Grundsätzliches zu Schmierstoffen
Es gibt in den Foren immer wieder heftige Auseinandersetzungen um Motoröle und ob man ein bestimmtes Motoröl in diesem oder jenem Motor nutzen darf oder nicht. Bei diesen Streitereien werfen sich die Streithähne gerne die unterschiedlichen Klassifikationen und Spezifikationen um die Ohren, wobei jeder so tut, als würde er gerade das Rad neu erfinden. Das staunende Publikum steht am Rande und ist nachher noch verwirrter als vorher.
Wissen ist für mich wie ein großer Sack Lego-Bausteine. Deswegen versuche ich immer, physikalische oder chemische Zusammenhänge in ihre Grundbausteine zu zerlegen. Ich nenne das strukturierte Vereinfachung. Und diese strukturierte Vereinfachung führt zu einem praktisch nutzbaren Grund-Verständnis. Fachwissen ist nur solange Fachwissen für Spezialisten, bis man die Grundlagen verstanden hat. Von diesem Moment an ist Fachwissen ein Werkzeug -- nichts Besonderes, aber nützlich weil anwendbar.
Schmierstoffe sind Kohlenwasserstoffe -- etwas vereinfacht mehr oder weniger lange Molekülketten, in denen sich ein Kohlenstoff-Atom an das andere reiht.
Ein besonderes Merkmal dieser Molekülketten ist ihre wechselseitige Anziehungskraft. Die Molekülketten ziehen sich gegenseitig an wie (schwache) Magnete. Je länger die Molekülketten sind, um so stärker ziehen sie sich gegenseitig an.
Auf dieser molekularen Anziehungskraft beruht letztendlich jede Schmierkraft.
Der einfachste (kleinste) Kohlenwasserstoff ist das Methan. Die Kettenlänge ist eins (ein Kohlenstoff). Hier sind die Anziehungskräfte sehr gering und deswegen liegt Methan als Gas vor. Benzin ist bereits eine Flüssigkeit, die allerdings die Neigung hat, schnell zu verdunsten (zu vergasen). Deswegen hatte früher jeder Benzinmotor einen Vergaser, in dem Luft mit Benzin gemischt wurde. Benzin-Moleküle haben eine Kettenlänge (grob vereinfacht) so um zehn.
Beim Diesel liegt die Kettenlänge (vereinfacht) so um zwanzig. Kerosin liegt genau zwischen Benzin und Diesel (etwa bei fünfzehn). Beim Diesel spricht man bereits von einem Öl, weil Diesel bereits eine gewisse Viskosität (Zähflüssigkeit) aufweist, die es für unsere Sinne „ölig“ erscheinen läßt.
Die Konsistenz eines Öles beruht auf der wechselseitigen Anziehungskraft der Molekülketten, die so eine Art beweglich-elastisches Netz bilden. Dieses Netz ist in der Lage, Oberflächen voneinander zu trennen. Die Fähigkeit, Oberflächen voneinander zu trennen und auf Abstand zu halten, nennt man „Scherstabilität“.
Werden die Molekülketten länger, dann wird der resultierende Schmierstoff scherstabiler und damit trennfähiger. In einem Motor trennt der Schmierstoff die beweglichen Metalloberflächen voneinander und hält sie auf Abstand, so daß sie sich nicht direkt berühren. Und das bewerkstelligt ein flexibler Teppich aus Ketten-Molekülen, die sich gegenseitig anziehen und dadurch einen scherstabilen Teppich bilden.
Im Prinzip ist die Trennkraft eines Schmierstoffes um so höher, je langkettiger die Moleküle sind. Die Sache hat aber einen Haken.
Je langkettiger die Moleküle werden, um so zähflüssiger wird der Schmierstoff. Ab einer bestimmten Kettenlänge wird aus einem Schmieröl ein Schmierfett. Ein Schmierfett kann man gut in Kugellagern verwenden, aber für einen Motor ist es ungeeignet. Als Motoröl eignen sich nur Molekülketten, deren Kettenlängen sich in einem bestimmten Bereich (von...bis) bewegen. Die Zähflüssigkeit (Viskosität) ist das entscheidende Merkmal, das einen Schmierstoff für den vorgegebenen Zweck tauglich macht oder eben nicht. Der Gegenspieler der Viskosität ist die Temperatur.
Mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität. Nehmen Sie ein Stück Margarine und werfen Sie es in eine Pfanne. Sobald die Pfanne erhitzt wird, beginnt die Margarine zu schmelzen und (wenn sie noch weiter erhitzt wird) irgendwann zu verdampfen und Feuer zu fangen. Mit anderen Worten: mit steigender Temperatur sinkt der Zusammenhalt (die Viskosität) immer mehr ab.
Das ist bei Motorölen nicht anders. Deswegen dürfen Motoröle eine bestimmte Minimal-Viskosität bei betriebswarmem Motor nicht unterschreiten -- sonst reißt der Schmierfilm.
Wenn Metalloberflächen aneinanderreiben entsteht Verschleiß. Nehmen wir nun ein zähflüssiges Öl. Ein sehr zähes, dickflüssiges Öl trennt zwar die Metalloberflächen gut voneinander ab, doch das zähflüssige Öl setzt der Bewegung von sich aus viel Widerstand entgegen. Nun findet die Reibung innerhalb der zähen Ölschicht statt. Aufgrund der entstehenden Reibung im Ölfilm wird das Öl sehr warm. Es kommt zu hohen Wärmeverlusten. Der Motor läuft regelrecht heiß. Sowas kann man life erleben, wenn man Getriebeöl als Motoröl verwendet. Im Extremfall wird das Öl so heiß, daß es im Motor regelrecht verbrennt bzw. verkokt. Und das ist nicht ganz das, was wir mit einem Motoröl erreichen wollen. Logische Konsequenz:
Ein gutes Motoröl ist ein guter Kompromiß zwischen maximaler Scherstabilität (Trennfähigkeit) und maximaler Beweglichkeit der Schmierstoff-Moleküle (Molekül-Ketten).
Ende Teil 1.
Es gibt in den Foren immer wieder heftige Auseinandersetzungen um Motoröle und ob man ein bestimmtes Motoröl in diesem oder jenem Motor nutzen darf oder nicht. Bei diesen Streitereien werfen sich die Streithähne gerne die unterschiedlichen Klassifikationen und Spezifikationen um die Ohren, wobei jeder so tut, als würde er gerade das Rad neu erfinden. Das staunende Publikum steht am Rande und ist nachher noch verwirrter als vorher.
Wissen ist für mich wie ein großer Sack Lego-Bausteine. Deswegen versuche ich immer, physikalische oder chemische Zusammenhänge in ihre Grundbausteine zu zerlegen. Ich nenne das strukturierte Vereinfachung. Und diese strukturierte Vereinfachung führt zu einem praktisch nutzbaren Grund-Verständnis. Fachwissen ist nur solange Fachwissen für Spezialisten, bis man die Grundlagen verstanden hat. Von diesem Moment an ist Fachwissen ein Werkzeug -- nichts Besonderes, aber nützlich weil anwendbar.
Schmierstoffe sind Kohlenwasserstoffe -- etwas vereinfacht mehr oder weniger lange Molekülketten, in denen sich ein Kohlenstoff-Atom an das andere reiht.
Ein besonderes Merkmal dieser Molekülketten ist ihre wechselseitige Anziehungskraft. Die Molekülketten ziehen sich gegenseitig an wie (schwache) Magnete. Je länger die Molekülketten sind, um so stärker ziehen sie sich gegenseitig an.
Auf dieser molekularen Anziehungskraft beruht letztendlich jede Schmierkraft.
Der einfachste (kleinste) Kohlenwasserstoff ist das Methan. Die Kettenlänge ist eins (ein Kohlenstoff). Hier sind die Anziehungskräfte sehr gering und deswegen liegt Methan als Gas vor. Benzin ist bereits eine Flüssigkeit, die allerdings die Neigung hat, schnell zu verdunsten (zu vergasen). Deswegen hatte früher jeder Benzinmotor einen Vergaser, in dem Luft mit Benzin gemischt wurde. Benzin-Moleküle haben eine Kettenlänge (grob vereinfacht) so um zehn.
