Der Einsatz von Schmierstoffen ist ein grundlegender Bestandteil jedes mechanischen Systems, der dessen optimale Funktion über einen längeren Zeitraum gewährleistet. Ein Aspekt von Schmierstoffen, der ihre Eigenschaften erheblich verbessern kann, sind Veredelungsadditive.
Die Bedeutung von Additiven in der Formulierung von Schmierstoffen
Die wichtigste Eigenschaft eines Schmierstoffs ist seine Fähigkeit, Verschleiß zu verhindern. Diese Art von mechanischem Verschleiß kann in einem geschmierten System verschiedene Formen annehmen, darunter:
- Adhäsionsverschleiß,
- Abrasiver Verschleiß,
- Pitting,
- Abplatzungen.
Die Bedeutung von Verschleißschutzadditiven, insbesondere in Schmierstoffen, kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Durch die Verringerung des Verschleißes sind sie ein Grundpfeiler der Leistungsfähigkeit und ein integraler Bestandteil mechanischer Anlagen. Heutzutage sind sie ein unverzichtbarer Bestandteil moderner Schmierstoffe, insbesondere solcher, die unter schwierigen Betriebsbedingungen eingesetzt werden.
Es gibt zwei Arten solcher Additive, die je nach Situation eingesetzt werden:
- Verschleißschutzadditive (engl. Anti-Wear, AW),
- Extremdruckadditive (engl. extreme-pressure, EP).
Sie wirken als Verschleißschutzmittel – sie haften aufgrund ihrer Polarität an den reibenden Metalloberflächen und reagieren mit diesen unter dem Einfluss der durch den physischen Kontakt erzeugten Wärme. Auf diese Weise bilden sie eine Schutzschicht, die den Verschleiß minimiert, das Grundöl vor Oxidation schützt und die Metalle vor der Einwirkung ätzender Säuren bewahrt.
Wie lässt sich die Wirksamkeit eines AW/EP-Additivs bestimmen?
Die tribologischen Eigenschaften von Additiven werden mit Hilfe spezieller Testmethoden bestimmt. Eine davon ist der 4-Kugel-Test. Dabei handelt es sich um eine gängige Technik, bei der eine Stahlkugel relativ zu drei feststehenden, geschmierten Kugeln, die in einer Wiegeposition angeordnet sind, gedreht wird. Dieser Test ermittelt die Eigenschaften, die den Verschleiß des Schmiermittels bei einer bestimmten Belastung, Drehzahl, Temperatur und Zeit verhindern, die in den Normen ASTM D4172 „ “ (AW) oder ASTM D2783 (EP) festgelegt sind. Die Testbedingungen für die AW-Eigenschaften betragen in der Regel 1200 U/min und eine Belastung von 40 kg bei einer Temperatur von 75 °C über 60 Minuten. Die EP-Eigenschaften werden in der Regel bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von 10 Sekunden unter variabler Belastung gemessen. Die Ergebnisse des 4-Kugel-Verschleißtests werden als Verschleißspuren dargestellt, die auf den feststehenden Kugeln auftreten, anschließend in ihrer Größe gemessen und gemittelt.
AW-Verschleißschutzadditive
Um die Geschwindigkeit der kontinuierlichen und mäßigen Abnutzung mechanischer Systeme zu verringern, werden in Schmierölzusammensetzungen Anti-Wear-Additive eingesetzt.
- AW-Additive eignen sich für Schmierstoffe, die unter milden Bedingungen, bei geringen Belastungen und hohen Geschwindigkeiten eingesetzt werden.
- Ihre Aufgabe ist es, den Reibungskoeffizienten durch den Schutz der aneinanderwirkenden Metalloberflächen zu verringern.
- Sie werden durch den lastbedingten Temperaturanstieg und bei niedrigen Drücken aktiviert.
- Ihr Wirkmechanismus beruht auf der Bildung einer dünnen, schützenden tribologischen Schicht auf der Metalloberfläche. Sie wirken ohne chemische Veränderungen und erfordern weniger Aktivierungsenergie. Diese Prozesse (z. B. physikalische Adsorption) sind in der Regel reversibel.
- Sie sind Bestandteil von Hydraulik-, Motor- und Getriebeölen, Flüssigkeiten für Automatikgetriebe sowie bestimmten Schmiermitteln,
- Beispiele für AW-Additive sind Phosphorsäureester, Zinkdialkyldithiophosphate (ZDDP) oder Schwefel- und Phosphorverbindungen,
- Das Portfolio der PCC-Gruppe umfasst Verschleißschutzadditive, bei denen es sich um Produkte der Rokolub AD-Serie handelt (z. B. Rokolub AD 246 ultra).
EP-Antiseize-Additive
Um die Schmierung unter Bedingungen des Ölfilmbruchs sicherzustellen, werden Anti-Seize-Additive – Extreme Pressure – eingesetzt. Sie sind für den Einsatz unter sogenannten Grenzschmierbedingungen ausgelegt.
- EP-Additive sind für den Einsatz bei höheren Belastungen, hohen Temperaturen und niedrigen Geschwindigkeiten vorgesehen. Sie werden bei erhöhtem Druck aktiv,
- Sie sind für intensivere Metall-Metall-Einwirkungen ausgelegt, weshalb die Schutzschicht widerstandsfähiger und dicker ist als bei AW-Additiven.
- Ihr Wirkmechanismus beruht auf einer irreversiblen tribochemischen Reaktion an der Phasengrenze, durch die eine Schutzschicht entsteht. Ein solcher Prozess erfordert eine hohe Aktivierungsenergie,
- Chemisch gesehen wirken sie aggressiver, zeichnen sich durch eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit mit dem Metall sowie eine schnellere Bildung der Gleit- und Verschleißschutzschicht aus . In einigen Fällen kann diese hohe Reaktivität dazu führen, dass bestimmte EP-Additive für bestimmte Metalle korrosiv sind, was eine vorsichtige Anwendung rechtfertigt,
- Sie eignen sich für eher nischenorientierte Anwendungen, zu denen in der Regel Getriebeöle sowie Metallbearbeitungsflüssigkeiten gehören,
- Typische EP-Additive sind (oft organische) Verbindungen auf der Basis von Bor, Chlor, Phosphor oder Schwefel. Dazu gehören chlorierte Paraffine oder aromatische Verbindungen, geschwefelte Mineralöle, Arylo(alkyl)phosphorsäureester, chlorierte und/oder geschwefelte Fettsäuren oder Olefine, Polyalkylenglykol usw.,
- Antifriction-Additive der PCC-Gruppe sind Produkte der EXOfos-Serie (z. B. EXOfos PA-080S, EXOfos PB-184).
