Öl
Welches Öl nimmt man am besten? Diese Diskussion wird immer wieder und auch heftig geführt. Dieser Artikel soll zunächst einmal die technischen Hintergründe klären und bei den vielen Bezeichnungen helfen, die mittlerweile existieren. Durch die Forderung nach immer längeren Wechselintervallen bei immer kleiner werdenden Ölmengen und durch immer höhere Öltemperaturen aufgrund des verbesserten Lärmschutzes (Kapselung der Aggregate), werden ständig immer hochwertigere Öle benötigt. Bedenkt man, dass in der ersten Hälfte des 20 Jahrhunderts Ölwannen in PKWs alleine schon 8 Liter fassten, ein Verbrauch von 15 Litern (Öl!) auf 1.000 km, Wechselintervalle von 1.500 km und drei Ölsorten für die Jahreszeiten üblich waren, so hat es doch eine erhebliche Entwicklung gegeben.
Inhaltsverzeichnis
Aufgabe des Öls
Neben der Hauptaufgabe, der Schmierung fallen einem Öl noch weitere Aufgaben zu:
- Kühlung
- Korrosionsschutz
- Dämpfung (Geräusche)
- Aufnahme von Rückständen, Asche, Schmutz etc.
- Reinigung
- Abdichtung
- Umweltschutzanforderungen, CO2 Reduzierung
- Chemische und physikalische Stabilität
- Keine unerwünschten Reaktionen mit den verwendeten Materialien
Diese Aufgaben müssen bei einem Motor- und Getriebeöl über einen gewissen Temperaturbereich sicher bewerkstelligt werden. Um dem gerecht zu werden, gibt es Öle auf unterschiedlicher Basis und mit verschiedenen Additiven. Diese tauchten erstmals um 1920 auf und nach 1930 hatten fast alle Öle Additive zugesetzt. Zu den ersten zählten hier die Antioxidantien, die gegen die entstehenden Säuren eingesetzt werden. Während des Betriebs entstehen im Öl auf verschiedene Arten Säuren, die dann das Metall im Motor angreifen. Es reagiert mit Luftsauerstoff, in deutlich zunehmenden Maße je höher die Temperatur ist. Es reagiert auch mit Schwefelresten, wie sie in Mineralölen zu finden sind. Zusammen mit Sauerstoff bildet sich dann aggresive Schwefel-Sauerstoff Verbindungen (z.B. Schwefeldioxid). Kommt noch Wasser hinzu, welches bei der Verbrennung von Kraftstoff entsteht, bildet sich sogar Schwefelsäure.
Die ganzen Zusätze müssen genau abgestimmt werden, um die einzelnen Eigenschaften des Öls zu verbessern, ohne sich gegenseitig negativ zu beeinflussen und möglichst ohne dem Motor, Dichtungen usw. zu schaden.
Öle haben ein paar wichtige Eigenschaften und Kenndaten, die von den Fahrzeugherstellern für ihre Motoren und Getriebe gefordert werden. Diese finden sich aber nicht alle als Angabe auf den Verpackungen. Normalerweise finden sich dort nur die Viskosität und die erfüllten Spezifikationen. Während man in Deutschland mit guten Qualitäten versorgt ist, kann es in anderen Ländern jedoch wichtig sein, die Eigenschaften des Öls und des Treibstoffs genauer zu kennen, da ansonsten Probleme auftreten können.
Grundeigenschaften
Hier werden einige wichtige Öleigenschaften erklärt.
Ölbasis
Es werden im Wesentlichen drei Öle angeboten:
- mineralisch
- Aus Erdöl oder Kohle hergestellt, bestehen diese aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen.
- mineralisch mit synthetischen Zusätzen (teilsynthetisch)
- Eine Mischung aus beiden.
- synthetisch
- Künstlich, durch Synthese, hergestelltes Öl, bei dem die gewünschte Molekülzusammensetzung und somit die gewünschten Eigenschaften durch diverse chemische Verfahren (z.B. Polymerisation) eingestellt wird.
