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Auswahl eines geeigneten Schmieröls

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing specificationBearing executionSealing, mounting and dismounting

Auswahlkriterien für ein Schmieröl

Die wesentlichen Kriterien, die bei der Auswahl eines Schmieröls für einen bestimmten Lagerungsfall eine Rolle spielen, sind die Viskosität und der Viskositätsindex, die Temperaturbeständigkeit (Einflussgröße bei der Auswahl der Ölsorte) und die Additivierung (EP- oder AW-Zusätze sowie Zusätze zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften).
Viskosität und Viskositätsindex
Die erforderliche Viskosität des Schmieröls wird in erster Linie durch das Viskositätsverhältnis k bei Betriebstemperatur bestimmt, das ermittelt werden kann anhand der Angaben: Schmierbedingungen – das Viskositätsverhältnis κ. Der Viskositätsindex (VI) beschreibt die Temperaturabhängigkeit eines Schmieröls. Er ist Teil des Auswahlprozesses, insbesondere bei Lagerungen, die einem weiten Betriebstemperaturbereich ausgesetzt sind. Es wird der Einsatz von Schmierölen empfohlen, denen ein Viskositätsindex 95 zugrunde liegt.

Ölsorten
Zwei Arten von Schmierölen stehen in vielen Varianten zur Verfügung: die Mineralöle und die Syntheseöle. Zu den Syntheseölen zählen:
  • Polyalphaolefine (PAO)
  • Ester
  • Polyglykole (PAG)
Die Wahl einer Ölsorte wird im Wesentlichen bestimmt durch den zu erwartenden Betriebstemperaturbereich der Lagerung.
  • Für die Schmierung von Wälzlagern kommen hauptsächlich Mineralöle in Betracht.
  • Syntheseöle werden aufgrund ihrer besseren Temperatur- und Oxidationsbeständigkeit zur Schmierung von Lagerungen eingesetzt, die Betriebstemperaturen über 90 °C oder unter –40 °C ausgesetzt sind.
Der Pourpoint nach ISO 3016 bezeichnet die niedrigste Temperatur für ein Schmieröl, bei der es bei Abkühlung gerade noch fließt. Er darf deshalb bei der Wahl der Ölsorte nicht als Funktionsgrenze herangezogen werden. Bei Temperaturen knapp über dem Pourpoint ist die Viskosität immer noch sehr hoch, was sich negativ auf die Förderfähigkeit, die Filtrierung und andere Eigenschaften auswirken kann.

Die Schmierfilmdicke an den völlig mit Öl umspülten Berührungsflächen wird vom Stockpunkt, vom Viskositätsindex (VI) und dem Druck-Viskositäts-Koeffizienten bestimmt. Die meisten Schmieröle auf Mineralölbasis haben einen ähnlichen Druck-Viskositäts-Koeffizient, sodass dafür ohne große Fehler Fachliteraturwerte angesetzt werden können. Bei Syntheseölen hängt die Änderung der Viskosität bei steigendem Druck jedoch von der chemischen Struktur des Ausgangswerkstoffs ab. Infolgedessen weichen die Druck-Viskositäts-Koeffizienten verschiedener Synthese-Ölarten stark voneinander ab.

Wegen der Unterschiede beim Viskositätsindex und beim Druck-Viskositäts-Koeffizienten kann sich die Schmierfilmbildung bei Syntheseölen von der bei Mineralölen mit gleicher Viskosität unterscheiden.

Im Hinblick auf die Schmierbedingungen bei Mineralölen und Syntheseölen heben sich die kombinierten Effekte des Viskositätsindex und des Druck-Viskositäts-Koeffizienten in der Regel gegenseitig auf.

Die wesentlichen Eigenschaften der verschiedenen Ölarten sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Genaue Angaben sind bei den Herstellern der Öle anzufragen.

Das Verhalten von Syntheseölen und legierten Mineralölen gegen die Werkstoffe von Dichtungen, Farbanstriche oder Wasser kann sich von dem der Mineralöle unterscheiden und sollte grundsätzlich praxisgerecht überprüft werden.

Zusätze
Schmieröle enthalten in der Regel verschiedene Zusätze. Die wichtigsten sind Antioxidations-, Korrosionsschutz- und Antischaummittel sowie EP/AW-Zusätze. Bei einem Viskositätsverhältnis von k < 1 werden Schmieröle mit EP- oder AW-Zusätzen empfohlen. Bei Temperaturen über 80 °C sollten allerdings Schmieröle mit EP- oder AW-Zusätzen nur nach sorgfältiger Prüfung eingesetzt werden.


Ölwechselfristen

In welchen Zeitabständen ein Ölwechsel vorgenommen werden muss, hängt hauptsächlich von den Betriebsbedingungen und der Ölsorte ab. Bei Ölbadschmierung genügt es meist, das Öl einmal im Jahr zu erneuern, sofern die Betriebstemperatur nicht 50 °C übersteigt. Bei höheren Temperaturen oder starker Verschmutzung muss der Ölwechsel entsprechend häufiger vorgenommen werden.
Bei der Ölumlaufschmierung wird die Gebrauchsdauer einer Ölfüllung anhand von Inspektionen der Ölqualität ermittelt, die vornehmlich die Überwachung der Oxidation sowie der Verunreinigung durch Wasser und feste Partikel umfassen. In Umlaufschmiersystemen lässt sich die Gebrauchsdauer des Öls durch das Abscheiden von festen und flüssigen Verunreinigungen verlängern.
Richtwerte für Ölwechselfristen in Abhängigkeit vom Schmierverfahren und den Betriebsbedingungen enthält Tabelle 2.

