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Re: Information zum Thema Schmierung (von Manfred K)
varamani - 27.07.2005, 08:23Information zum Thema Schmierung (von Manfred K)
Schmierung
Aufgaben
Das Schmiersystem muss die Bauteile mit der ausreichenden Schmierölmenge
in der erforderlichen Qualität versorgen.
Schmiermittel müssen:
• Schmieren um Reibung und Verschleiß aufeinander gleitender Teile zu
reduzieren und zu verhindern
• Wärme von Bauteilen abführen und Überhitzung verhindern.
• Feinabdichten um auch kleinste Oberflächenrauhigkeiten (z.B. zwischen
Kolbenring und Zylinderlauffläche) gasdicht zu machen.
• Reinigen um Ablagerungen abzubauen und Fremdkörper in der Schwebe zu
halten.
• Korrosionsschutz gewährleisten
• Geräusche dämpfen.
Beanspruchungen
Das Schmiermittel ist hohen mechanischen, thermischen und chemischen
Beanspruchungen ausgesetzt.
• Mechanische Beanspruchungen: Insbesondere zwischen Zahnrädern werden
die Ölmoleküle stark auf Scherung beansprucht.
• Thermische Beanspruchung: Motoröl wird durch Temperaturen von über 300
Grad Celsius in der Kolbenringzone thermisch sehr stark beansprucht. Im
Ölsumpf werden bei luftgekühlten Motoren Temperaturen von 120 – 180 Grad
Celsius erreicht. Durch die hohen Temperaturen kommt es insbesondere zu
Verdampfungsverlusten.
• Chemische Beanspruchungen: Durch die „Blow-By“ Gase die bei jeder
Verbrennung an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse gelangen. In
den Verbrennungsgasen sind u.a. säurehaltige Gase enthalten die das Öl
angreifen. Weiterhin oxidiert das Motoröl unter Einfluss von Sauerstoff.
Kraftstoffrückstände und Kondenswasser führen zu Schlammbildung und
Ölverdünnung.
Ölverbrauch
Jeder Motor hat einen Ölverbrauch. Schmiermittelreste gelangen an den
Kolbenringen vorbei in den Verbrennungsraum und werden dort verbrannt.
Teile des Öles gelangen auch über die Kurbelgehäuseentlüftung in den
Verbrennungsraum. Öl gelangt auch an den Ventilschaftdichtungen vorbei in
den Ansaug- und Abgaskanal.
Der Ölverbrauch ist zudem stark davon abhängig mit welchem
Temperaturniveau der Motor betrieben wird und in welchem Drehzahlbereich
der Motor benutzt wird.
Als üblich gelten dabei Ölverbräuche von etwa 0,1 bis 1,0 kg Öl pro 1000
gefahrene Kilometer. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Ölverbrauch erst
nach Beendigung des Einfahrprozesses normales Niveau erreicht.
Der Ölverbrauch eines Motors, hängt im Wesentlichen von den folgenden
Faktoren ab:
• Passung der Kolbenringe in den Kolbenringnuten. Verschleiß der Kolbenringe
bzw. der Kolbenringnuten verursacht zunehmendes Höhenspiel der
Kolbenringe in den Nuten. Durch wechselndes Anliegen der Kolbenringe an der
Ober- und Unterseite der Kolbenringnut wird Öl in den Verbrennungsraum
gepumpt und dort verbrannt. Dabei können sich auch Ölkohleablagerungen an
Kolben und Verbrennungsraum bilden.
• Form und Anpressdruck der Kolbenringe. Der Ölverbrauch hängt im
Wesentlichen von den konstruktiven Gegebenheiten ab und kann durch das
Motoröl nicht beeinflusst werden.
• Dichtheit der Ventilführungen und Ventilschaftdichtungen. Verschleiß der
Abdichtungen an den Ventilführungen ist häufiger Grund für einen erhöhten
Ölverbrauch. Durch den Ansaugrohr-Unterdruck wird Motoröl an den
Abdichtungen vorbei in den Ansaugkanal angesaugt und von dort dem
Brennraum zugeführt.
• Öldichtigkeit des Motors nach außen. Defekte, undichte Kopf- und
Deckeldichtungen bzw. Radialwellendichtringe führen zu einem sichtbaren
Ölverlust, der in den meisten Fällen aber keine große Ölverbrauchsmenge
ausmacht.
• Verdampfungsverluste des Motoröls bei hohen Öltemperaturen. Motoröl, das
an heiße Motorenbauteile gelangt (Kolbenringe, Kolben) kann ab bestimmtem
Temperaturen verdampfen. Hier sind die Verluste bei herkömmlichen
Mineralölen höher als bei synthetischen Motorölen.