Manche Hersteller bieten auch Öle unter weiteren Bezeichnungen an (z.B. Liqui Moly mit Synthese Technologie), aber nur wo vollsynthetisch oder synthetisch angegeben ist, ist auch wirklich ein synthetisches Öl drin. Synthetische Öle gelten als die höchstwertigen Öle. Sie decken auch höhere Viskosebandbreiten als rein mineralische ab.
Additive
Einer der Hauptgründe für den Ölwechsel sind die Additive. Sie machen heutzutage 15%-30% des Öls aus. Während die Schmiereigenschaft nahezu erhalten bleibt, verbrauchen sich jedoch diese Zusatzstoffe. Dies geschieht unter Einfluss verschiedener Parameter, siehe Wechselintervall.
Additive werden zur Einstellung folgender Eigenschaften hinzugegeben:
- Viskosität
- Pourpoint
- Die niedrigste Temperatur, bei der das Öl gerade noch fliesst. Die Fliessfähigkeit geht durch die Ausscheidung von Paraffinen bei Kälte verloren.
- Oxidationsschutz (Korrosionsschutz)
- Entstehende Säuren werden neutralisiert, schützt das Öl vor Sauerstoffoxidation.
- Detergenzien
- Verhinderung von Ablagerungen auf heissen Flächen.
- Dispersanzien
- Verhinderung von Schlammbildung.
- EP Additive (Extreme Pressure, Hochdruck-Additive)
- Ermöglichen höhere Drücke auf das Öl, durch die Reibeflächen, z.B. bei Getriebeölen.
- Friktionsmodifizierer
- Reduzieren den Verschleiß bei Teilschmierung.
- Schaumdämpfer
- Durch Schaumbildung wird die Schmierfähigkeit stark herabgesetzt. Achtung: Wasser im Öl fördert Schaumbildung!
Viskosität
Die Viskosität gibt das innere Reibungsverhalten des Öls an und ist von der Ölbasis (Molekülgröße), der Temperatur, dem Druck und der Scherung abhängig. Streng genommen, ist die Viskosität des Öls, je nach dem wo es sich gerade im Motor befindet und welche Temperatur es hat, unterschiedlich.
Grundsätzlich haben Mineralöle ungleichmäßigere Molekülgrößen als synthetische Öle und sind daher dicker und haben eine höhere Viskosität, sprich einen höheren Widerstand. Öle mit niedrigerer Viskosität fliessen schneller, was Vorteile gerade in den verschleißstarken Momenten beim Starten des kalten Motors mit sich bringt. Der Nachteil niedriger Viskosität ist, dass das Öl nicht so viel Druck aufnehmen kann, wie ein Öl mit höherer Viskosität. Ist die Viskosität gar zu niedrig, kann der Schmierfilm reissen.
Ein gutes Öl herzustellen bedeutet also einen Spagat:
- Im kalten Zustand muss es dünnflüssig sein, damit es schnell an alle Schmierstellen kommt.
- Wenn es warm bzw. heiss geworden ist, darf es aber nicht zu dünnflüssig werden, da sonst der Schmierfilm abreissen kann.
- Es muss ausreichend Druck aufnehmen können, ohne zu dick zu sein.
- Je nach Motorbereich gibt es andere Anforderungen an die Viskosität um eine ideale Schmierung zu gewährleisten.
Diese Fähigkeiten werden durch die Ölbasis und die Additive bestimmt.
Die SAE Kennzeichnung gibt Auskunft über die Viskosität in Bezug auf die Temperaturbereiche. Sogennante Einbereichsöle haben hier einen Wert angegeben (z.B. SAE 40W) und decken kleinere Temperaturbereiche ab. Früher waren diese Öle üblich und es wurde der Jahreszeit entsprechend gewechselt. Im Winter ein dünneres Öl, z.B. SAE 5W, im Sommer ein dickeres Öl, z.B. SAE 30.
Durch die Zugabe von Polymeren, die sich bei Erwärmung ausdehnen, war es möglich Öle zu entwickeln, die größere Temperaturbereiche abdecken können, sogenannte Mehrbereichsöle. Dabei sorgen die Polymere durch Ihre Ausdehnung dafür, dass die zunehmende Verflüssigung bei Erwärmung des Öls gebremst oder gestoppt wird und die Viskosität stabil bleibt. Daher wundert es auch nicht, dass oftmals alte und stark abgenutzte Motoren ein mineralisches Öl oder Öle mit höheren Viskositäten fahren, da die Spalten, in denen das Öl schmiert, größer sind, als in modernen und wenig verschlissenen Motoren. Das erfordert dann ein dickeres Öl.
