Schmierfett-Grundlagen

Die American Society for Testing and Materials (ASTM) definiert Schmierfett als: „Ein festes bis halbflüssiges Produkt aus der Dispersion eines Verdickungsmittels in einem flüssigen Schmiermittel. Andere Bestandteile, die besondere Eigenschaften verleihen, können enthalten sein“ (ASTM D 288, Standard Definitions of Terms Relating to Petroleum).

Schmierfett Anatomie

Wie diese Definition zeigt, gibt es drei Komponenten, die Schmierfett bilden. Diese Komponenten sind Öl, Verdickungsmittel und Additive. Das Grundöl und das Additivpaket sind die Hauptbestandteile der Schmierfettformulierung und üben als solche einen erheblichen Einfluss auf das Verhalten des Schmierfetts aus. Das Verdickungsmittel wird oft als Schwamm bezeichnet, der den Schmierstoff (Grundöl plus Additive) aufnimmt.

Abbildung 1. Anatomie des Schmierfetts

Grundöl

Die meisten heute hergestellten Schmierfette verwenden Mineralöl als flüssige Komponente. Diese Fette auf Mineralölbasis bieten in den meisten industriellen Anwendungen eine zufriedenstellende Leistung. Bei extremen Temperaturen (niedrig oder hoch) bietet ein Fett, das ein synthetisches Grundöl verwendet, eine bessere Stabilität.

Verdicker

Der Verdicker ist ein Material, das in Kombination mit dem ausgewählten Schmierstoff die feste bis halbflüssige Struktur erzeugt. Die wichtigste Art von Verdickungsmitteln, die in heutigen Schmierfetten verwendet wird, ist Metallseife. Zu diesen Seifen gehören Lithium, Aluminium, Ton, Polyharnstoff, Natrium und Kalzium. In letzter Zeit werden Fette mit komplexen Verdickungsmitteln immer beliebter. Sie werden wegen ihres hohen Tropfpunktes und ihrer ausgezeichneten Tragfähigkeit ausgewählt.

Komplexfette werden durch Kombination der herkömmlichen Metallseife mit einem Komplexbildner hergestellt. Das am weitesten verbreitete komplexe Schmierfett ist auf Lithiumbasis. Sie werden aus einer Kombination von herkömmlicher Lithiumseife und einer organischen Säure mit niedrigem Molekulargewicht als Komplexbildner hergestellt.

Seifenverdickungsmittel werden auch in speziellen Anwendungen wie Hochtemperaturumgebungen immer beliebter. Bentonit und Silica-Aerogel sind zwei Beispiele für Verdickungsmittel, die bei hohen Temperaturen nicht schmelzen. Es besteht jedoch der Irrglaube, dass, obwohl der Verdicker den hohen Temperaturen standhält, das Grundöl bei höheren Temperaturen schnell oxidiert und somit ein häufigeres Nachschmieren erforderlich ist.

Zusatzstoffe

Zusatzstoffe können in einem Schmierfett mehrere Funktionen erfüllen. Dazu gehören vor allem die Verbesserung der vorhandenen erwünschten Eigenschaften, die Unterdrückung der vorhandenen unerwünschten Eigenschaften und die Verleihung neuer Eigenschaften. Die gebräuchlichsten Additive sind Oxidations- und Rostschutzmittel, Hochdruckmittel, Verschleißschutzmittel und reibungsvermindernde Mittel.

Zusätzlich zu diesen Additiven können Grenzschmierstoffe wie Molybdändisulfid (Moly) oder Graphit im Schmierfett suspendiert werden, um Reibung und Verschleiß ohne nachteilige chemische Reaktionen auf den Metalloberflächen bei schwerer Belastung und langsamen Geschwindigkeiten zu verringern.

