Erdöl Lexikon

Schmieroel

Schmieroel ist der wichtigste technische Schmierstoff. Es dient zur Verringerung von Reibung, die Geraeuschentwicklung und besonders Materialverschleiß verursacht. Siehe auch Schmierung.

Moderne Viertaktmotoren-Öle sind in der Regel Mineral- oder Synthetikgrundoele mit einem Additivpaket. Das Grundoel ist beim Mineralöl ein Erdoeldestillat. Da Öle einen so hohen Siedepunkt haben, dass sie sich normalerweise bereits beim Destillieren zersetzen wuerden, wird dies unter starkem Unterdruck durchgefuehrt. Dies senkt den Siedepunkt soweit ab, dass Temperaturen von maximal 350 °C ausreichen. Die Destillate werden danach unter anderem noch gefiltert, geklaert und raffiniert, sodass man ein unlegiertes Öl mit einer bestimmten Viskosität erhaelt. Dieses Öl ist kein reiner Stoff, sondern eine Fraktion, also ein Gemisch unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe mit aehnlichem Siedebereich. Diese Öle waren lange Zeit die einzigen in KFZ verwendeten Öle, heute sind sie von einigen Herstellern noch als Kompressorenoel oder Maschinenoel im Angebot (sehr alte Motoren (Vorkriegsmaschinen) benoetigen diese Öle, da deren Dichtungsmaterialien oft nicht mit den modernen Additiven vertraeglich sind).

Bis in die vierziger Jahre und danach wurden hochbelastete Motoren (vor allem Motorradrennmotoren) auch noch mit Pflanzenöl (Rizinusoel) geschmiert, die Firma Castrol hat sich ihren guten Ruf mit diesem Öl erworben. Rizinusoel heißt auf englisch castor oil.

Bereits in der Vergangenheit wurden diverse Mittel angeboten, welche die oelqualitaet der Mineralöle verbessern sollten; einige davon gibt es noch heute. Neben Festkoerperzusaetzen wie Molybdaendisulfid und Kolloidgraphit (Kugelgraphit) gab es auch verschiedene chemische Zusaetze, die teilweise ihren Zweck recht gut erfuellten. Ungefaehr in den 1940er Jahren kamen Öle auf den Markt, die serienmaeßig mit derartigen Zusaetzen ausgestattet waren und als HD-Öle (heavy duty - hohe Beanspruchung) vermarktet wurden.

Aufgaben und Anforderungen

Verbrennungsmotoren stellen hohe Ansprueche an den Schmierstoff, also an das Motoröl. Das Motoröl ist nicht nur Schmierstoff, sondern hat weitere wichtige motorische Aufgaben, naemlich:

• uebertragung von Kraeften (hydraulisch in Kettenspannern und Stoeßel)
• Unschaedlich machen unerwuenschter Produkte
• Verschleißschutz (der sich gegeneinander bewegenden Motorteile)
• Korrosionsschutz der Motorteile gegenüber aggressiven Verbrennungsprodukten durch Bildung von Schutzschichten auf der Metalloberflaeche
• Abdichten (des Brennraums zum Kurbelgehaeuse, der Ansaug- und Abgaskanaele über die Ventilfuehrungen zum Ventiltrieb)
• Kuehlen (von v. a. Kolben und Kurbelwelle)
• Neutralisation von sauren Verbrennungsprodukten durch chemische Umwandlung
• Reinhaltung der Motorenteile durch Abloesen von Verbrennungsrueckstaenden (und Alterungsprodukten des Motoroels) mit oelloeslichen Seifen
• Schmierung (Trennung der sich gegeneinander bewegenden Metallflaechen)
• Dispergieren von festen Fremdstoffen, Staub, Abrieb, Verbrennungsprodukte wie Ruß oder Asche

Um diese Aufgaben erfüllen zu können, werden vielerlei Anforderungen an das Motoröl gestellt, die durch chemische, physikalische und technologische Eigenschaften charakterisiert sind. Diese Eigenschaften sind vereinfacht:

* Viskosität und Fließverhalten
* Oberflaechenaktives Verhalten
* Neutralisationsvermoegen

Daneben werden folgende Anforderungen an das Motorenoel gestellt:

* Neutrales Verhalten gegenüber Dichtungswerkstoffen
* Geringe Schaumneigung
* Lange Gebrauchsdauer, lange oelwechselintervalle
* Niedriger oelverbrauch
* Niedriger Kraftstoffverbrauch
* Kraftstoffvertraeglichkeit
* Umweltvertraeglichkeit

