Anforderungen und Eigenschaften von Schmiermitteln für Hubkolbenmotoren

By | September 23, 2022

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Obwohl es mehrere wichtige Eigenschaften gibt, die ein zufriedenstellendes Kolbenmotoröl besitzen muss, ist seine Viskosität beim Motorbetrieb am wichtigsten. Der Fließwiderstand eines Öls wird als Viskosität bezeichnet. Öl, das langsam fließt, ist zähflüssig oder hat eine hohe Viskosität; wenn es frei fließt, hat es eine niedrige Viskosität. Leider wird die Viskosität von Öl durch die Temperatur beeinflusst. Es war nicht ungewöhnlich, dass frühere Ölsorten bei kaltem Wetter praktisch fest wurden, den Luftwiderstand erhöhten und eine Zirkulation fast unmöglich machten. Andere Öle können bei hohen Temperaturen so dünnflüssig werden, dass der Ölfilm reißt, was zu einer geringen Belastbarkeit führt, was zu einem schnellen Verschleiß der beweglichen Teile führt.

Das für die Schmierung von Flugzeugmotoren ausgewählte Öl muss leicht genug sein, um bei kalten Temperaturen frei zu zirkulieren, aber schwer genug, um bei Motorbetriebstemperaturen den richtigen Ölfilm bereitzustellen. Da Schmierstoffe unterschiedliche Eigenschaften haben und kein Öl für alle Motoren und alle Betriebsbedingungen zufriedenstellend ist, ist es äußerst wichtig, dass nur die zugelassene Sorte oder die Einstufung der Society of Automotive Engineers (SAE) verwendet wird.

Bei der Bestimmung der richtigen Ölsorte für einen bestimmten Motor müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden, von denen die wichtigsten die Betriebslast, Drehzahlen und Betriebstemperaturen sind. Die Qualität des zu verwendenden Schmieröls richtet sich nach den Betriebsbedingungen, die in den verschiedenen Motortypen anzutreffen sind. Das in Flugzeugkolbenmotoren verwendete Öl hat eine relativ hohe Viskosität, die erforderlich ist durch:

  1. Große Motorbetriebsspiele aufgrund der relativ großen Größe der beweglichen Teile, der unterschiedlichen verwendeten Materialien und der unterschiedlichen Ausdehnungsraten der verschiedenen Materialien;
  2. Hohe Betriebstemperaturen; und
  3. Hohe Lagerdrücke.

Viskosität

Im Allgemeinen werden Öle für die kommerzielle Luftfahrt durch eine Zahl (wie 80, 100, 140 usw.) klassifiziert, die eine Annäherung an die Viskosität darstellt, die mit einem Testinstrument namens Saybolt Universal Viscosimeter gemessen wird. Bei diesem Instrument enthält ein Röhrchen eine bestimmte Menge des zu testenden Öls. Das Öl wird durch ein das Rohr umgebendes Flüssigkeitsbad auf eine exakte Temperatur gebracht. Als Maß für die Viskosität des Öls wird die Zeit in Sekunden aufgezeichnet, die genau 60 Kubikzentimeter Öl benötigen, um durch eine genau kalibrierte Öffnung zu fließen. Wenn tatsächliche Saybolt-Werte verwendet würden, um die Viskosität von Öl zu bezeichnen, gäbe es wahrscheinlich mehrere hundert Ölsorten.

Um die Auswahl von Ölen zu vereinfachen, werden sie häufig in ein SAE-System eingeteilt, das alle Öle in sieben Gruppen (SAE 10 bis 70) nach Viskosität bei 130 °F oder 210 °F einteilt. SAE-Einstufungen sind rein willkürlich und stehen in keinem direkten Zusammenhang mit den Saybolt- oder anderen Einstufungen.

Der Buchstabe W ist gelegentlich in der SAE-Nummer enthalten und gibt eine Bezeichnung an, z. B. SAE 20W. Dieses W zeigt an, dass das Öl zusätzlich zur Erfüllung der Viskositätsanforderungen bei den Testtemperaturspezifikationen ein zufriedenstellendes Öl für den Wintereinsatz in kalten Klimazonen ist. Dies sollte nicht mit dem W vor der Sorten- oder Gewichtsnummer verwechselt werden, das anzeigt, dass es sich bei dem Öl um ein aschefreies Dispergiermittel handelt.

Obwohl die SAE-Skala einige Verwirrung bei der Bezeichnung von Schmierölen beseitigt hat, darf nicht davon ausgegangen werden, dass diese Spezifikation alle wichtigen Viskositätsanforderungen abdeckt. Eine SAE-Nummer gibt nur den Viskositätsgrad oder die relative Viskosität an; es weist nicht auf Qualität oder andere wesentliche Merkmale hin. Es ist allgemein bekannt, dass es gute Öle und minderwertige Öle gibt, die bei einer gegebenen Temperatur die gleiche Viskosität haben und daher der Einstufung in die gleiche Klasse unterliegen.