Tabelle 1. NLGI-Konsistenz

Funktion

Die Funktion von Schmierfett besteht darin, mit beweglichen Oberflächen in Kontakt zu bleiben und diese zu schmieren, ohne dass es durch die Schwerkraft, die Zentrifugalwirkung oder durch Druck ausgepresst wird. Seine wichtigste praktische Anforderung ist, dass es seine Eigenschaften unter Scherkräften bei allen Temperaturen, die es während der Verwendung erfährt, beibehält.

Anwendungen, die für Fett geeignet sind

Fett und Öl sind nicht austauschbar. Fett wird verwendet, wenn es nicht praktisch oder bequem ist, Öl zu verwenden. Die Wahl des Schmierstoffs für eine bestimmte Anwendung wird durch die Abstimmung der Maschinenkonstruktion und der Betriebsbedingungen mit den gewünschten Schmierstoffeigenschaften bestimmt. Fett wird im Allgemeinen verwendet für:

1. Maschinen, die intermittierend laufen oder über einen längeren Zeitraum gelagert werden. Da das Fett an Ort und Stelle bleibt, kann sich sofort ein Schmierfilm bilden.

2. Maschinen, die für häufiges Schmieren nicht leicht zugänglich sind. Hochwertige Fette können isolierte oder relativ unzugängliche Bauteile über längere Zeiträume schmieren, ohne dass sie häufig nachgefüllt werden müssen. Diese Fette werden auch in abgedichteten Anwendungen wie einigen Elektromotoren und Getrieben verwendet.

3. Maschinen, die unter extremen Bedingungen betrieben werden, wie z. B. hohe Temperaturen und Drücke, Stoßbelastungen oder langsame Geschwindigkeiten unter schwerer Last.

4. Verschlissene Komponenten. Fett hält dickere Filme in den durch Verschleiß vergrößerten Spalten aufrecht und kann die Lebensdauer von verschlissenen Teilen verlängern, die zuvor mit Öl geschmiert wurden.

Funktionale Eigenschaften von Fett

1. Fett fungiert als Dichtungsmittel, um Leckagen zu minimieren und Verunreinigungen fernzuhalten. Aufgrund seiner Konsistenz wirkt Fett als Dichtungsmittel, um das Austreten von Schmiermitteln und das Eindringen von korrosiven Verunreinigungen und Fremdkörpern zu verhindern. Außerdem hält es beschädigte Dichtungen funktionsfähig.

2. Fett ist leichter einzudämmen als Öl. Die Ölschmierung kann ein teures System von Umwälzanlagen und komplexen Rückhaltevorrichtungen erfordern. Im Vergleich dazu lässt sich Fett aufgrund seiner Steifigkeit leicht mit einfachen, weniger kostspieligen Rückhaltevorrichtungen eindämmen.

3. Fett hält Festschmierstoffe in der Schwebe. Fein gemahlene Festschmierstoffe wie Molybdändisulfid (Moly) und Graphit werden im Hochtemperaturbetrieb oder bei extremen Hochdruckanwendungen mit Schmierfett vermischt. Fett hält Feststoffe in der Schwebe, während sich Feststoffe in Ölen absetzen.

4. Der Flüssigkeitsstand muss nicht kontrolliert und überwacht werden.

Eigenschaften

Wie Öl weist auch Schmierfett eine Reihe von Eigenschaften auf, die bei der Auswahl für eine Anwendung berücksichtigt werden müssen. Zu den Merkmalen, die üblicherweise auf Produktdatenblättern zu finden sind, gehören die folgenden:

Pumpbarkeit

Pumpbarkeit ist die Fähigkeit eines Schmierfetts, durch ein System gepumpt oder geschoben zu werden. Praktischer ausgedrückt, ist die Pumpfähigkeit die Leichtigkeit, mit der ein unter Druck stehendes Schmierfett durch Leitungen, Düsen und Armaturen von Fettabgabesystemen fließen kann.

Wasserbeständigkeit

Dies ist die Fähigkeit eines Schmierfetts, den Auswirkungen von Wasser zu widerstehen, ohne seine Schmierfähigkeit zu verändern. Ein Seifen-/Wasserschaum kann das Öl im Fett suspendieren und eine Emulsion bilden, die weggewaschen werden kann oder, in geringerem Maße, die Schmierfähigkeit durch Verdünnung und Veränderung der Fettkonsistenz und -textur verringert.

