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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.

Kinematische Viskosität:

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.

HTHS

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.

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.

SAE-Klassen für Kfz-Getriebeöle nach DIN 51512

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.

VG Klassen - Hydrauliköle

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. Der Viskositäts-Index (VI)

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

Motorenöl

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

Additive

Bei Additiven handelt es sich um öllösliche Zusätze bzw. Wirkstoffe, die den angesprochenen Grundölen 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
gfs. Antischaumzusätze
gfs. Pourpoint-Verbesserer
gfs. Friction Modifier (Reibkraftminderer

Detergentien

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

Detergentien sind aschegebende (metallorganische) Additive, die ein Anlagern von festen Schmutzteilchen an Metall verhindern (agglomerieren).

Dispersanten

Die Aufgabe der Dispersanten ist es, feste und flüssige Verschmutzungen (z.B. Staub, Wasser, Reaktionsprodukte aus der Verbrennung oder Oxidationsprodukte) zu umhüllen und fein verteilt im Öl in Schwebe zu halten, um Ablagerungen zu verhindern. Peptisierungs-Vorgang: Darunter versteht man das Umhüllen und in Schwebe halten von festen Schmutzteilchen im Öl durch aschefreie (organische) Dispersants (siehe Seite 7). Solubilisierungs-Vorgang: Das Umhüllen und im Öl in Schwebe halten von flüssigen Schmutzteilchen (Wasser, Säuren).

Antioxidantien

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.

Oxidation

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.

Verschleißschutz-Additive

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.

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.Korrosionsschutz-Additiv

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.

Verbesserer

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.

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).

Antischaum-Additive

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.

Pourpoint-Verbesserer

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.

Friction Modifier (Reibkraftminderer)

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.

Das wäre alles zum Thema Schmierstoffe.

P.S.: Dieser geistige Erguss ist nicht von mir (Kopieren geht vor studieren: !)

[Bearbeitet von OJ (31-07-2001 - 08:53)]

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(Hoffentlich habe ich da jetzt keine Lawine losgetreten. )

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