Mehrbereichsöle geben den unteren und oberen Wert an (z.B. SAE 5W-40). Der untere Wert gibt die Viskosität des Basisöls an, der obere den der durch die Additive erreicht wird. Letzterer ist entscheidend für die Angabe der Motorenhersteller. Je kleiner der erste Wert ist, je dünnflüssiger ist das Öl im kalten Zustand. Steht noch der Buchstabe W dabei, wurde diese Viskosität bei noch tieferen Temperaturen erreicht, als bei dem gleichen Wert ohne W. Da der obere SAE Wert, der die Viskosität im Betrieb und unter Last bestimmt, durch die Additive erreicht wird, sinkt dieser langsam mit der Gebrauchsdauer des Öls ab. Damit entfernt sich das Öl über die Zeit von der Anforderung des Motorenherstellers. Das ist natürlich einkalkuliert, spiegelt sich aber auch in den vorgegebenen Ölwechselintervallen wieder.
Eine die insbesondere die Viskosität betreffende Ölart sind die HTHS Öle.
Scherstabilität
Durch Scherwirkungen, z.B. durch die Kolbenringe an der Zylinderwand, werden mit der Zeit die Ölmoleküle aufgebrochen und zerstört. Additive im Öl nehmen diese dann auf. Diese Vorgänge bewirken einen Viskositätsverlust, das Öl wird dünnflüssiger. Eine hohe Scherstabilität ist somit von Vorteil und erhöht die Langlebigkeit. Durch Zusätze im Öl, kann die Scherstabilität erhöht werden. Ein Hinweis auf die Scherwirkungen ist beim Austin Mini zu bekommen. Hier werden Öle mit hohen Viskositäten (meistens bis 40, z.T. bis 50, vereinzelt sogar 60) oder Additive, die es besonders Druckstabil machen, genommen, da das Getriebe sich das Öl mit dem Motor teilt und es somit noch höheren Scherwirkungen ausgesetzt ist. Der Wechselintervall liegt üblicherweise bei 5.000 km.
Total Base Number TBN
Dieser Wert, auch Basenzahl genannt, gibt die Fähigkeit des Öls an, Säuren, die z.B. bei der Verbrennung des Kraftstoffs entstehen, zu neutralisieren. Es ist die alkalische Reserve des Öls, die über Additive erreicht wird. Die Bildung von Säuren wird im Wesentlichen durch den Schwefelgehalt des Treibstoffs beeinflusst. Diese Zusätze sind auch für den Korrosionsschutz und die Reinigungswirkung verantwortlich. Die Reduzierung der TBN während des Gebrauchs ist eines der wichtigsten Kriterien, durch die die Ölwechselintervalle bestimmt werden. Leider ist der TBN Wert nur sehr selten als Angabe auf der Verpackung zu finden.
Wechselintervall
Warum muss Öl gewechselt werden, es schmiert doch immer? Jain, das Öl selber ist auch nach langer Benutzung noch gut in seiner Schmierwirkung, auch wenn die Scherkräfte und andere chemische Stoffe und Prozesse im Motor das Öl selbst altern lassen. Der mechanische Verschleiss durch Zerstörung der Molekülketten und die Oxidation des Öls durch Kontakt mit Sauerstoff lässt den oberen Viskositätswert absinken. Das Öl wird immer flüssiger und kann daher immer weniger Druck aufnehmen. Die wichtigen Zusätze (Additive), die u.a. auch dem Alterungsprozess des Öls entgegenwirken, verbrauchen sich ebenfalls.
Bei PKW Motoren geht der Trend immer mehr zu kleineren Ölwannen und somit kleineren Ölmengen. D.h. weniger Öl, muss die gleiche Arbeit verrichten. Bildlich gesprochen, kommt der Tropfen Öl häufiger "an das Arbeiten" als wenn mehr davon vorhanden wäre. Somit verbrauchen sich neben dem Öl auch die Additive schneller. Manchmal wird dann auf LKW Öle verwiesen, die ja hohe Wechselintervalle garantieren. Jedoch kann das nur bedingt auf PKW Motoren übertragen werden, da bei einem LKW der Motor sehr viel weniger Kaltstarts verkraften muss, er lange und niedertourig läuft und große Mengen an Öl vorhanden sind (große Ölwannen).
