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Schmierfette sind halbflüssige Schmierstoffe, die aus einem Schmieröl, einem Eindicker und verschiedenen Zusätzen oder Wirkstoffen (Additiven) bestehen.[1]

In der Regel bestehen Schmierfette aus ca. 80 % Schmieröl, ca. 5 % bis 10 % Eindicker und ca. 10 % bis 15 % Additiven. Der Eindicker ist bei den gängigsten Fetten eine Leicht- bzw. Alkalimetallseife, diese bildet ein schwammartiges Gerüst, das die Öltröpfchen umschließt. Je nach Temperatur, Zeit und Beanspruchung (Scherung) wird das Schmieröl mehr oder weniger schnell freigesetzt. Diesen Vorgang nennt man auch „Ausbluten“. So kann ein Schmierfett auch am Rande eines Tribokontaktes die Reibstelle mit Öl versorgen.

Neben der Schmierung sollen Schmierfette in der Regel auch einen Schutz vor Korrosion bieten, was in der Regel durch Additive erreicht wird. Zum Schutz vor dem Trockenlaufen bei erhöhter Temperatur werden auch Trockenschmiermittel zugesetzt.

Durch die Auswahl entsprechender Öle, Eindicker und Additive lassen sich die Eigenschaften der Schmierfette für die unterschiedlichsten Anwendungen optimieren. So gibt es Fette für hohe oder besonders tiefe Temperaturen, für Anwendungen im Vakuum, besonders wasserbeständige und wetterfeste, besonders druckfeste oder kriechfähige, lebensmittelechte oder besonders haftfähige Fette.

Inhaltsverzeichnis

DefinitionenBearbeiten

Unter Schmierfetten versteht man physikalisch Suspensionen aus Schmierölen, Eindickern und verschiedenen Zusätzen oder Wirkstoffen.[1] Nach der DIN 51825 sind Schmierfette konsistente Schmierstoffe, die aus Mineralöl und/oder Syntheseöl sowie einem Dickungsmittel bestehen.[1][2] Laut ASTM sind Schmierfette feste bis halbflüssige Stoffe, die durch Dispersion eines Eindickungsmittels in einem flüssigen Stoff entstehen. Andere Zusatzstoffe, die besondere Eigenschaften verleihen, dürfen enthalten sein.[1][3]

Aufbau, Struktur und EigenschaftenBearbeiten

In der Regel bestehen Schmierfette aus 65–95 % Schmieröl, 3–30 % Eindicker und 0–10 % Additiven.[4] Die Suspension aus Grundöl und Verdicker bezeichnet man auch als Grundfett.[4]

EindickerBearbeiten

Eindicker, auch Verdicker genannt, sind der wesentlichste Bestandteil von Schmierfetten. Sie dienen dazu den schmierfetttypischen Aggregatzustand, also die Struktur des Schmierfettes, zu vermitteln.[4] Sie bestehen meist aus Alkali- und Erdalkalisalzen von Fettsäuren (diese Schmierfette bezeichnet man als Metallseifenfette; Seifen, z. B. die Natriumsalze oder die Calciumsalze), Bentonite, Polyharnstoffe, PTFE und/oder anderen Stoffen. Schmierfette mit verschiedenen Verdickern können nicht in jedem Fall miteinander vermischt werden, da die Eindicker untereinander nicht immer verträglich sind und sich bei Kontakt in ihren Eigenschaften beeinflussen (z. B. kann sich der Tropfpunkt verändern).[4]

MetallseifenfetteBearbeiten

Metallseifenfette enthalten als Verdicker die sogenannten Metallseifen (Salze von Fettsäuren mit den Oxiden bzw. Hydroxiden von Metallen). Verwendete Metalloxide /-hydroxide sind die, der Metalle Lithium, Natrium, Calcium, Barium, Aluminium, Zink und Blei. Die Chemie der Metallseifenbildung bietet bei der Auswahl der Basen und Fettsäuren eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten:[4]

  • Einfachseifenfette: Enthalten als Verdicker die sogenannten einfachen Metallseifen, sie bestehen aus einer Basen- und einer Fettsäureart.
  • Komplexseifenfette: Enthalten als Verdicker die sogenannten Metallkomplexseifen, sie bestehen aus einer Base, einer Fettsäure und einer typischen Nichtfettsäure (z. B. Essigsäure).
  • Gemischtseifenfette: Enthalten als Verdicker ein Gemisch von unterschiedlichen einfachen Metallseifen.

