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.
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.
7 • 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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