Motorenschmieröle für Autos
Experimente:
Versuch: Ermittlung der Viskosität von Motorenölen
Motoren(schmier)öle haben die Aufgabe, beim Betrieb eines Motors auftretende
Reibungsverluste zu verringern und Wärme abzuführen. Niedrige Reibungsverluste
fördern nicht nur die Lebensdauer eines Motors, sondern senken auch den Benzinverbrauch.
Der Motorbetrieb läuft zwischen Kaltstartbedingungen und hoher Betriebstemperatur ab - die
Randbedingungen der Ölfunktion sind also weitgesteckt. Folglich versteckt sich hinter der
"Konstruktion" von Motorenöl viel chemisches und physikalisches Know-how.
Worauf Motorenöle basieren
Die Basisöle heißen auch Grundöle. Bis vor einigen Jahren waren dies praktisch
nur Mineralöle. Heute greift man immer mehr auf Synthese-Öle zurück. Hierfür
finden vor allem langkettige Ester und Poly-a-Olefine Verwendung, da
sie ein besseres Viskositäts-Temperatur-Verhältnis zeigen.
Poly-a-Olefine kann man als Vinylpolymere betrachten.
Poly-a-Olefin
Eigenschaften der Motorenöle
Viskosität
Die wichtigste Eigenschaft von Motorenöl ist seine Viskosität. Diese ist
temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur wird die Viskosität immer geringer, die
Öle werden dünnflüssiger (-> Versuch).
Dichte
Je viskoser ein Öl ist, desto schwerer ist es. Allerdings hängt sie auch vom Stoff,
der die Basis des Öls bildet, ab.
Flammpunkt
Dieser liegt zwischen 170 und 260 °C. Er gibt Aufschluss über die Entflammbarkeit
der bei Erwärmung des Öls sich bildenden Dämpfe sowie über die Anwesenheit
leicht entflammbarer Additive. Je viskoser das Öl ist, desto höher liegt der
Flammpunkt.
Pourpoint (Fließpunkt)
Das ist diejenige Temperatur, bei der das Öl gerade noch fließt. Er liegt zwischen
-50 und -10 °C. Pourpointverbesserer sind Zusätze, die gerade bei paraffinbasierten Ölen
die Temperatur senken helfen. Wichtiger ist jedoch die Kälteviskosität des Öls.
Basenzahl
Hiermit werden alle alkalisch reagierenden Zusätze erfasst. Die Angabe erfolgt in
mg KOH/g Öl.
Koksrückstand
Wird eine Ölprobe verschwelt, bleibt ein Koksrückstand. Dieser ist allerdings kein
Maß für die Rückstandsbildung in den Motoren.
Aschegehalt
Durch Veraschung erfasst man die anorganischen Additive von Ölen. Gebrauchte Öle
haben allerdings wegen des Motorabriebs und des Staubs aus der zugeführten Verbrennungsluft
höhere Aschegehalte als frische Öle.
Additive verbessern die Eigenschaften von Motorölen
Was sind HD-Öle?
Öle ohne Zusätze gibt es gar nicht mehr. Öle mit Zusätzen ("legierte Öle") nennt man
HD-Öle (engl. Heavy Duty,
schwere Betriebsbedingungen). Hinter der Abkürzung HD stehen Ziffern, denen man das
Viskositätsverhalten entnehmen kann. Niedrige Ziffern bedeuten niedrige Viskosität und
umgekehrt. HD 10 W (abk. Winter) ist z. B. ein niedrigviskoses Öl für Winterbetrieb
und damit ein Einbereichsöl. HD 15 W/40 ist ein Mehrbereichsöl,
also ein Ganzjahresöl, das die Viskositätsklassen 15 für den Winterbetrieb und 40 für den
Sommerbetrieb abdeckt.
Alterungsschutzstoffe
Die englische Bezeichnung Antioxidants ist genauer als die deutsche. Die Ölalterung wird
durch die Kombination
Es bilden sich vor allem aus den kleineren Molekülen des Öls große
Molekülaggregate, die im Öl nicht mehr löslich sind. Außerdem entstehen
Säuren.
Die Ölalterung führt zu folgenden Störungen im Betriebsverhalten des Öls:
Als Schutzstoffe kommen Phosphor- und Schwefelverbindungen sowie Amine und Phenole zur Anwendung.
Schmutzträger
Darunter versteht man dispergierende Stoffe (engl.: dispersants), die die Zusammenballung von
Schmutzteilchen im Öl verhindern. Das können Verunreinigungen sein, die beim
Verbrennungsvorgang entstehen. Oft handelt es sich dabei um eine Mischung aus in Öl nicht
löslichen Stoffen wie Wasser, Ruß und feinem Abrieb. Sie schränken den
Ölumlauf ein.
Die Schmutzträger lagern sich an den Oberflächen der Schmutzteilchen an und verhindern so
deren Zusammenballung. Sie sind somit grenzflächenaktive Verbindungen, letztlich also Tenside.
Beispiele sind Calcium- oder Barium-Sulfonate.
Korrosionsschutzstoffe
Aufgrund des Schwefelgehalts können beim Verbrennungsvorgang anorganische Säuren
entstehen. Sie lösen Korrosionsprozesse auf den Metalloberflächen aus. Durch Zusatz von
Alkalien wie Calcium- oder Barium-Phenolate neutralisiert man die Säuren und fördert die
schützende Passivierung der Oberflächen (-> Korrosion).
Wirkstoffe zur Verbesserung des
Viskosität-Temperatur-Verhaltens
Hierunter versteht man hochmolekulare Substanzen, die bei niedriger Temperatur
zusammengeknäult vorliegen, sich bei hohen Temperaturen aber strecken und damit
viskositätsverstärkend wirken. Man verwendet hier Kunststoffe wie Polymethacrylate oder
Polyisobutylene.
Hochdruckzusätze
Diese auch EP-Additive (abk. Extreme Pressure) genannten
Stoffe schützen die Oberflächen von besonders hochbeanspruchten Motorteilen wie Nocken
und Stößeln, indem sie einen schützenden Film bilden. Beispiele sind
Zinkdithiophosphate.
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