AdditiveBearbeiten

Additive sind Stoffe, die einem Produkt Eigenschaften geben, die es ohne diese Additive nicht oder nur unzureichend hätte. Additive in Schmierfetten müssen sich mit dem Eindickersystem gut vertragen, damit das Fett nicht erweicht oder verhärtet. Additive lassen sich in folgende Kategorien einteilen:[5]

  • Antioxidantien (Steigerung der Widerstandsfähigkeit gegen Alterung durch unvermeidliche oxidative und/oder thermische Belastungen an der Schmierstelle; verwendete Antioxidantien sind phenolische oder aminische Radikalfänger)
  • Metalldesaktivatoren (Kupfer und seine Verbindungen sind Katalysatoren für die Bildung von Peroxiden und tragen damit zur Oxidation bei; Buntmetalldesaktivatoren sind z. B. Heterozyklen, die die Kupferoberfläche passivieren)
  • Korrosionsinhibitoren (Wirken ähnlich wie Buntmetalldesaktivatoren, bilden einen für Feuchtigkeit undurchlässigen Film auf der Metalloberfläche, der die Oberfläche vor Korrosion schützt, Korrosionsinhibitoren sind Metallseifen verschiedener Säuren, wie zum Beispiel Sulfonate, Naphthenate, Carboxylate, Alkyl-Bernsteinsäurederivate, Aminphosphate oder partielle Polyolester)
  • Verschleißschutz-Zusätze (Verschleißreaktionen, wie z. B. Flüssigkeits- und Mischreibung, werden durch Triboreaktionen verhindert)
  • Sonstige Zusätze (z. B. Farben oder auch Haftzusätze, die dem Fett eine erhöhte Haftfähigkeit auf der zu schmierenden Oberflächen verleihen)

Einteilung der SchmierfetteBearbeiten

Nach GrundölBearbeiten

Über das Grundöl wird die Viskosität und die Temperaturabhängigkeit des Schmierfettes festgelegt, wozu auch die Additive der Grundöle beitragen. So bewirken VI-Verbesserer (Additive des Grundöls), wie sich die Viskosität bzw. der Viskositätsindex bei höheren Temperaturen entwickelt[6].

Typische Grundöle sind:

Nach VerdickerBearbeiten

Der Verdicker bildet die Matrix, in der das Grundöl eingelagert wird. Durch Walken tritt das Öl aus der Matrix aus und gelangt an die Schmierstelle. Die Menge des schmierenden Öls, welches aus dem Fett austritt und an der Schmierstelle wirkt, wird über die Art des Verdickers gesteuert. Eine zu steife Matrix könnte einen Mangelschmierung bewirken, wird dagegen zu viel Öl abgegeben, verliert das Fett zu schnell seine Schmierfähigkeit, weil die Matrix zerstört wird und das Öl abläuft. Ein geeignet gewählter Verdicker kann in Ruhephasen das Öl teilweise wieder aufnehmen.[6]

Häufig verwendete Verdicker sind:

Nach KonsistenzklasseBearbeiten

Diese wird in der Konsistenzkennzahl angegeben. Gemessen wird mit einem Penetrometer. Die Eindringtiefe eines Konus erlaubt die Zuordnung in eine Konsistenzklasse. Man unterscheidet Konsistenzen von 000 (fließend) bis 6 (hart). Die Konsistenzkennzahl wird auch als NLGI-Klasse nach DIN 51818 angegeben und kann in Ruh- oder Walkpenetration angegeben sein, wobei bei der Konsistenzmessung nach DIN ISO 2137 das Fett vor dem Messen nach Vorgaben einer Prüfanweisung gewalkt wird, um die Beanspruchung in einem Lager nachzuahmen.

Einteilung der Schmierfette nach NLGI-Klassen nach DIN 51818[8]
NLGI Walkpenetration Konsistenz Anwendungen
000 445…475 fließend Getriebe, Zentralschmierung
00 400…430 schwach fließend Getriebe, Zentralschmierung
0 355…385 halbflüssig Getriebe, Wälzlager, Zentralschmierung
1 310…340 sehr weich Wälzlager
2 265…295 weich Wälzlager, Gleitlager
3 220…250 mittelfest Wälzlager, Gleitlager, Wasserpumpen
4 175…205 fest Wälzlager, Wasserpumpen
5 130…160 sehr fest Wasserpumpen, Blockfett
6 85 … 115 hart Blockfett

Nach den zu schmierenden ObjektenBearbeiten

 
Rotes Schmierfett für Automobile.