Mehrbereichsoele

Mit der Entdeckung der Polymere Ende der 1960er wurden damit die Mehrbereichsoele entwickelt. Diese Öle haben die Eigenschaft, dass sie bei unterschiedlichen Temperaturen nicht so stark ihre Viskosität ändern wie Einbereichsoele. Das ermöglicht es im Sommer und im Winter das gleiche Öl zu benutzen und erleichtert das Starten des Motors bedeutend. Außerdem erfolgt bereits bei kaltem Motor eine schnellere Schmierung des Motors, so dass sich der durch Kaltstarts verursachte Verschleiß verringert. Diese Vorteile sind so gravierend, dass die Einbereichsoele schnell völlig vom Markt verschwunden waren. Die Chemiker der oelhersteller stellten auch fest, dass es synthetische Stoffe gibt, die genauso gut schmieren wie Mineralöle und einige andere vorteilhafte Eigenschaften haben. Diese Eigenschaften ließen sich auch exakter definieren als beim Naturprodukt Erdöl.

Dies war die Geburtsstunde der Synthetikoele, die inzwischen ueberragende Eigenschaften haben. Sie lassen sich für sehr große Viskositaetsbereiche herstellen, haben eine gute Kaeltefließfaehigkeit, neigen nicht zum verkoken und sind sehr druck- und temperaturstabil. Druckstabil sind sie in zweierlei Hinsicht: zum einen bauen sie einen sehr tragfaehigen Schmierfilm auf, der auch unter extremen Belastungen nicht abreißt, zum anderen wird die Struktur der Molekuele im Betrieb weniger leicht zerstoert als beim Mineralöl. Für hochbelastete Sportmotoren können teilweise nur noch synthetische Motorenoele verwendet werden.

Zweitaktoel

Für Zweitaktmotoren wurde früher normales, niedrig legiertes Einbereichsoel verwendet. Seit langer Zeit gibt es aber spezielle Zweitaktoele, deren Additivpaket auf die geaenderten Anforderungen abgestimmt ist: Während es zum Beispiel im Viertaktmotor wichtig ist, dass das Öl den Abrieb in Schwebe haelt (um zu verhindern, dass sich Schlamm absetzt), kommt es beim Zweitaktoel darauf an, dass es sich gut im Kraftstoff loest und möglichst rueckstandsfrei verbrennt.

Mischen verschiedener Öle

Pflanzenöle, zum Beispiel ein biologisch abbaubares Kettenspray auf Basis von Rapsöl, sind nicht mit mineralischen Schmieroelen oder -fetten mischbar; das heißt, die Öle lösen sich zwar ineinander, sind so aber nicht technisch verwendbar.

Beim Mischen von Synthetik- und Mineralölen gehen die Meinungen auseinander. Während es auf der einen Seite heißt, das Mischen heutiger Öle sei problemlos möglich, heißt es auf der anderen, die Wirkung der Additive koenne durch das Mischen vermindert werden. Motorenoele, welche die API Spezifikation erfüllen, müssen aber untereinander mischbar sein, die Qualität muss dann immer noch der des schlechtesten enthaltenen oeles entsprechen.

SAE-Klassifikation

Die SAE-Viskositaetsklassen wurden 1911 von der Society of Automotive Engineers festgelegt, um den Verbrauchern die Auswahl des richtigen oels zu erleichtern. Einbereichsoele haben eine Kennung im Format "SAE xx" oder "SAE xxW" (W = Winter). Dabei stehen die kleinen Zahlen für duennfluessige, die Großen für zaehere Öle. Mit der Einführung der Mehrbereichsoele ließ sich das System nicht mehr anwenden, und wurde folglich erweitert: Das Format lautet jetzt "SAE xxW-yy". Das bedeutet, dass das betreffende Öl bei 0 °F (etwa -18 °C) in den Eigenschaften einem Einbereichsoel der Viskosität SAE xxW entspricht, bei 210 °F (etwa 99 °C) dagegen einem SAE yy-Öl. Um diese Eigenschaft zu erreichen, enthalten Mehrbereichsoele Polymere, die ihre raeumliche Struktur temperaturabhaengig ändern. Anschaulich dargestellt sind die Molekuele in kaltem Öl zusammengeknaeuelt, mit steigender Temperatur strecken sich die Molekuele immer mehr, und erhoehen dadurch die Reibung zwischen den Teilchen.