Beim Diesel liegt die Kettenlänge (vereinfacht) so um zwanzig. Kerosin liegt genau zwischen Benzin und Diesel (etwa bei fünfzehn). Beim Diesel spricht man bereits von einem Öl, weil Diesel bereits eine gewisse Viskosität (Zähflüssigkeit) aufweist, die es für unsere Sinne „ölig“ erscheinen läßt.
Die Konsistenz eines Öles beruht auf der wechselseitigen Anziehungskraft der Molekülketten, die so eine Art beweglich-elastisches Netz bilden. Dieses Netz ist in der Lage, Oberflächen voneinander zu trennen. Die Fähigkeit, Oberflächen voneinander zu trennen und auf Abstand zu halten, nennt man „Scherstabilität“.
Werden die Molekülketten länger, dann wird der resultierende Schmierstoff scherstabiler und damit trennfähiger. In einem Motor trennt der Schmierstoff die beweglichen Metalloberflächen voneinander und hält sie auf Abstand, so daß sie sich nicht direkt berühren. Und das bewerkstelligt ein flexibler Teppich aus Ketten-Molekülen, die sich gegenseitig anziehen und dadurch einen scherstabilen Teppich bilden.
Im Prinzip ist die Trennkraft eines Schmierstoffes um so höher, je langkettiger die Moleküle sind. Die Sache hat aber einen Haken.
Je langkettiger die Moleküle werden, um so zähflüssiger wird der Schmierstoff. Ab einer bestimmten Kettenlänge wird aus einem Schmieröl ein Schmierfett. Ein Schmierfett kann man gut in Kugellagern verwenden, aber für einen Motor ist es ungeeignet. Als Motoröl eignen sich nur Molekülketten, deren Kettenlängen sich in einem bestimmten Bereich (von...bis) bewegen. Die Zähflüssigkeit (Viskosität) ist das entscheidende Merkmal, das einen Schmierstoff für den vorgegebenen Zweck tauglich macht oder eben nicht. Der Gegenspieler der Viskosität ist die Temperatur.
Mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität. Nehmen Sie ein Stück Margarine und werfen Sie es in eine Pfanne. Sobald die Pfanne erhitzt wird, beginnt die Margarine zu schmelzen und (wenn sie noch weiter erhitzt wird) irgendwann zu verdampfen und Feuer zu fangen. Mit anderen Worten: mit steigender Temperatur sinkt der Zusammenhalt (die Viskosität) immer mehr ab.
Das ist bei Motorölen nicht anders. Deswegen dürfen Motoröle eine bestimmte Minimal-Viskosität bei betriebswarmem Motor nicht unterschreiten -- sonst reißt der Schmierfilm.
Wenn Metalloberflächen aneinanderreiben entsteht Verschleiß. Nehmen wir nun ein zähflüssiges Öl. Ein sehr zähes, dickflüssiges Öl trennt zwar die Metalloberflächen gut voneinander ab, doch das zähflüssige Öl setzt der Bewegung von sich aus viel Widerstand entgegen. Nun findet die Reibung innerhalb der zähen Ölschicht statt. Aufgrund der entstehenden Reibung im Ölfilm wird das Öl sehr warm. Es kommt zu hohen Wärmeverlusten. Der Motor läuft regelrecht heiß. Sowas kann man life erleben, wenn man Getriebeöl als Motoröl verwendet. Im Extremfall wird das Öl so heiß, daß es im Motor regelrecht verbrennt bzw. verkokt. Und das ist nicht ganz das, was wir mit einem Motoröl erreichen wollen. Logische Konsequenz:
Ein gutes Motoröl ist ein guter Kompromiß zwischen maximaler Scherstabilität (Trennfähigkeit) und maximaler Beweglichkeit der Schmierstoff-Moleküle (Molekül-Ketten).
Ende Teil 1.