Ist die Spritqualität nicht bekannt oder sind hohe Schwefelzusätze (ab 0,5%) vorhanden sollte immer der vom Hersteller angegebene Wechselintervall, unabhängig vom Öl beibehalten werden. Faktoren die neben den Öleigenschaften den Wechselintervall beeinflussen sind:
- Anzahl der Kaltstarts
- Das Öl benötigt ein gewisse Zeit um alle Schmierstellen zu erreichen. Das ist die Phase mit dem höchsten Verschleiß.
- Dauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur (Streckenlänge und Art)
- Kalte Öle haben nicht die notwendige Wirksamkeit, da viele Additive erst bei ca. 80° Celsius aktiviert werden.
- Ölmenge
- Menge der Additive und der intakten Ölmoleküle (Viskosität).
- Kraftstoffqualität-/Spezifikation
- Unterschiedliche Kraftstoffqualitäten und Spezifiationen belasten das Öl mit Ruß- und Aschepartikeln sowie Säuren, die bei dem Verbrennungsvorgang entstehen.
Motoröle
Klassifizierung
Nebend der Viskosität ist die Ölklassifizierung die wichtigste Angabe. Und auch die am wenigsten überschaubare. Es gibt verschiedene Klassifizierungssysteme (API, ACEA, MIL) und zusätzlich noch die einiger Hersteller (ILSAC, VW, MAN, Mercedes Benz, Renault, etc.), die noch spezifischer sind.
Die Motorenhersteller fordern für ihre Motoren Öl nach der einen oder anderen Spezifikation. Das Erreichen dieser Spezifikation kostet die Ölhersteller viel Geld. Daher bedeutet das Fehlen einer solchen Angabe beim Öl nicht zwangsläufig, dass es diese Spezifikation nicht erreichen würde. Das Öl ist daraufhin vielleicht einfach nicht getestet worden.
API
API steht für American Petroleum Institute, welches Spezifikationen für Öle entwickelt. Diese teilen sich in die zwei Bereiche
Als Merkhilfe kann man sich das S als Abkürzung für Spark (Zündfunken) und das C für Compression (Kompressionszündung) vorstellen.
Die jeweilige Spezifikation wird mit einem fortlaufenden Buchstaben hiner dem S oder C angegeben. Aktuell für Benzinmotoren ist die Spezifikation N, also API-SN. In der Regel bedeuten höhere Buchstaben auch ein höherwertiges Öl, da die Anforderungen steigen. Wenn für ein älteres Fahrzeug z.B. API-SJ gefordert wird, kann es sein, dass Öle nach dieser Spezifikation gar nicht mehr angeboten werden, wohl aber mit API-SN, welches die Anforderungen von J beinhaltet. Bei der Dieselspezifikation gibt es dort jedoch eine Ausnahme, es wurde ein Buchstabenbereich abgetrennt,
ACEA
Das europäische Pendant zur API ist die ACEA (Association des Constructeurs Européens d’Automobiles), welches ein eigenes System hat (ersetzte 1996 die CCMC Normen). Auch hier teilt sich dieses in Benzin- und Dieselmotoren:
- Benzinmotoren: ACEA A
- Dieselmotoren: ACEA B
- Dieselmotoren mit Partikelfilter: ACEA C
- Arbeitsmaschinen und LKW (Diesel): ACEA E
Nach ACEA zertifizierte Öle müssen Öltemperaturen bis 150° Celsius aushalten können. Jedoch lässt die Leistungsfähigkeit mit steigenden Temperaturen stark nach. Dies betrifft die Wirksamkeit der Additive (z.B. Rostschutz) und die des sehr wichtigen Schmierfilms. Synthetische Öle haben hier Vorteile, da sie länger ihre Wirksamkeit behalten.
Land Rover Motoren
Siehe Öl-Motorenliste.