Die SAE-Buchstaben auf einem Ölbehälter sind keine Billigung oder Empfehlung des Öls durch die SAE. Obwohl jede Ölsorte mit einer SAE-Nummer bewertet wird, kann sie je nach ihrer spezifischen Verwendung mit einer kommerziellen Luftfahrt-Klassennummer oder einer Army- und Navy-Spezifikationsnummer bewertet werden. Die Korrelation zwischen diesen Klassennummerierungssystemen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Anforderungen und Eigenschaften von Flugzeugtriebwerksschmierstoffen
Abbildung 1. Sortenbezeichnungen für Luftfahrtöle

Viskositätsindex

Der Viskositätsindex ist eine Zahl, die die Auswirkung von Temperaturänderungen auf die Viskosität des Öls angibt. Wenn Öl einen niedrigen Viskositätsindex hat, bedeutet dies eine relativ große Änderung der Viskosität bei erhöhter Temperatur. Das Öl wird bei hohen Temperaturen dünnflüssig und bei niedrigen Temperaturen dickflüssig. Öle mit einem hohen Viskositätsindex weisen über einen weiten Temperaturbereich geringe Viskositätsänderungen auf.

Das beste Öl für die meisten Zwecke ist eines, das bei Temperaturänderungen eine konstante Viskosität beibehält. Öl mit einem hohen Viskositätsindex widersteht einer übermäßigen Verdickung, wenn der Motor kalten Temperaturen ausgesetzt wird. Dies ermöglicht schnelle Anlassgeschwindigkeiten während des Startens und eine sofortige Ölzirkulation während des ersten Starts. Dieses Öl widersteht einer übermäßigen Verdünnung, wenn der Motor Betriebstemperatur hat, und bietet vollständige Schmierung und Schutz der Lagerbelastung.

Flammpunkt und Feuerpunkt

Flammpunkt und Brennpunkt werden durch Labortests bestimmt, die die Temperatur zeigen, bei der eine Flüssigkeit beginnt, entzündliche Dämpfe abzugeben, zu flammen, und die Temperatur, bei der genügend Dämpfe vorhanden sind, um ein Feuer zu unterstützen. Diese Punkte werden für Motoröle festgelegt, um festzustellen, ob sie den in einem Motor auftretenden hohen Temperaturen standhalten können.

Trübungspunkt und Stockpunkt

Trübungspunkt und Pourpoint helfen ebenfalls, die Eignung anzuzeigen. Der Trübungspunkt von Öl ist die Temperatur, bei der sein Wachsgehalt, der normalerweise in Lösung gehalten wird, beginnt, sich zu verfestigen und sich in winzige Kristalle zu trennen, wodurch das Öl trüb oder trüb erscheint. Der Stockpunkt von Öl ist die niedrigste Temperatur, bei der es fließt oder gegossen werden kann.

Spezifisches Gewicht

Das spezifische Gewicht ist ein Vergleich des Gewichts der Substanz mit dem Gewicht eines gleichen Volumens an destilliertem Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Beispielsweise wiegt Wasser ungefähr 8 Pfund pro Gallone; Öl mit einem spezifischen Gewicht von 0,9 würde 7,2 Pfund pro Gallone wiegen.

In den Anfangsjahren war die Leistung von Flugzeugkolbenmotoren so hoch, dass sie mit reinen Mineralölen, gemischt aus speziell ausgewählten Erdölgrundstoffen, zufriedenstellend geschmiert werden konnten. Die Ölsorten 65, 80, 100 und 120 sind reine Mineralöle, die aus ausgewählten Grundölen mit hohem Viskositätsindex gemischt werden. Diese Öle enthalten keine Zusatzstoffe außer sehr geringen Mengen an Pourpoint-Erniedrigern, die zur Verbesserung der Fließfähigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen beitragen, und einem Antioxidans. Diese Art von Öl wird während der Einfahrzeit eines neuen oder kürzlich überholten Flugkolbenmotors verwendet.

Die Nachfrage nach Ölen mit höheren Graden an Wärme- und Oxidationsstabilität erforderte deren Anreicherung durch Zugabe kleiner Mengen von Nicht-Erdölmaterialien. Die ersten Additive in rein mineralischen Kolbenmotorenölen basierten auf den Metallsalzen von Barium und Calcium. Bei den meisten Motoren war die Leistung dieser Öle in Bezug auf Oxidation und thermische Stabilität ausgezeichnet, aber die Verbrennungskammern der meisten Motoren konnten das Vorhandensein von Ascheablagerungen, die von diesen metallhaltigen Additiven stammten, nicht tolerieren. Um die Nachteile schädlicher Verbrennungskammerablagerungen zu überwinden, wurde ein nichtmetallisches (dh nicht aschebildendes, polymeres) Additiv entwickelt, das in Mischungen ausgewählter Mineralölbasismaterialien eingearbeitet wurde. W-Öle sind vom aschefreien Typ und werden immer noch verwendet. Die aschefreien Dispergiermittel-Typen enthalten Additive, von denen eines eine viskositätsstabilisierende Wirkung hat, die die Tendenz des Öls beseitigt, bei hohen Öltemperaturen zu verdünnen und bei niedrigen Öltemperaturen zu verdicken.

