Die zahlenmäßige ISO-VG-Einteilung und die ungefähre Zuordnung der SAE-Klassen finden Sie in nachfolgender Tabelle.

Auf der Basis zweier Grundölschnitte aus der Mineralölverarbeitung haben Dean und Davis schon 1929 den Viskositäts-Index als handliche Maßzahl entwickelt. Die Änderung der Viskosität durch Temperaturänderung kann von Öl zu Öl unterschiedlich sein. Deshalb wird der VI auch heute noch gern zur Charakterisierung des VT-Verhaltens (Viskosität-Temperatur-Verhalten) von Schmierstoffen in einem bestimmten Temperaturbereich benutzt. Der dimensionslose VI wird aus der kinematischen Viskosität bei 40°C und 100°C berechnet. Ein hoher Viskositätsindex kennzeichnet eine relativ geringe Änderung der Viskosität mit zunehmender Temperatur und umgekehrt.

Temperatur

Üblicherweise wird das VT-Verhalten von Schmierstoffen in einem Ubbelohdediagramm dargestellt.

Bezeichnung: Motorenöl SAE 5W-40; Viskosität 40°C: 83,2; Viskosität 100°C: 14,2; VI: 177
Bezeichnung: Motorenöl SAE 15W-40; Viskosität 40°C: 104,5; Viskosität 100°C: 14,2; VI: 138

Ein Vorteil von synthetischen Produkten: Obwohl es sich bei beiden Produkten um 40-ziger Öle handelt, zeigt das synthetische 5W-40 Produkt bei 150°C eine höhere Viskosität.

Synthetische Produkte dünnen mit zunehmender Temperatur nicht so stark aus wie mineralische Produkte.

Hier finden Sie Tipps für die Praxis

Generell gilt, dass Motorenöle untereinander mischbar sein müssen, unabhängig davon, ob es sich um synthetische oder mineralölbasische Produkte handelt. Diese Forderung wird auch von den Automobilfirmen erhoben. Vermischungen von Motorenölen verschiedener Marken oder Zusammensetzungen sollten allerdings nur dann vorgenommen werden, wenn der Nachfüllbedarf nicht anders gedeckt werden kann.

So ist es nicht empfehlenswert, synthetische bzw. teilsynthetische Motorenöle mit mineralölbasischen Motorenölen zu mischen, da hierdurch der höhere Qualitätsstandard der synthetischen Öle herabgesetzt wird. Die sich einstellende Qualität ist nur so gut, wie das schwächste Glied in der Kette.

1. Mechanische Einflussfaktoren(Motorkonstruktion)

• Kolbenringdesign: Kolbenringspiel => Ringstoßspiel, Ringnutenspiel, Ringspannung
• Ventilschaftspiel, Schaftdichtungen
• Kurbelgehäuseentlüftung
• Einlaufzustand des Motors: Einlauf noch nicht abgeschlossen (Kolbenringe noch nicht eingeläppt)
• Leckagen
• Defektes Kühlsystem (zu hohe Betriebstemperaturen)
• Betriebsbedingungen

2. Physikalisch-/Chemische Einflussfaktoren(Motorenölformulierung)

• Hohe Verdampfungsneigung des Öles bei hohen Temperaturen
• Kraftstoffverdünnung => Abfall der Viskosität (Schlupf- und Verdampfungsverluste)
• Starke Oxidation
• Hohe Schaumneigung
• Ölfüllmenge zu hoch (Panscharbeit)
• Abfall der Viskosität durch mechanische Beanspruchung (Viskositätsverlust durch Abscheren)

Ein Absinken des Öldrucks kann im Wesentlichen 2 Ursachen haben: Mechanische oder motorölbedingte Gründe

Mögliche mechanische Ursachen sind:

• Kapazität oder Funktionsstörung der Ölpumpe
• Fortgeschrittener Motorenverschleiß (Lagerspiel)
• Dimensionierung der Ölversorgungskanäle
• Zu niedrige Leerlaufdrehzahlen
• Positionierung, Funktion und Genauigkeit der Öldruckgeber
• Zu hohe Panscharbeit im Motor z.B. Konstruktion der Ölwanne
• Defektes Kühlsystem (zu hohe Betriebstemperaturen)

Mögliche schmierstoffspezifische Ursachen sind:

• Zu starke Scherung des Öles (Viskositätsabfall)
• Zu hohe Kraftstoffverdünnungen
• Hohe Wasseranteile im Öl => Dampfblasenbildung und Schaum
• Hohe Schaumbildung - hohe Lufteinschlüsse
• Überfüllung (Öl)
• Überhitzung des Motorenöles, z.B. defektes Kühlsystem

Mögliche Ursachen für Schaumbildung sind:

• Eine Überfüllung der Motoren führt zu starker mechanischer Beanspruchung der Öle => Lufteinschlüsse
• Zuviel Wasser im Öl (Dampfblasenbildung bei hohen Temperaturen)
• Öl mit schlechtem Luftabscheidevermögen
• Starke Verschmutzung des Öles
• Hohe Kraftstoffverdünnung ( Einfluss der Kraftstoffadditive)

Zu starke Schaumentwicklung im Öl führt zu erhöhtem Verschleiß und als Folge zu Überhitzungen. Die Ölversorgung kann zusammenbrechen, wenn die Ölpumpe "trocken läuft". Speziell Hydrostößel reagieren empfindlich auf starke Schaumbildung.

Lufteinschlüsse in den Versorgungskanälen können zu Funktionsstörungen führen und den Druckausgleich gefährden (Geräuschbildung). Luftblasen im Öl können auch zu Materialschäden, z.B. an Pleuellagern führen. Ein Aspekt ist die sogenannte Kavitation (Luftblasen implodieren unter hohem Druck und führen zu schwerwiegenden Materialschäden).

Ein Wechsel von mineralischen Motorölen auf synthetische Produkte stellt im allgemeinen kein Problem dar. Bei Motoren mit hohen Laufleistungen (60.000 -100.000 km oder mehr), die mit einem Mineralöl betrieben wurden, können sich im Laufe der Zeit Ölkohleablagerungen gebildet haben ( z.B. Bereich der Kolbenringe oder Ventilführungen) bzw. stark verschmutzt sein, da Mineralöle thermisch nicht so stabil sind wie Syntheseöle.

Durch die reinigende bzw. spülende Wirkung einiger synthetischer Motorenöle werden Verkokungen oder Ablagerungen mit der Zeit beseitigt. Da dieser Reinigungsprozess nicht an allen Stellen im Motor gleichzeitig und gleichmäßig erfolgt, wie z.B. im Kolbenringbereich, kann in der Übergangsphase ein leicht erhöhter Ölverbrauch eintreten, der sich wieder normalisiert, wenn alle Ringe "freigespült" bzw. freigängig sind.

Bei starker Verschmutzung eines Motors empfiehlt es sich, das erste Intervall zu halbieren oder zu dritteln. Die Gefahr, dass Ablagerungen großflächig abgetragen und Ölzuführungen verstopft werden, besteht nicht.

Schmierstoffe sollten frostfrei in geschlossenen, trockenen Räumen bevorzugt bei konstanter Raumtemperatur gelagert werden. Bei unsachgemäßer Lagerung (starke Temperaturschwankungen, hohe Luftfeuchtigkeit) kommt es durch "Atmung der Gebinde" zur Aufnahme von Feuchtigkeit. Jedes Gebinde ist zwar "flüssigkeitsdicht", jedoch nicht "gasdicht".

Wasser kann zu einer Eintrübung und nicht zuletzt zu Ausfällungen im Produkt führen. Öle in Kunststoffgebinden können bei langanhaltender direkter Sonnenbestrahlung (UV-Licht) altern.

Bei sachgemäßer Lagerung empfehlen wir eine max. Lagerzeit von 3 Jahren.

Schwarzschlamm oder auch "Nitratschlamm" ist eine zähfeste, teerähnliche Masse, die weder benzin- noch öllöslich ist. Befallene Motoren können in der Regel weder durch synthetische Motorenöle, noch durch im Markt erhältliche Ölschlammspülungen gereinigt werden.

Einflussfaktoren, die zur Schwarzschlammbildung führen können:

• Kraftstoffqualität
• Stickoxidbelastung (NOX)
• Motorenkonstruktion
• Ölfüllmenge
• Ölwechselintervalle
• Motorenölqualität
• Temperatur

Prozess:

Stickoxide aus der Verbrennung reagieren bei hohen Temperaturen mit Sauerstoff und Bestandteilen aus dem Kraftstoff und führen zur Bildung sogenannter "organischer Nitrate" bzw. saurer organischer Verbindungen, die das Motorenöl frühzeitig altern lassen. Wasser kann den Reaktionsprozess beschleunigen.