Überblick über gebräuchliche Ölschmierverfahren

Zu den gebräuchlichen Ölschmierverfahren gehören:
  • Ölbadschmierung
  • Ölumlaufschmierung durch Eigenförderung
  • Ölumlaufschmierung mit externer Pumpe
  • Öleinspritzschmierung
  • Öl-Luft-Schmierung
Für die Wahl des Ölschmierverfahrens sind sich in erster Linie ausschlaggebend:
  • die Betriebsdrehzahl
  • die Menge der abzuführenden Wärme
  • der erforderliche Abtransport von festen oder flüssigen Verunreinigungen aus der Lagerstelle
SKF verfügt über ein umfangreiches Sortiment an Erzeugnissen für die Ölschmierung, auf das hier nicht nähere eingegangen wird. Ausführliche Informationen über SKF Schmiersysteme und artverwandte Angebote enthält der Abschnitt  → Schmierungskonzepte.
Ölbadschmierung
Das einfachste Ölschmierverfahren ist die Ölbadschmierung. Das Schmieröl wird dabei von den umlaufenden Lagerteilen mitgenommen, verteilt sich im Lager und fließt anschließend in das Ölbad zurück. Der Ölstand soll in diesem Fall bei stillstehenden Lager bis zur Mitte des untersten Wälzkörpers reichen (Bild 1). Ölstände über der empfohlenen Höhe führen aufgrund von Schaumbildung und Strömungsverlusten zu einem Anstieg der Lagertemperatur (→ Lagerreibungsmoment, Anlaufreibungsmoment und Leistungsverlust).
Ölumlaufschmierung durch Eigenförderung
Diese Ölumlaufschmierung kann durch unterschiedliche Techniken bewirkt werden, z. B. durch:
  • eine Verstärkung des Ölumlaufs mithilfe von Sammelrinnen und Ölzuführ- und Ablaufkanälen (Bild 2).
  • einen Ölförderring der das Öl vom Gehäuseunterteil in eine Sammelrinne und von dort durchs Lager fördert (Bild 3).
  • den konstruktionsbedingten Pumpeffekt bei einigen Lagerarten. In Bild 4 pumpt das Axial-Pendelrollenlager das Öl, das durch durch die Lagerung, das über darunterliegende Verbindungskanäle dem Lager wieder zufließt
Eine Lagerung mit Ölschmierung durch Eigenförderung ist stets durch Tests zu überprüfen.
Ölumlaufschmierung mit externer Pumpe
Ölumlaufschmierung, bei der der Ölumlauf durch eine Pumpe aufrechterhalten wird, kommt hauptsächlich dann zum Einsatz, wenn Reibungs- oder Fremdwärme aus der Lagerstelle abgeführt werden muss. Diese Ölumlaufschmierung ist auch sehr gut geeignet zum Abtransport von festen und flüssigen Verunreinigungen aus der Lagerstelle hin zu Filtern oder Flüssigkeitsabscheidern. Bei der Gestaltung der Lagerung ist sicherstellen, dass ausreichend bemessene Ölablaufbohrungen vorgesehen werden. → Wärmefluss der benachbarten Teile und Prozesse

Im Normalfall besteht eine Ölumlaufschmierung (Bild 5) aus:
  • Ölpumpe
  • Ölfilter
  • Ölbehälter
  • Ölkühler bzw. Ölerwärmer
Öleinspritzungschmierung
Die Öleinspritzungschmierung (Bild 6) ist eine erweiterte Ölumlaufschmierung und kommt für Lagerungen infrage, die mit sehr hohen Drehzahlen umlaufen. Der Öldurchflussmenge und die Einspritzdüse müssen so bemessen sein, dass die Ölstrahlgeschwindigkeit mindestens 15 m/s beträgt.

Die Öleinspritzdüsen sind so anzuordnen, dass der Ölstrahl zwischen einem der Ringe und dem Käfig in das Lager eindringen kann. Da Ölstau zu Schaumbildung und damit zu höheren Temperaturen und Reibung führen kann, müssen bei der Gestaltung der Lagerung ausreichend bemessene Ölablaufbohrungen vorgesehen werden.
Öl-Luft-Schmierung
Bei der Öl-Luft-Schmierung (Bild 7) wird mit äußerst geringen, genau dosierbaren Ölmengen gearbeitet, die kontinuierlich mit Hilfe von Druckluft jeder Lagerstelle einzeln über eine Injektordüse zugeführt werden. Dadurch gelangt nur die jeweils erforderliche minimale Ölmenge in das Lager, und es können sehr hohe Drehzahlen bei einer relativ niedrigen Betriebstemperatur erreicht werden. Die Druckluft kühlt zudem das Lager und erzeugt einen gewissen Überdruck, der das Eindringen von Staub oder aggressiven Gasen verhindert. Ausführliche Informationen über die Öl-Luft-Schmierung enthält der Abschnitt Hochgenauigkeitslager.
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