Kleines, aber entscheidendes Puzzleteil
Die Hauptfunktion von Schmierstoffen besteht darin, aneinander reibende Flächen voneinander zu trennen.
Durch die Bildung eines Schmierfilmes wird der direkte Materialkontakt der beiden Reibpartner vermieden. Dabei müssen die Schmierstoffe jedoch eine möglichst große Kraftübertragung gewährleisten und gleichzeitig die Reibung und den daraus entstehenden Materialverschleiß mindern.
Daneben erfüllen Schmierstoffe aber auch noch eine Reihe weiterer Funktionen wie beispielsweise Schutz vor Rostbildung, Abdichten der Schmierstelle gegen Schmutz und Umwelteinflüsse oder Ableiten entstandener Wärme.
Nach ihrem Aggregatzustand lassen sich Schmierstoffe in drei Hauptgruppen einteilen. Schmieröle zählen zu den flüssigen Schmierstoffen, Fette und Pasten zu den halbfesten und Festschmierstoffe zur Klasse der festen Schmierstoffe.
Von fest bis flüssig: Arten von Schmierstoffen
Öle
Öle sind die eigentlichen Schmierstoffe. Denn in allen flüssigen und halbfesten Schmierstoffen wird die eigentliche Schmierleistung vom Grundöl erbracht. Wichtige Faktoren für die Leistungsfähigkeit sind dabei die Öl-Viskosität und die Temperaturbeständigkeit. Nur noch selten werden „reine“ Öle als Schmiermittel eingesetzt. Moderne Schmieröle bestehen meist aus einem Grundöl oder einer Mischung von mehreren Ölen und zugesetzten Additiven. Dadurch lassen sich die Fähigkeiten der Öle verbessern sowie die Qualität und Funktionalität erhöhen.
Schmierfette
Schmierfette bestehen hauptsächlich aus einem Grundöl und einem eindickenden Stoff. Dabei wirkt der Ver- oder Eindicker als Trägermittel für das Öl und sorgt für die Bindung des Öles. Der Verdicker funktioniert wie ein Schwamm, der bei Belastung Öl zur Schmierung abgibt und bei nachlassender Belastung das Öl wieder bindet. Generell gilt, dass ein Schmiersystem nur so stabil ist, wie seine instabilste Komponente. Das heißt, dass auch zum Beispiel die thermische Stabilität des Verdickers für die Temperaturbeständigkeit des Fettes von Bedeutung ist.
Als gängige Verdicker werden sowohl mineralische als auch synthetische Stoffe angeboten.
Schmierpasten
Schmierpasten sind im Aufbau den Schmierfetten sehr ähnlich, haben aber einen wesentlich höheren Feststoffanteil als Fette. Schmierpasten können sowohl mit einem reinen Verdicker als auch mit Festschmierstoffen oder einer Kombination beider formuliert werden.
Schmierpasten mit einem hohen Anteil an Eindicker ergeben so sehr konsistente Schmierstoffe, die häufig als Montagepaste zum Einsatz kommen. Eine Schmierpaste, die aus den Hauptbestandteilen Öl oder Fett und Festschmierstoff hergestellt wurde, vereinigt die Vorteile einer Festschmierstoff- und einer reinen Fettschmierung.
Festschmierstoffe
Festschmierstoffe sind Schmiermittel, die auf den behandelten Werkstücken geschlossene und extrem dünne Gleitfilme bilden. Dabei können sie in reiner Form als Pulver oder in Kombination mit anderen Substanzen wie Öl oder Fett aufgebracht werden. Festschmierstoffe bieten einen sehr guten Schutz vor Verschleiß.
Festschmierstoffe sind ebenfalls Hauptbestandteil von Gleitlacken. Bei diesen – auch als Trockenschmierstoffe oder Anti-Friction-Coatings bekannten – Gleitlacken sind die Festschmierstoffe nicht in Öl oder Fett, sondern in einem lackähnlichen organischen oder anorganischen Bindemittel gelöst.
Geschichte – Schmierstoffe als Treibmittel des Fortschrittes
Der Schmierstoff in seiner Definition als Hilfsmittel zur Verminderung von Reibung und Erleichterung von Arbeitsabläufen ist wohl so alt wie Reibung und das Bewältigen von Arbeitsabläufen selbst.
Vor fast 5000 Jahren erkannten die Ägypter, dass ihre Holzschlitten, mit denen sie große Steine durch die Wüste bewegten, auf nassem Sand besser glitten und gossen deshalb Wasser vor ihre Schlitten. Dies ist der erste historisch belegte Hinweis auf die Verwendung eines Schmierstoffes. Wandbilder in Gräbern, die auf die Zeit um 2000 v. Chr. datiert wurden, zeugen bereits von Bemühungen, aneinander reibende, bewegliche Teile mit tierischen Fetten zu schmieren.
Durch die chemische Untersuchung gefundener Überreste von Streitwagen aus der Zeit um 1400 v. Chr. konnte nachgewiesen werden, dass in den Achsgelenken der Streitwagen bereits Hammel- und Rinderfett zur Schmierung benutzt wurde. Diese tierischen Fette und Öle waren noch bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts hinein ein gängiges Schmiermittel für viele Anwendungen. Auch die Philosophen Aristoteles und Plato sowie das Universalgenie Leonardo da Vinci setzten sich mit dem Thema Reibung auseinander.