Ein billiges Standard-Mineralöl hat in der Regel die Viskosität SAE 20W-40 oder 15W-40. Hochwertige Synthetikoele sind inzwischen bei dem Viskositaetsbereich 0W-60 angelangt. Im Prinzip lässt sich jedes Öl verwenden, das den vorgeschriebenen Bereich ueberstreicht. Wenn also ein 20W-40-Öl vorgeschrieben ist, wird der Motor auch problemlos mit einem 10W-40 oder einem 20W-50-Öl laufen, ohne Schaden zu erleiden. Die oelhersteller empfehlen jedoch für den Gebrauch in Motorradmotoren die Verwendung spezieller Motorradoele, unter anderem, um Probleme mit rutschenden Kupplungen zu vermeiden. Außerdem empfehlen sie, keine duenneren Öle (also solche mit kleinen SAE-Werten) als 5W-yy zu verwenden, weil ein dickeres Grundoel langzeitstabiler ist. Speziell die im Getriebe auftretenden extrem hohen Drücke und Scherbelastungen brechen die oben erwaehnten Polymere (die bei oelen mit einem großen Viskositaetsbereich in groeßerem Anteil enthalten sein müssen) mit der Zeit auf, unter anderem deshalb wird das Öl mit der Zeit immer duenner.

Die Viskosität ist nur eine Eigenschaft des oels, keine Aussage über die Qualität.

API-Klassifikation

API-Klassifikationen wurden vom American Petroleum Institute geschaffen. Sie definieren gewisse Mindestanforderungen an Motoroele. Es gibt unterschiedliche Klassifikationen für Ottomotoren und Dieselmotoren, gekennzeichnet durch den Buchstaben S (Service) für Ottomotoren und C (Commercial) für Dieselmotoren sowie je einen weiteren Buchstaben. Je höher im Alphabet der Zusatzbuchstabe ist, umso anspruchsvoller die Pruefungen an das Öl. Somit hat ein Motoröl mit der Kennung API SL eine höhere Qualitaetsklasse als eines mit API SG.

Getriebeoele werden mit den Buchstaben GL (gear lubricant) und den Nummern 1-5 beschrieben. Die Nummern beschreiben die Belastbarkeit des oels, wobei GL-1 für Getriebe mit niedrigen Belastungen geeignet sind, GL-4 und GL-5 dagegen für hochbelastete Hypoidantriebe und -getriebe verwendet werden. Die Klassifikation GL-6 für extrem belastete Achsantriebe wurde zurueckgezogen.

Es gibt neben den API-Spezifikationen noch die MIL-Spezifikationen der US-Streitkraefte, die in Deutschland allerdings ohne praktische Bedeutung sind, sowie die Spezifikationen des CCMC beziehungsweise der Nachfolgeorganisation ACEA (Verband der Europaeischen Automobilhersteller).

ACEA-Klassifikation

Die Forderungen der ACEA-Spezifikationen gehen über die API-Spezifikationen hinaus. Ebenso stellen einzelne Automobilhersteller wie z. B. Volkswagen, Porsche und DaimlerChrysler höhere Anforderungen.

Es gibt drei Kategorien:

A = PKWs mit Otto-Motoren B = leichte Dieselmotoren E = schwere Dieselmotoren

Diese werden noch einmal differenziert:

A1, B1: Standardqualitaet – normale oelwechselintervalle min. 2,9 max. 3,5 A2, B2: Standardqualitaet – normale oelwechselintervalle > 3,5 A3, B3: Hochleistungsoel, verlaengerte Intervalle möglich > 3,5 B4: Wie B3, jedoch auch für Dieseldirekteinspritzer > 3,5 (A4): Reserviert für Benzindirekteinspritzer A5, B5: Wie A3/B4 aber mit abgesenkter HTHS min. 2,9 max. 3,5

Zweitaktoelklassen

Zweitaktoele werden eingeteilt in die Klassen API TA bis TC für Mofas, Motorraeder, Rasenmaeher, Kettensaegen usw. sowie API TD und die NNMA-Klassen TC-W (entspricht API TD), TC-WII oder TC-W3 für Zweitakt-Außenbordmotoren. Auch hier gilt, dass der spaetere Buchstabe beziehungsweise die höhere Ziffer für die höhere Qualität steht.