Information zur Ölnormung:
Die Qualität eines Motoröles kann nach folgenden Kriterien unterschieden
werden:
Allgemeine Qualitätsbezeichnungen:
API – Klassen (API = American Petrol Institute): API S-Klassen für
Benzinmotoren wobei die Qualität von API-SE; -SF; -SG; -SH; und -SJ jeweils
zunimmt.
ACEA – Klassen (ACEA = Association des Constructeurs Europeens de
l’Automobil): ACEA A-Klassen für Benzinmotoren wobei in der Klasse A3
höhere Anforderungen gestellt werden als in der Klasse A1. Zusätzlich wird
durch Angabe der Jahreszahl 96; 99 usw. das genaue Testverfahren bestimmt.
JASO – Klassen: (JASO = Japan-America Society of Oregon Engine Oil
Standards): JASO Klassen für Benzinmotoren sind in der Klasse M
zusammengefasst, wobei die Klasse MA ungefähr der Klasse API-SH/SJ
entspricht.
Spezielle Qualitätsbezeichnungen:
Spezielle Qualitätsbezeichnungen werden von den Fahrzeugherstellern erstellt
und können die allgemein gültigen Qualitätsnormen ergänzen. Dieses
Vorgehen ist speziell im PKW-Bereich üblich, im Motorradbereich meist völlig
unbekannt.
Viskosität:
Die Viskosität ist die Eigenschaft einer Flüssigkeit einer Verformung einen
gewissen Widerstand entgegenzusetzen. Bei dünnflüssigen Öl ist der
Widerstand gering, bei zähflüssigem Öl der Widerstand hoch. Die Einteilung
erfolgt in so genannten SAE-Klassen (SAE = Society of Automotive Engineers).
Motorenöle werden dabei in die Viskositätsklassen SAE 0 – 60 unterteilt. Je
niedriger der Zahlenwert liegt umso dünnflüssiger ist das Motoröl bei niedrigen
Temperaturen. Ein Motoröl der Klasse SAE 10 besitzt eine
Grenzpumptemperatur von -25 Grad C, ein Motoröl der SAE Klasse 20 eine
Grenzpumptemperatur von – 15 Grad C)
Schmiersysteme
Es können folgende Systeme unterschieden werden:
• Umlaufschmierung
• Frischölschmierung
Bei der Umlaufschmierung wird das Öl von einer Pumpe aus dem Ölvorrat den
Schmierstellen zugeführt und in einem Ölfilter gereinigt.
Bei der Frischölschmierung werden die Schmierstellen aus dem Ölvorrat mit
neuem Schmierstoff versorgt. Der Schmierstoff wird danach entweder
verbrannt oder in einem Behälter gesammelt. Diese Art der Schmierung
kommt bei Motorrädern nur noch bei 2-Takt Motoren zum Einsatz.
Umlaufschmierung
Bei der Umlaufschmierung werden zwei Systeme unterschieden:
• Nasssumpfschmierung
• Trockensumpfschmierung
Bei der Nasssumpfschmierung befindet sich der Ölvorrat an der tiefsten Stelle
des Kurbelgehäuses in der Ölwanne, wird von dort über eine Druckpumpe den
Schmierstellen zugeführt und gelangt als Tropföl wieder in den Ölsumpf
zurück.
Vorteil der Nasssumpfschmierung
• Nur eine Ölpumpe erforderlich
• Kostengünstiger da kein extra Öltank
• Weniger Verlustleistung
Trockensumpfschmierung
Bei der Trockensumpfschmierung befindet sich der Ölvorrat in einem extra
Öltank. Da Öl gelangt vom Tank zu einer Druckpumpe die das Öl zu den
Schmierstellen pumpt. Von den Schmierstellen gelangt das Öl als Tropföl in
den unteren Teil des Kurbelgehäuses und wird von einer Saugpumpe in den
Öltank gefördert.
Vorteil der Trockensumpfschmierung
• Ölvorratsmenge ist nur von der Tankkapazität begrenzt
• Geringere Bauhöhe des Motors und damit mehr Bodenfreiheit oder niedriger
Schwerpunkt.
• Öltemperatur liegt niedriger da Tankoberfläche Wärmeabfuhr ermöglicht.
• Weniger Panschverluste in Getriebe und Kurbeltrieb.