Konsistenz

Die Fettkonsistenz hängt von der Art und Menge des verwendeten Verdickungsmittels und der Viskosität des Grundöls ab. Die Konsistenz eines Fettes ist sein Widerstand gegen Verformung durch eine einwirkende Kraft. Das Maß für die Konsistenz wird als Penetration bezeichnet. Die Penetration hängt davon ab, ob die Konsistenz durch Handhabung oder Verarbeitung verändert wurde. Die Methoden ASTM D 217 und D 1403 messen die Penetration von unbearbeiteten und bearbeiteten Fetten. Um die Penetration zu messen, lässt man einen Kegel mit einem bestimmten Gewicht bei einer Standardtemperatur von 25 °C (77 °F) fünf Sekunden lang in das Fett eintauchen.

Die Tiefe, bis zu der der Kegel in das Fett eintaucht, ist die Penetration in Zehntelmillimetern. Eine Penetration von 100 würde ein festes Fett darstellen, während eine Penetration von 450 ein halbflüssiges Fett wäre. Die NLGI hat Konsistenznummern oder Klassifizierungsnummern von 000 bis 6 festgelegt, die bestimmten Bereichen von Penetrationszahlen entsprechen. In Tabelle 1 sind die NLGI-Fettklassifizierungen zusammen mit einer Beschreibung der Konsistenz und ihrer Beziehung zu den gängigen Halbflüssigkeiten aufgeführt.

Tropfpunkt

Der Tropfpunkt ist ein Indikator für die Hitzebeständigkeit eines Fetts. Mit steigender Temperatur des Schmierfetts nimmt die Penetration zu, bis sich das Fett verflüssigt und die gewünschte Konsistenz verloren geht. Der Tropfpunkt ist die Temperatur, bei der ein Schmierfett flüssig genug wird, um abzutropfen. Der Tropfpunkt gibt die obere Temperaturgrenze an, bei der ein Schmierfett seine Struktur beibehält, nicht die Höchsttemperatur, bei der ein Schmierfett verwendet werden kann.

Oxidationsstabilität

Dies ist die Fähigkeit eines Schmierfetts, einer chemischen Verbindung mit Sauerstoff zu widerstehen. Bei der Reaktion von Schmierfett mit Sauerstoff entstehen unlösliche Schleim-, Schlamm- und lackartige Ablagerungen, die einen trägen Betrieb, erhöhten Verschleiß und eine Verringerung des Spiels verursachen. Längerer Kontakt mit hohen Temperaturen beschleunigt die Oxidation von Fetten.

Auswirkungen hoher Temperaturen

Hohe Temperaturen schaden Fetten mehr als Ölen. Fette können von Natur aus keine Wärme durch Konvektion abführen wie ein zirkulierendes Öl. Ohne die Fähigkeit, Wärme abzuführen, führen übermäßige Temperaturen daher zu einer beschleunigten Oxidation oder sogar Karbonisierung, bei der das Fett verhärtet oder eine Kruste bildet.

Eine wirksame Fettschmierung hängt von der Konsistenz des Fetts ab. Hohe Temperaturen führen zu Erweichung und Ausbluten, wodurch das Fett von den benötigten Stellen wegfließt. Das Mineralöl im Schmierfett kann bei Temperaturen über 177°C (350°F) blitzen, verbrennen oder verdampfen.

Tieftemperatureffekte

Wird die Temperatur eines Schmierfetts ausreichend gesenkt, wird es so zähflüssig, dass es als Hartfett eingestuft werden kann. Die Pumpfähigkeit leidet und der Betrieb von Maschinen kann aufgrund von Drehmomentbegrenzungen und Leistungsanforderungen unmöglich werden. Als Richtwert gilt der Stockpunkt des Grundöls als Tieftemperaturgrenze eines Schmierfetts.