Ende des 19. Jahrhunderts begann der Siegeszug des Mineralöls, ehe im frühen 20. Jahrhundert die Erforschung und Herstellung von synthetischen Schmierölen einsetzte. In den letzten Jahrzehnten folgten in rasantem Tempo Neu- und Weiterentwicklungen, die in den heutigen Hochleistungs- und Spezialschmierstoffen gipfelten.
Von universell bis individuell: Schmierstoffe in der Anwendung
Die Anwendungsgebiete für Schmierstoffe sind sehr weitreichend. Grundsätzlich werden Schmierstoffe überall dort eingesetzt, wo sich zwei Oberflächen aufeinander bewegen. Doch nicht mehr nur zur Verminderung von Reibungswiderstand oder zur Vermeidung von Verschleißerscheinungen werden Schmierstoffe eingesetzt. Auch zur Beseitigung von Quietsch- oder Bewegungsgeräuschen oder zur haptischen Aufwertung von Bedienelementen wie Schaltern und Knöpfen werden Schmierstoffe eingesetzt.
Eigenschaften von Schmierstoffen und Auswahlkriterien
Die Vielzahl der einzelnen Komponenten – Grundöl, Verdicker, Festschmierstoff und Additive – machen auch eine Vielzahl von Kombinationen im Hinblick auf die Eigenschaften eines Schmierstoffes möglich.
Die Auswahl des optimalen Schmierstoffes für eine Anwendung basiert immer auf ausführlichen Analysen unter Einbeziehung unterschiedlicher, spezifischer Faktoren. Die Haupteigenschaften der Schmierstoffe müssen ebenso wie seine sekundären Eigenschaften den Anforderungen und Ansprüchen von Anwendern und Anwendung gerecht werden.
Während die endgültige Wahl eines Schmierstoffes immer auf erfolgreichen Versuchen und Tests beruhen soll, kann aufgrund von Kennwerten und Berechnungen bereits eine aussagekräftige Vorauswahl getroffen werden.
Viele Faktoren bestimmen die Auswahl
Ebenso bedeutend ist die Frage, ob der verwendete Schmierstoff eine kontinuierliche Schmierleistung erbringen muss oder ob es sich um eine sogenannte Intervallschmierung handelt.
Die relevantesten Benchmarks sind dabei die Art der Anwendung und die Einsatzbedingungen sowie der Einsatzzeitraum des Schmierstoffes. Insbesondere die Einsatz- und die Umgebungstemperatur sowie die möglichen Temperaturspitzen sind für die Auswahl von großer Bedeutung. Dabei gelten als Kennwert die Angaben für den Tropfpunkt, den Zündpunkt und den Pourpoint des Schmierstoffs.
Daneben ist die Verträglichkeit mit den behandelten Materialien und mit den Umgebungsmaterialien wie Wasserdampf oder Salzwasser von großer Bedeutung.
Auch optischen und haptischen Ansprüchen muss ein Schmierstoff gerecht werden. Liegt eine Anwendung beispielsweise in einem Bereich, in dem der Endverbraucher die behandelte Komponente im normalen Gebrauch sieht oder anfasst, darf der Schmierstoff möglichst nicht zu sehen und zu fühlen sein.
Des Weiteren sind die Umweltfreundlichkeit, die gesundheitliche Unschädlichkeit, die Handhabung und die Anwenderfreundlichkeit von großer Bedeutung.
Von der groben Einteilung bis hin zur Feinjustierung
Bei allen Auswahlkriterien gilt: Je näher man diese differenzieren und spezifizieren kann, desto näher kommt man dem für die Anwendung am besten geeigneten Schmierstoff.
Die Eignung der Produkte für die verschiedenen Anwendungsbereiche hängt dabei unter anderem von der Beschaffenheit, Form, Größe, Lagerung oder Gehäusestruktur sowie von den Bewegungsabläufen bei der jeweiligen Anwendung ab.
Viele Hersteller weisen ihre Schmierstoffe bereits anwendertypisch aus. Doch häufig sind diese Zuweisungen zu typischen Einsatzgebieten oder Industriebereichen nicht aussagekräftig genug. Andererseits aber implizieren diese Produkttypisierungen zum Teil Leistungseigenschaften und Funktionalitäten, denen die Schmierstoffe in der Praxis nicht gerecht werden. So können beispielsweise Schmierstoffe, die speziell für Lageranwendungen ausgewiesen sind, in einer Kugellager-Anwendung sehr gute Ergebnisse erzielen, jedoch unter bestimmten Umständen in einem Nadellager nicht gut funktionieren.
Fachkundige Beratung und Begleitung
Grundsätzlich gilt, dass jede anwendungsbezogene Typisierung von Schmierstoffen zwar hilfreich, keinesfalls aber zwingend ist und schon gar nicht eine fachkundige Beratung und ausführliche Tests unter realen Bedingungen ersetzen kann.