Die Additive in diesen Ölen erweitern den Betriebstemperaturbereich und verbessern den Motorkaltstart und die Schmierung des Motors während der kritischen Aufwärmphase, wodurch ein Flug durch größere Bereiche von Klimaänderungen ohne die Notwendigkeit eines Ölwechsels ermöglicht wird.

Teilsynthetisches Mehrbereichsöl SAE W15 W50 für Kolbenmotoren ist seit einiger Zeit im Einsatz. Die Öle W80, W100 und W120 sind aschefreie Dispergieröle, die speziell für Kolbenmotoren in der Luftfahrt entwickelt wurden. Sie kombinieren nichtmetallische Additive mit ausgewählten Grundölen mit hohem Viskositätsindex, um eine außergewöhnliche Stabilität, Dispergierfähigkeit und Antischaumleistung zu erzielen. Dispergierfähigkeit ist die Fähigkeit des Öls, Partikel in Schwebe zu halten, bis sie entweder vom Filter eingefangen oder beim nächsten Ölwechsel abgelassen werden können. Das Dispergieradditiv ist kein Detergens und reinigt nicht bereits gebildete Ablagerungen aus dem Motorinnenraum.

Manches Mehrbereichsöl ist eine Mischung aus synthetischem und halbsynthetischem Öl auf Mineralölbasis sowie einem hochwirksamen Additivpaket, das hinzugefügt wird, weil befürchtet wird, dass vollsynthetisches Öl möglicherweise nicht die Löslichkeit hat, um die Bleiablagerungen zu bewältigen, die aus der Verwendung von verbleitem Kraftstoff resultieren . Als Mehrbereichsöl bietet es die Flexibilität, über einen größeren Temperaturbereich effektiv zu schmieren als Einbereichsöle. Im Vergleich zu Einbereichsöl bietet Mehrbereichsöl einen besseren Kaltstartschutz und einen stärkeren Schmierfilm (höhere Viskosität) bei typischen Betriebstemperaturen. Die Kombination aus nichtmetallischen Verschleißschutzadditiven und ausgewählten mineralischen und synthetischen Grundölen mit hohem Viskositätsindex verleiht außergewöhnliche Stabilität, Dispergierfähigkeit und Antischaumleistung. Das Anlaufen kann bis zu 80 Prozent des normalen Motorverschleißes aufgrund mangelnder Schmierung während des Anlaufzyklus beitragen. Je leichter das Öl beim Start zu den Motorkomponenten fließt, desto weniger Verschleiß tritt auf.

Die aschefreien Dispergiermittel-Typen werden für Flugzeugmotoren empfohlen, die großen Schwankungen der Umgebungstemperatur ausgesetzt sind, insbesondere für Serienmotoren mit Turbolader, die Öl benötigen, um die verschiedenen Turboregler zu aktivieren. Bei Temperaturen unter 20 °F ist unabhängig von der verwendeten Ölsorte normalerweise eine Vorwärmung des Motors und des Ölvorratsbehälters erforderlich.

Premium, halbsynthetisches aschefreies Mehrbereichs-Dispergieröl ist eine spezielle Mischung aus einem hochwertigen Mineralöl und synthetischen Kohlenwasserstoffen mit einem fortschrittlichen Additivpaket, das speziell für Mehrbereichsanwendungen formuliert wurde. Das aschefreie Verschleißschutzadditiv bietet außergewöhnlichen Verschleißschutz für Verschleißflächen.

Viele Flugzeughersteller fügen zugelassenes konservierendes Schmieröl hinzu, um neue Triebwerke vor Rost und Korrosion zu schützen, wenn das Flugzeug das Werk verlässt. Dieses Konservierungsöl sollte am Ende der ersten 25 Betriebsstunden entfernt werden. Beim Nachfüllen von Öl während des Zeitraums, in dem sich Konservierungsöl im Motor befindet, verwenden Sie je nach Bedarf nur reines Mineralöl in Luftfahrtqualität oder aschefreies Dispergieröl mit der gewünschten Viskosität.

Wenn aschefreies Dispergieröl in einem neuen Motor oder einem frisch überholten Motor verwendet wird, kann möglicherweise ein hoher Ölverbrauch auftreten. Die Additive in einigen dieser aschefreien Dispergieröle können das Einlaufen der Kolbenringe und Zylinderwände verzögern. Dieser Zustand kann vermieden werden, indem Mineralöl verwendet wird, bis ein normaler Ölverbrauch erreicht ist, und dann auf das aschefreie Dispergieröl umgestellt wird. Mineralöl sollte auch nach dem Austausch eines oder mehrerer Zylinder verwendet werden oder bis sich der Ölverbrauch stabilisiert hat.

Beachten Sie in jedem Fall die Angaben des Herstellers, wenn es um die Ölsorte oder die Betriebsdauer geht.

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