Empfohlen ist der Einsatz "schlammverhindernder" Leichtlaufmotorenöle.

Kraftfahrzeuge werden mit Schalt-, Automatik-, Verteiler- und Achsgetrieben ausgerüstet. Um eine einwandfreie Funktion der Getriebe über die gesamte Einsatzdauer zu gewährleisten, bedarf es spezieller Getriebeöle für die entsprechenden Baugruppen. Deshalb gehen Getriebeöle heute als Konstruktionselement mit in die Entwicklung ein.

Finden Sie nachfolgend die Anforderungen an ein Getriebeöl.

Schmierung, Scherstabilität, zuverlässiger Verschleißschutz für Getriebekomponenten sowie Dichtungen, Anti-Schaumverhalten, Temperaturkontrolle, Korrosionsschutz, Lasttragevermögen, Verhinderung von Grübchenbildung (Pitting), Dispergiervermögen, Unempfindlichkeit gegenüber Dichtungen, Unempfindlichkeit gegenüber Metallen, Mischbarkeit mit anderen Schmierstoffen.

Weiche, schnelle und leichte Schaltbarkeit über alle Drehzahl- und Temperaturbereiche

Vermeidung von Geräuschen während des Leerlaufes und Betriebes, geräuscharmer Betrieb bei hohen und niedrigen Temperaturen, Drehzahlen sowie Lasten.

Eine Verlängerung der Wechselintervalle der Schmierstoffe bedeutet steigende Anforderungen an die Öle, d.h. gleichbleibende Funktionalität über die Einsatzdauer, hohe thermische und oxidative Stabilität für lange Einsatzmöglichkeit und optimierte Reibungsverhältnisse zur Reduzierung von Energieverlusten.

Verschleißfreies Startverhalten bei niedrigen Temperaturen.

Emissionsreduzierung durch Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades, problemlose Entsorgung (frei von Chlor und Schwermetallen), Wiederverwertbarkeit (kein Sonderabfall).

Neben den Werksnormen der einschlägigen Kfz- und Zulieferindustrie sind die Richtlinien für Getriebeöle des American Petroleum Institute (API) maßgebend. Die API-Klassifikationen können allerdings nur eine grobe Einteilung liefern, da die Anforderungen an moderne Getriebeöle sehr komplex sind.

Hiernach werden die Service-Anforderungen für amerikanische Kfz-Getriebeöle beschrieben. Die GL-Abstufungen bilden kein Qualitätsmerkmal

• GL-1: Spiralverzahnte Kegelradgetriebe, Schneckengetriebe und handgeschaltete Getriebe bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten und geringer Flächenpressung der Zahnflanken. Es genügen Öle ohne verschleißschützende Zusätze.
• GL-2: Schneckengetriebe mit Anforderungen an das Lasttragevermögen, das Temperaturniveau und die Gleitgeschwindigkeit, so dass Öle nach GL-1 nicht mehr genügen.
• GL-3: Spiralverzahnte Kegelradgetriebe und Handschaltgetriebe unter mäßig erschwerten Bedingungen hinsichtlich Last und Drehzahl. Öl mit mildwirkenden Verschleißschutzzusätzen.
• GL-4: Gerad - und Stirnverzahnte Getriebe, auch mit leichtem Achsversatz. Getriebeöle nach API GL-4 sind heute typische Vertreter in quereingebauten Transaxle-Getrieben.
• GL-5: Hypoidverzahnte Getriebe (kreuzende Wellen mit großem Achsversatz) in PKW und anderen Fahrzeugen unter schockartiger Belastung bei hoher Drehzahl. Getriebeöle nach API GL-5 werden heute vorzugsweise in Hinterachsdifferentialen eingesetzt.

Praktische Bedeutung haben heute nur Getriebeöle nach API GL-3, GL-4 und GL-5.

Torsendifferentiale benötigen Getriebeöle nach API GL-5.

Lamellensperrdifferentiale benötigen Getriebeöle nach API GL-5 mit zusätzlicher LS-Performance (LS = Limited Slip). Ohne den Zusatz kommt es bei Kurvenfahrt zu Geräuschen.

