Wie wählen Sie ein Schmiermittel für Hochtemperaturanwendungen: Schlüsselfaktoren und praktische Tests
Hohe Temperaturen stellen extreme Anforderungen an Schmiermittel. Wie wählen Sie ein Produkt, das seine Leistung auch bei 200 °C und mehr nicht verliert? Ein praktischer Leitfaden für Hersteller und Instandhalter.
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Hochtemperaturanwendungen wie Öfen, Turbinen, Pressen oder Gießereimaschinen erfordern Schmiermittel, die extremen Bedingungen standhalten können. Herkömmliche Öle oder Fette zersetzen sich bei Temperaturen über 150 °C schnell, verlieren ihre Viskosität oder bilden unerwünschte Ablagerungen. Die Auswahl des richtigen Schmiermittels ist daher nicht nur eine Frage der Leistung, sondern auch der Sicherheit und Lebensdauer der Anlagen. In diesem Artikel betrachten wir die Schlüsselfaktoren, die über die Eignung eines Schmiermittels für hohe Temperaturen entscheiden, sowie praktische Prüfmethoden, die helfen, kostspielige Ausfälle zu vermeiden.
Warum ist die Auswahl eines Schmiermittels für hohe Temperaturen entscheidend?
Hochtemperaturanwendungen wie Öfen, Turbinen, Pressen oder Motoren stellen extreme Anforderungen an Schmierstoffe. Bei Temperaturen über 150 °C kommt es zu beschleunigtem Verdampfen leichter Fraktionen, Oxidation und Abbau von Additiven, was zu einem Verlust der Schmierfähigkeit, zur Bildung von Ablagerungen und vorzeitigem Verschleiß von Maschinenkomponenten führt. Ein falsch gewähltes Schmiermittel kann nicht nur erhöhte Reibung und Verschleiß verursachen, sondern auch zu Ausfällen mit hohen Reparaturkosten und Produktionsstillständen führen. Daher ist es entscheidend, die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu verstehen und ein Produkt mit entsprechender thermischer Stabilität, Viskosität und Additivierung auszuwählen.
Grundvoraussetzung ist die Kenntnis der Betriebsbedingungen: maximale und durchschnittliche Temperatur, Druck, Geschwindigkeit beweglicher Teile, Anwesenheit aggressiver Substanzen (Sauerstoff, Wasserdampf, Chemikalien) und die geforderte Lebensdauer des Schmierstoffs. Beispielsweise bieten synthetische Öle auf Basis von Polyalkylenglykolen (PAG) oder Polyalphaolefinen (PAO) eine höhere thermische Beständigkeit als Mineralöle, jedoch kann ihr Preis ein limitierender Faktor sein. Es gilt stets, einen Kompromiss zwischen Leistung, Preis und Kompatibilität mit den Maschinenmaterialien zu finden.
Wichtige Parameter von Hochtemperatur-Schmierstoffen
Bei der Auswahl eines Schmierstoffs für hohe Temperaturen sind mehrere grundlegende Parameter zu beachten. Der erste davon ist die **thermische Stabilität**, die bestimmt, bei welcher Temperatur der Schmierstoff zu degradieren beginnt. Mit standardisierten Prüfmethoden werden der Flammpunkt (Temperatur, bei der sich die Dämpfe des Schmierstoffs entzünden) und der Brennpunkt (Temperatur, bei der der Schmierstoff kontinuierlich brennt) gemessen. Für extreme Bedingungen werden Schmierstoffe mit einem Flammpunkt über 250 °C eingesetzt, häufig auf Basis von synthetischen Estern oder Silikonen.
Ein weiterer kritischer Parameter ist die **Viskosität** und ihre Temperaturabhängigkeit. Das Schmiermittel muss auch bei hohen Temperaturen eine ausreichende Viskosität beibehalten, um einen stabilen Schmierfilm zu bilden. Der Viskositätsindex (VI) gibt an, wie stark sich die Viskosität mit der Temperatur ändert – je höher der VI, desto stabiler das Schmiermittel. Für Hochtemperaturanwendungen werden häufig Schmiermittel mit einem VI über 120 gewählt. Wichtig ist auch die **Oxidationsbeständigkeit**, die nach Standardmethoden durch Messung des Viskositätsanstiegs und der Bildung saurer Produkte nach Einwirkung hoher Temperaturen und Sauerstoff getestet wird.