Nach AnwendungsbereichBearbeiten

  • Normalfette
  • Mehrzweckfette
  • EP-Schmierfette
  • Hochtemperaturfette

Anwendungen für SchmierfetteBearbeiten

Schmierfette werden wie Schmieröle verwendet, um mechanische Reibung und Verschleiß zu mindern.

Schmierfette wirken durch einen Film, den sie zwischen den Schmierflächen aufbauen. So verhindert das Fett den direkten Kontakt der sich gegeneinander bewegenden Oberflächen. In der Praxis reicht dies allerdings nicht, um einen tragfähigen Schmierfilm aufzubauen, der die Reibungsflächen vollständig voneinander trennt.

Vorteile der Fettschmierung gegenüber der Ölschmierung:

  • Das Fett tropft von der Schmierstelle nicht ab
  • Eignung für selten oder langsam bewegte Schmierstellen
  • Dichtwikung und Schutz der Schmierstelle gegen direkten Zutritt von Schmutz und Wasser
  • Korrosionsschutz, sofern das Fett entsprechend additiviert ist
  • Bei der Ölschmierung kann das Öl die beiden Reibpartner vollständig trennen, z. B. in einem hydrodynamischen Gleitlager

Nachteile der Fettschmierung gegenüber der Ölschmierung:

  • Die Lagerreibung bleibt bei Fettschmierung im Bereich der Mischreibung.[9]
  • Bei höheren Geschwindigkeiten, z. B. in schnelllaufenden Lagern, erhitzt sich das Fett aufgrund seiner höheren Viskosität stärker und erreicht schneller die kritische Temperatur, bei der sich das Grundöl zersetzt.
  • Durch den fehlenden Umlauf keine Kühlung der Schmierstelle
  • Keine Reinigungswirkung an der Schmierstelle.
  • Wenn die Schmierstelle neu befettet werden soll, hängt es von der Haftfähigkeit des Fettes ab, wie leicht sich die Schmierstelle reinigen lässt.

Wenn keine Dauerfüllung vorgesehen und die Schmierstelle offen ist, werden Schmiernippel verwendet, um mit einer Fettpresse im Rahmen eines Wartungs- oder Schmierplans regelmäßig frisches Fett an die Schmierstelle bringen zu können. Altes Fett wird dabei mit seinen Verunreinigungen aus der Schmierstelle gedrückt und kann entfernt werden, sofern der sich an der Schmierstelle bildende Kragen aus altem Fett nicht als Abdichtung gegen eindringenden Staub und Schmutz erwünscht ist.

Vergleich einiger SchmierfetteBearbeiten

Eigenschaften verschiedener Fette[10]

Fettart Min. Temp. Max. Temp Kälteverhalten Wasserbeständig Dauerwalken Korrosionsschutz Tropfpunkt Preis
Ca-Metallseife −35 °C +50 °C gut sehr gut gut schlecht 80..100 °C
Na-Metallseife −30 °C +120 °C mäßig unbeständig mäßig gut 130..200 °C
Li-Metallseife −40 °C +130 °C gut beständig sehr gut sehr schlecht 170..220 °C 1
Al-Metallseife −35 °C +100 °C gut quillt auf mäßig sehr gut ~ 120 °C 3
Li/Pb-Fett 0 °C +75 °C schlecht beständig schlecht gut ~ 90 °C 1,5
Ca/Pb-Fett 0 °C +75 °C schlecht beständig schlecht gut ~ 90 °C 1,5
Ca-Komplex +120 °C mäßig sehr gut mäßig > 240 °C 0,9..1,2
Al-Komplex +160 °C sehr gut mäßig > 230 °C 3..4
Silikonfett +320 °C gut beständig mäßig 30..50

Die Spalte Preis gibt ein ungefähres Verhältnis an, welches Lithium-Metallseife als 100 % annimmt.