• Weniger empfindlich bei Lageänderungen des Motors
Schmierkreislauf (siehe Abbildung)
Bei 4 – Takt Motorradmotoren sind in den meisten Fällen Getriebeschmierung
und Motorschmierung in einem Schmiersystem zusammengefasst, da die
beiden Systeme meistens in einem Gehäuse montiert werden
Das Motoröl wird von der Ölpumpe (1) durch das Ölsieb (2) angesaugt. Das
Ölsieb befindet sich an der tiefsten Stelle der Ölwanne und kann von dort aus
unter normalen Betriebslagen den Motor zuverlässig mit Schmierstoff
versorgen.
Schwallbleche sind in der Ölwanne nur hinsichtlich Verzögerung und
Beschleunigung verbaut. Seitenkräfte bei Kurvenfahrt spielen beim Motorrad
wegen der seitlichen Neigung keine Rolle. Werden Motorradmotoren in
mehrspurigen Fahrzeugen (Gespanne) eingesetzt sind wegen der
Querbeschleunigung bei niedrigem Ölstand Schwierigkeiten bei der
Ölversorgung nicht auszuschließen.
Problematisch kann es bei konstruktiv nicht vorgesehenen Fahrzuständen
werden (Wheelie, Stoppie).
Die Ölpumpe ist bei Motorradmotoren meist als Rotorpumpe (Eatonpumpe)
konstruiert.
Ein Innenläufer mit vier Zähnen wird von der Antriebswelle angetrieben und
dreht in einem frei drehbaren Außenläufer mit 5 Lücken. Durch
Raumvergrößerung (Druckabfall) wird das Öl angesaugt, transportiert und
verdichtet und gelangt dann unter Druck stehend in die Ölkanäle.
Der erzeugte Öldruck ist von der temperaturabhängigen Viskosität des Öles
und der Drehzahl der Pumpe abhängig. Bei Leerlaufdrehzahl liegt der Öldruck
üblicherweise bei mehr als 1 bar, ab mittlerer Drehzahl meist bei 5 bar.
Um Schäden zu verhindern wird der Öldruck im Schmiersystem durch ein
Öldruckregelventil (3) begrenzt. Das Öldruckregelventil besteht aus einem
federbelasteten Kolben (Kugel). Übersteigt der Öldruck die Federkraft, öffnet
der Kolben und überschüssiges Motoröl kann zurück in die Ölwanne
entweichen.
Danach gelangt das Öl in den Ölfilter (5).
Ölfilter sind meist als Hauptstromölfilter konzipiert, selten als
Nebenstromölfilter.
Beim Hauptstromölfilter wird das gesamte gepumpte Motoröl durch den
Filtereinsatz (Papierfilter) geleitet. Bei Nebenstromölfiltern nur etwa 10% der
pumpten Menge.
Wegen der größeren Durchflussmenge pro Zeit ist die Filtergüte (Porengröße)
beim Hauptstromfilter auf größere Schmutzteile ausgelegt. Vorteilhaft wirkt
sich aus, das die Schmierstellen ausschließlich mit gefiltertem Öl versorgt
werden. Nebenstromölfilter filtern auch kleinste Verschmutzungen aus dem Öl,
jedoch werden die Schmierstellen mit einem Gemisch aus gefiltertem und
ungefiltertem Öl versorgt.
Im Ölfilter ist ein By-Pass Ventil verbaut, das bei Verstopfungen des
Filterpapiers oder bei zähflüssigem, kalten Motoröl eine Umgehung des
Filterpapiers ermöglicht.
Nach dem Ölfilter gelangt das Öl Modellabhängig in den Ölkühler (4) oder
auch Wärmetauscher.
Wärmetauscher werden sowohl vom Motoröl als auch vom Kühlmittel des
Motors durchflossen.
Das Medium mit der höheren Temperatur gibt dabei immer Wärme an das
kühlere Medium ab. Bei Kaltstart des Motors wird das kalte Motoröl vom
Kühlmittel erwärmt, bei betriebswarmen Motor, gibt das Öl Temperatur an das
Kühlsystem ab und wird dadurch gekühlt.
Neben den Wärmetauschern kommen auch reine Ölkühler zum Einsatz. Diese
Ölkühler werden vom Fahrtwind durchströmt und kühlen das Motoröl um etwa
10 – 15 Grad Celsius.
Diese fahrwindgekühlten Ölkühler können sowohl im Hautölstrom als auch in
einem Nebenstrom durchströmt werden. In letzterem Fall ist meist eine eigene
Kühlölpumpe verbaut, die das Öl von der Ölwanne durch den Kühler pumpt
und von dort aus wieder in die Ölwanne zurückfließen lässt.