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Additive und ihre Rolle unter Extrembedingungen
Das Grundöl allein reicht nicht aus – für Hochtemperaturanwendungen sind spezielle Additive unerlässlich, die die Leistungsfähigkeit des Schmierstoffs verbessern. **Antioxidantien** verlangsamen den Abbau des Öls durch Sauerstoff und verlängern dessen Lebensdauer. **Extremdruck- (EP-) Additive** verhindern das Fressen von Metalloberflächen bei hoher Belastung, während **Verschleißschutzadditive** den Verschleiß von Reibflächen reduzieren. Für Anwendungen mit hohen Temperaturen und Feuchtigkeit sind **Korrosionsschutzadditive** wichtig, die Metallteile vor Korrosion schützen.
Unter extremen Bedingungen werden häufig **Festschmierstoffe** wie Graphit oder Molybdändisulfid (MoS₂) eingesetzt, die auch bei Temperaturen schmieren, bei denen flüssige Schmierstoffe ihre Wirksamkeit verlieren. Diese Substanzen werden dem Schmierstoff in Form von feinen Pulvern oder Suspensionen zugesetzt und bilden auf den Metalloberflächen einen schützenden Film. Wichtig ist auch, die Verträglichkeit der Additive mit den Maschinenwerkstoffen zu überprüfen – einige Additive können mit Kupfer, Aluminium oder Elastomeren reagieren und Korrosion oder die Zersetzung von Dichtungen verursachen.
Prüfung und Validierung in der Praxis: Wie die Eignung von Schmierstoffen überprüft wird
Laboruntersuchungen sind der erste Schritt zur Überprüfung der Eignung eines Schmierstoffs, aber die endgültige Entscheidung sollte auf realen Betriebserprobungen basieren. Mit Standardmethoden werden die Oxidationsbeständigkeit, die Viskosität bei verschiedenen Temperaturen und die Verdampfbarkeit getestet. Für Hochtemperaturanwendungen ist der **thermogravimetrische Analyse-Test (TGA)** entscheidend, der den Masseverlust des Schmierstoffs bei steigender Temperatur misst und dessen thermische Stabilität bestimmt. Ein weiterer wichtiger Test ist die **DIN 51821** für Lagerfette, die die Bedingungen in Lagern bei hohen Temperaturen und Drehzahlen simuliert.
In der Praxis wird empfohlen, einen **Probelauf** mit dem neuen Schmiermittel über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis Monaten durchzuführen. Während dieser Phase werden Parameter wie Schmiermittelverbrauch, Ablagerungsbildung, Verschleiß der Bauteile und Viskositätsänderungen überwacht. Wichtig ist auch, regelmäßig Schmiermittelproben zu entnehmen und diese auf den Gehalt an Metallpartikeln, Säurezahl und Viskosität zu analysieren. Wenn der Lieferant technische Unterstützung anbietet, nutzen Sie sein Know-how – erfahrene Anbieter wie GCG Group bieten umfassende Analysen und Empfehlungen basierend auf den spezifischen Betriebsbedingungen des Kunden.
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Einfluss der Materialverträglichkeit auf die Lebensdauer von Schmiermitteln und Maschinenbauteilen
Bei der Auswahl eines Schmierstoffs für Hochtemperaturanwendungen ist es entscheidend, die Kompatibilität mit den Materialien zu berücksichtigen, mit denen er in Kontakt kommt. Metalllegierungen, Kunststoffe, Elastomere oder Dichtungen können mit einigen Bestandteilen des Schmierstoffs reagieren, was zu Materialdegradation, Verlust mechanischer Eigenschaften oder sogar zum Ausfall des gesamten Systems führen kann. Beispielsweise können Mineralöle mit hohem Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen das Quellen einiger synthetischer Kautschuke verursachen, während Silikonschmierstoffe oft nicht mit Polycarbonatteilen kompatibel sind.