Ein modernes Schaltgetrieböl muss auf der einen Seite synchronfreundlich, auf der anderen Seite jedoch widerstandsfähig gegenüber hohen Flächenpressungen und Oberflächenbeanspruchungen sein, um Verschleiß, Pitting etc. zu vermeiden.
Dabei muss eine Balance gefunden werden, denn mit steigender Anti-Verschleiß- und Extreme Pressure (EP) - Performance verschlechtert sich das Synchronverhalten eines Schaltgetriebeöles.

Ein API GL-4 Schmierstoff hat deshalb ein für ein Schaltgetriebe optimiertes Additiv - Verhältnis.

Die Verwendung eines solchen Getriebeöles in einer API GL-5 - Anwendung könnte daher höheren Verschleiß hervorrufen.

Heutige moderne Schaltgetriebe sind fast ausschließlich mit einer Synchronisation ausgestattet.

Der Kunde möchte eine komfortable und schnelle Synchronisation ohne Kratzgeräusche. Das bedeutet, dass die Reibung am Synchronkonus nicht zu hoch sein darf, um hakeliges Schalten zu vermeiden. Sie sollte jedoch auch nicht zu niedrig sein, um ein Durchrutschen des Synchronringes zu vermeiden, was wiederum eine Schaltung unmöglich machen würde.

Da zum Teil eine zu geringe Reibung beim Einsatz eines API GL-5 - Schmierstoffes in einem Synchrongetriebe beobachtet werden kann, wird vom Einsatz ausdrücklich abgeraten

Der Vorteil von vollsynthetischen Hinterachsgetriebeölen konnte in einem Test eindrucksvoll dargestellt werden. Das Losbrechmoment von 700 Nm konnte beim Einsatz eines synthetischen Hinterachsgetriebeöles um über 80 Prozent verringert werden.

Daraus abzuleiten ist eine längere Lebensdauer der Getriebe, reduzierte Wartungskosten und geringerer Verschleiß.

Winterliche Schaltschwierigkeiten können bei Einsatz bestimmter vollsynthetischer Getriebeöle verbessert werden.

Ein ATF dient im wesentlichen zur Druckübertragung. Über einen Wandler wird Strömungsenergie in ein Drehmoment umgewandelt. Die Planetensätze bzw. die mit Bremsbändern und Lamellenpaketen ausgestatteten Zahnräder werden hydraulisch angesteuert und je nach gewünschten Übersetzungsverhältnissen abgebremst.

Führende Hersteller bieten eine neue Generation von automatischen Getrieben an, die das Ziel haben, den Kraftstoffverbrauch für das Fahrzeug zu reduzieren, den Schadstoffausstoß zu vermindern und den Fahrkomfort sowie die Betriebssicherheit zu optimieren. Wesentliche Merkmale sind eine 5-Stufen-Automatik, geregelte Überbrückungskupplungen und aufwendige Mikro-Prozessoren zur elektronischen Steuerung der Schaltvorgänge

Die weltweit bedeutendsten Hersteller für Automatikgetriebe sind General Motors und Ford. Beide Hersteller fassen ihre Anforderungen an das ATF in Spezifikationen zusammen, die bei Ford als MERCON und GM als DEXRON bekannt sind. Aufgrund der weltweiten Verfügbarkeit der ATF's übernehmen andere Hersteller gern die Spezifikationen und verschärfen oder erweitern sie entsprechend ihren Erfordernissen.

• Sehr hohe Temperatur- und Alterungsstabilität, d. h. hoher Schutz vor Ablagerungen bzw. Verkokungen
• Wesentlich besseres Kältefließverhalten
• Höherer Wirkungsgrad
• Reduzierung der Öltemperaturen

Ein Beispiel für die höhere Alterungsstabilität von synthetischen ATF's, zeigt das Ergebnis eines DKA Oxidationstestes. Der Test zeigt den Viskositätsverlauf.

5.5.4 DKA Oxidationstest (160 °C, 500h)

Das frühe Altern von mineralischen ATF-Ölen hat Folgen auf die Funktionalität der Automatikgetriebe:

• Schaltstöße
• Durchrutschen der Gangstufen
• Einfluss auf die Lebensdauer
• Schlechter Wirkungsgrad