Das Schmiersystem verzweigt sich anschließend in die zwei
Hauptschmierkreise (6) Motor und Getriebe. Um die Ölversorgung der
kritischen Schmierstellen (Kurbelwelle, Pleuel, Nockenwelle) mit einer
ausreichenden Ölmenge sicherzustellen , ist der Leistungsquerschnitt der
notwendigen Durchflussmenge angepasst.
Zusätzlich werden Ölregeldüsen oder Ölregelblenden (zwischen Ölfilter und
Getriebe und zwischen Kurbeltrieb und Zylinderkopf) verbaut, welche die
Durchflussmenge begrenzen und eine ausreichende Ölmenge am Kurbeltrieb
sicherstellen.
Im Getriebeschmierkreis werden die beiden Getriebewellen, Lager, Zahnräder
und Schaltgabeln durch einfaches Spritzöl versorgt. An den Lagerstellen der
Getriebezahnräder befinden sich in den hohl gebohrten Getriebewellen Löcher,
aus denen das Öl austreten kann.
Im Motorschmierkreislauf gelangt das Öl an einen Querkanal der alle
Lagerstellen der Kurbelwelle mit Öl versorgt. Häufig ist hier auch der
Öldruckschalter (7) montiert. Es handelt sich um einen federbelasteten
Membranschalter, der bei einem Öldruck von ca. 0,25 bis 0,5 bar öffnet und
dabei signalisiert, dass für den Leerlauf ein ausreichender Öldruck vorhanden
ist.
Anstelle bzw. ergänzend eines Öldruckschalter können auch Ölstandssensoren
montiert werden die eine ausreichende Ölmenge signalisieren.
Das Öl wird dann den Kurbelwellenhauptlagern ( zugeführt. In den
Gleitlagerschalen sind entsprechend der notwendigen Ölmengen
dimensionierte Bohrungen. Wird nur die Hauptlagerstelle versorgt, ist die
Bohrung kleiner als wenn von dieser Lagerstelle aus noch weitere
Schmierstellen (Pleuellagerstelle, Zylinderkopf) versorgt werden müssen.
Im gezeigten Beispiel werden von den Hauptlagern 1, 2, 3 und 5 die
Pleuellagerstellen versorgt, vom Hauptlager Nr. 4 wird der Zylinderkopf durch
eine Steigleitung versorgt.
Das Öl muss durch Öldruck in das innere der Kurbelwelle gepumpt werden.
Dabei muss die Fliehkraft einer 15 – 20 mm langen Ölsäule (Eintritt in die
Kurbelwelle bis Kurbelwellenmitte) überwunden werden.
Neben der Überwindung von Höhendifferenzen ist dies übrigens der einzige
Ort im gesamten Schmiersystem an dem Öldruck benötigt wird. Im übrigen
Schmiersystem wird nur eine ausreichende Ölmenge pro Zeit benötigt.
Der notwendige Schmierdruck (bis zu 100 bar) in den Gleitlagern kann durch
die Ölpumpe nicht erzeugt werden, sondern bildet sich im hydrodynamischen
Schmierkeil der Gleitlagerstellen.
Wird das Öl zentral über ein Wellenende der Kurbelwelle zugeführt, lässt sich
der Systemdruck um etwa 1 – 1,5 bar absenken (geringere Verlustleistung
durch die Ölpumpe).
In der Steigleitung (9) zum Zylinderkopf befindet sich ebenfalls eine
Ölregelblende welche die Durchflussmenge zum Kopf begrenzt und eine
ausreichende Ölversorgung des Kurbeltriebs sicherstellt.
Die Bauteile des Zylinderkopfs (10) werden durch eigene Ölkanäle zu den
Lagerstellen der Nockenwelle und ggf. Kipphebeln, Schlepphebeln usw.
geschmiert.
Merke:
• Die Qualität eines Motoröles wird in API, ACEA oder JASO Klassen
angegeben.
• Die Viskosität eines Motoröles wird in SAE Klassen angegeben.
• Jeder Verbrennungsmotor hat einen Ölverbrauch. Je nach Herstellerangabe
ist bei neuen Motoren ein Ölverbrauch von 0,1 bis 0,2 ltr / 1000 km normal,
sobald der Einfahrprozess abgeschlossen ist.
• Bei extremen Fahrbedingungen kann der Ölverbrauch bis zu 1 ltr/ 1000 km
betragen.
• Ölwechsel sind nach Herstellervorschrift durchzuführen.
• Altöl ist umweltgerecht zu entsorgen und wird im Betrieb als Altöl bekannter
oder unbekannter Herkunft getrennt gesammelt und mit Nachweis dem
Recycling zugeführt.
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