Zur Überprüfung der Kompatibilität wird empfohlen, Langzeittests durchzuführen, bei denen Materialproben bei Betriebstemperaturen in den Schmierstoff eingetaucht werden. Mit standardisierten Prüfmethoden werden Veränderungen des Gewichts, der Abmessungen, der Härte und der mechanischen Festigkeit überwacht. Bei kritischen Anwendungen, wie Lagern in Öfen oder Turbinen, ist es ratsam, das genaue chemische Zusammensetzung mit dem Schmierstofflieferanten zu besprechen und Zertifikate über die Kompatibilität mit gängigen Konstruktionsmaterialien anzufordern. Wichtig ist auch, den Einfluss von Oxidationsprodukten zu berücksichtigen, die bei hohen Temperaturen entstehen und Korrosion oder Materialdegradation beschleunigen können.
Optimierung der Viskosität für den Hochtemperaturbetrieb: Wie findet man das Gleichgewicht
Die Viskosität eines Schmierstoffs ist ein entscheidender Parameter, der seine Fähigkeit bestimmt, einen stabilen Schmierfilm zwischen den Reibflächen zu bilden. Bei hohen Temperaturen kommt es zu einem deutlichen Viskositätsabfall, was zu unzureichender Schmierung und erhöhtem Verschleiß führen kann. Umgekehrt erhöht eine zu hohe Viskosität bei niedrigen Temperaturen die Reibungsverluste und den Energiebedarf des Systems. Für Hochtemperaturanwendungen werden daher Schmierstoffe mit einem hohen Viskositätsindex gewählt, die ihre stabilen Eigenschaften über einen breiten Temperaturbereich beibehalten.
Bei der Auswahl müssen nicht nur die Betriebstemperatur, sondern auch die Geschwindigkeit der Bewegung der Reibflächen, die Belastung und die gewünschte Lebensdauer des Schmierstoffs berücksichtigt werden. Für schnelllaufende Lager wird häufig eine niedrigere Viskosität gewählt, um Reibungsverluste zu minimieren, während für langsam laufende Anwendungen mit hoher Belastung eine höhere Viskosität besser geeignet ist. Schmierstofflieferanten stellen in der Regel Viskositätskurven und Empfehlungen für spezifische Anwendungen zur Verfügung. In der Praxis hat es sich bewährt, Tests unter realen Bedingungen durchzuführen, bei denen die Dicke des Schmierfilms und der Verschleiß der Oberflächen mittels analytischer Methoden wie Ferrographie oder Spektrometrie überwacht werden.
Wie Sie technische Datenblätter und Zertifizierungen von Lieferanten richtig interpretieren
Technische Datenblätter und Zertifizierungen sind die grundlegende Informationsquelle bei der Auswahl von Schmierstoffen, doch ihre korrekte Interpretation erfordert Fachwissen. Wichtige Parameter wie Temperaturbereich, Viskosität, Flammpunkt oder Verdampfungsverlust sollten gemäß geltender Normen und standardisierter Prüfverfahren angegeben sein. Besondere Aufmerksamkeit verdienen auch die Angaben zu Additiven – deren Typ, Konzentration und synergistische Wirkung können die Leistungsfähigkeit des Schmierstoffs unter extremen Bedingungen erheblich beeinflussen.
Bei der Bewertung eines Lieferanten ist es wichtig zu überprüfen, ob die technischen Datenblätter Angaben zu realen Tests unter Betriebsbedingungen enthalten und nicht nur Laborwerte. Zertifizierungen nach REACH und CLP/GHS sind selbstverständlich, aber für spezialisierte Anwendungen ist es ratsam, auch weitere Nachweise anzufordern, z. B. zur Materialverträglichkeit, Oxidationsbeständigkeit oder Langzeitstabilität. Seriöse Lieferanten bieten zudem Unterstützung bei der Schmierstoffauswahl, einschließlich Beratung durch technische Spezialisten und die Möglichkeit, Proben für eigene Tests zu beziehen. Es sollte stets überprüft werden, ob die deklarierten Eigenschaften der konkreten Anwendung entsprechen und ob sie durch relevante Prüfprotokolle belegt sind.
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