AnalysemethodenBearbeiten

Die Analyse, sowie die Qualitätssicherung und -kontrolle von Schmierfetten erfolgt unter anderem durch:[11]

Allgemeine Analysemethoden:

Schmierfettspezifische Analysemethoden:

  • Konuspenetration: Die Messung der Eindringtiefe eines Konus erlaubt die Zuordnung in eine Konsistenzklasse.[11]
  • Tropfpunkt: Der Tropfpunkt gibt die Temperatur an, bei der eine kleine Schmierfettmenge unter definierten Prüfbedingungen einen lang ziehenden Tropfen bildet.[11]
  • Fließdruck: Der erforderliche Druck, um einen Strang des Schmierfetts bei einer bestimmten Temperatur durch eine definierte Düse zu drücken.[11]
  • Ölabscheidung: Verfahren zur Bestimmung des Ölverlustes aus Schmierfetten.[11]
  • SKF-Emcor-Test: Prüfung der korrosionsverhindernden Eigenschaften von Schmierfetten in Gegenwart von Wasser oder Salzlösungen. Das Schmierfett wird beim SKF-Emcor-Verfahren unter Zugabe von Wasser in Pendelkugellagern geprüft (ein Schmierfett sollte Korrosionsverursacher, wie z. B. Wasser und Sauerstoff, von der Metalloberfläche fernhalten). Die Prüfung erfolgt nach DIN 51802.[11]
  • Schmierfettgebrauchsdauer (FAG-FE9): Ermittlung der Schmierfettgebrauchsdauer bei erhöhten Temperaturen. Zur Prüfung wird das Schmierfett in Schrägkugellager gefüllt und bei erhöhter Temperatur bis zum Versagen belastet. Die Prüfung erfolgt nach DIN 51821.[11]

Siehe auchBearbeiten

  • DIN 51825 Schmierfette und Festschmierstoffe
  • VDI-Richtlinie 2202 Schmierstoffe und Schmiereinrichtungen für Gleit- und Wälzlager
  • Metallseifen dienen zum Aufdicken des Grundöls, um die erwünschte Konsistenz des Fettes einzustellen
  • Kupferfett bzw. -paste ist trotz seines Namens kein eigentliches Schmierfett

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b c d Bartz, Wilfried J.: Schmierfette : Zusammensetzung, Eigenschaften, Prüfung und Anwendung ; mit 33 Tabellen und 126 Literaturstellen. In: Kontakt & Studium. Band 500. Expert-Verlag, Renningen-Malmsheim 2000, ISBN 3-8169-1533-7, S. 6.
  2. DIN e. V.: DIN 51825 Schmierstoffe – Schmierfette K – Einteilung und Anforderungen. In: DIN e. V. DIN e. V., abgerufen am 5. April 2019.
  3. Informationen zu Schmierfetten. Abgerufen am 5. April 2019.
  4. a b c d e Bartz, Wilfried J.: Schmierfette : Zusammensetzung, Eigenschaften, Prüfung und Anwendung ; mit 33 Tabellen und 126 Literaturstellen. In: Kontakt & Studium. Band 500. Expert-Verlag, Renningen-Malmsheim 2000, ISBN 3-8169-1533-7, S. 33–50.
  5. Bartz, Wilfried J.: Schmierfette : Zusammensetzung, Eigenschaften, Prüfung und Anwendung ; mit 33 Tabellen und 126 Literaturstellen. In: Kontakt & Studium. Band 500. Expert-Verlag, Renningen-Malmsheim 2000, ISBN 3-8169-1533-7, S. 111–130.
  6. a b Lubricating Greases Basics. (PDF) Exxon Mobil Corporation, 2012, abgerufen am 14. April 2019 (englisch).
  7. Hans Beyer und Wolfgang Walter: Organische Chemie, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 22. Auflage, 1991, S. 247, ISBN 3-7776-0485-2.
  8. Herbert Wittel; Dieter Jannasch; Joachim Voßiek; Christian Spura: Roloff/Matek Maschinenelemente. 23. Auflage. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-17895-6, Tabelle TB 4-9.
  9. Werner Skolaut (Hrsg.): Maschinenbau. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2014, ISBN 978-3-8274-2553-9, 27.2 Lager.
  10. In Teilen entnommen aus T. Braun: Fett-Schulung. (PDF) ZET-CHEMIE GmbH, Dezember 2014, S. 26, abgerufen am 2. April 2018 (deutsch).
  11. a b c d e f g Totten, George E., Westbrook, Steven R., Shah, Rajesh J.: Fuels and Lubricants Handbook: Technology, Properties, Performance, and Testing. ASTM International, West Conshohocken, PA 2003, ISBN 978-0-8031-4551-1.