Fette

Einleitung

Es gibt zahlreiche Anwendungsfälle, wo sich flüssige Schmierstoffe nicht eignen, weil sie von der Schmierstelle „weglaufen“. Gemeint sind vor allem Wälz- und Gleitlager, offene Getriebe, Drahtseile oder Kettenantriebe. Bei diesen Applikationen kommen Schmierfette zum Zug. Schmierfette sind konsistente, meistens mineralölhaltige Schmierstoffe. Sie werden hergestellt in einem weiten Konsistenz- bzw.
Penetrationsbereich von flüssig über pastenförmig bis talgartig-fest.

Definition

Für die Definition von Schmierfetten existieren verschiedene Versionen. Die gebräuchlichsten sind in hier zusammengetragen.

Physikalisch betrachtet gehören die Schmierfette zu den Dispersionen, genauer zu den Suspensionen von Festkörpern in Flüssigkeiten. Es existieren die folgenden Definitionen:
  • Schmierfette sind konsistente Schmierstoffe, die aus Mineralöl und/oder Syntheseöl sowie einem Dickungsmittel bestehen. Sie können Additive und/oder Festschmierstoffe enthalten (DIN 51825).
  • Ein Schmierfett ist ein fester oder halbflüssiger Stoff, der aus der Dispersion eines Dickungsmittels in einem flüssigen Schmierstoff resultiert. Andere Bestandteile, die besondere Eigenschaften vermitteln, können enthalten sein (ASTM D 288).
  • Schmierfette sind fixierte, d.h. nicht frei fliessende Schmierstoffe und als solche, in einem gewissen Grad beständig gegen formverändernde Kräfte. Schmierfette sind am Weglaufen gehinderte Schmieröle.
  • Schmierfette sind physikalisch gesehen kolloidale Suspensionen von geeigneten Verdickern (feste Phase) in Mineralölen und/oder Syntheseölen (flüssige Phase).

Aufgaben

Die Aufgaben der Schmierfette können wie folgt zusammengefasst werden :
  • Abgabe einer hinreichenden Menge flüssigen Schmierstoffes aus dem Fettverband (Ölabscheidung), um Reibung und Verschleiß über weite Temperaturbereiche und Zeiträume (Lebensdauerschmierung) herabzusetzen.
  • Abdichtung gegen Wasser und abrasiven Stoffen, dazu müssen die Fette eine genügende mechanische Stabilität aufweisen.
  • Korrosionsschutz
  • Schmutzaufnahme ohne Funktionsbeeinträchtigung

Herstellung und Zusammensetzung

Zum Aufbau bzw. der Herstellung von Schmierfetten werden drei Komponenten benötigt:

 Grundöl (Mineral- bzw. Syntheseöle) Massenanteil 70 - 95 %
 Verdicker Massenanteil 3- 30%
 Additive Massenanteil 0 - 5 %

In den eingesetzten Grundölen werden geeignete feste Stoffe (Verdicker) so dispergiert, dass konsistente Schmierstoffe entstehen.

Die weitaus meisten Schmierfette werden mit Seifen (Metallsalzen von Fettsäuren) als Verdicker zubereitet. Zur Herstellung der Seifenschmierfette wird bei verhältnismäßig hoher Temperatur die Fettsäure im Grundöl gelöst und anschließend das entsprechende Metallhydroxid zugegeben. Nach dem Verkochen des bei der Reaktion entstehenden Wassers lässt man definiert abkühlen, wobei sich der Fettverband bildet. Als Metallverbindungen eignen sich für die Fettherstellung Hydroxide von Natrium, Calcium und Lithium und - in
vermindertem Masse - Aluminium, früher auch noch Barium. Die langkettigen Fettsäuren stammen aus pflanzlichen Ölen (z.B. Rizinusöl) oder tierischen Fetten (z.B. Talg, Tran) und können hydriert sein. Der bekannteste Abkömmling dieser Gattung ist die 12-Hydroxi-stearinsäure aus Rizinolsäure.

Gelegentlich werden neben den langkettigen Fettsäuren auch kurzkettige Säuren, wie Essigsäure, Propionsäure etc. eingesetzt. Es entstehen dann die sogenannten Komplexfette.

Die Seifenverbindungen bilden ein faseriges Gerüst, welches das Schmieröl festhält. Nur die Aluminiumseifen weisen eine kugelige Gelstruktur auf. 

Neben den Metallseifen gibt es auch noch anorganische, aschehaltige Verdicker wie z.B. Bentonit, Graphit, Russ und Kieselgel und aschefreie Polyharnstoffe. Diese Verdicker werden meist für Sonderanwendungen, wie z.B. Hochtemperaturfette verwendet.

Einteilung

In der Praxis werden die Schmierfette nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt.
  • Nach dem Typ des Verdickers in  „einfache“ Natrium, Calcium- und Lithiumfette  Natrium-, Calcium- und Lithiumkomplexfette  Bentonit- und Polyharnstoff-Fette
  • Nach den zu schmierenden Maschinenelementen in  Wälz-, Gleit- und Radlagerfette  Gelenk- und Getriebefette  Chassisfette
  • Nach der Anwendung in  Tief- Normal- und Hochtemperaturfette  Mehrzweck-, Normal- und Sonderschmierfette  Schmierfette mit Hochdruckeigenschaften
  • Nach der Konsistenz in neun sogenannte NLGI - Klassen gemäss nachstehender Tabelle:

NLGI-Klasse (1)

Walkpenetration nach DIN ISO 2137 in Einheiten (2)

000
445 - 475
00
400 - 430
0
355 - 385
1
310 - 340
2
265 - 295
3
220 - 250
4
175 - 205
5
130 - 160
6
85 - 115
(1) National Lubricating Grease Institute (2) 1 Einheit = 0,1 mm

Anwendung

Schmierfette werden gezielt für spezielle Applikationen eingesetzt und müssen je nach Einsatzbedingungen unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Einsatzgebiete sind :
  • Schmierstellen die gegen den Zutritt von störenden, insbesondere schmirgelnden oder korrosiven Fremdstoffen durch einen Fettpolster geschützt werden sollen
  • Schmierstellen bei denen eine Verschmutzung des erzeugten Produktes oder von den Reibpaarungen durch abtropfendes Öl vermieden werden muss
  • Offene Schmierstellen aus denen Öl zu schnell abfließen würde oder von denen es stark abgeschleudert wird
  • Schmierstellen mit geringem Schmierstoffbedarf, die nur selten geschmiert werden müssen
  • Schmierstellen deren Wartungsaufwand gering sein soll
  • Schmierstellen mit langsamen Gleitbewegungen, hohen Flächendrücken und / oder stark wechselnden Bewegungen (Stöße / Schock)
  • Schmierstellen die geräuscharm laufen sollen
Grundsätzlich bestimmen Art und Konzentration der drei Grundkomponenten die Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften von Fetten.
  • Grundöle - mit niedriger Viskosität ermöglichen gute Tieftemperatureigenschaften ermöglichen gute Förderbarkeit erlauben hohe Drehzahlen bei Wälzlagern - mit hoher Viskosität ermöglichen hohe Belastungen erlauben hohe Temperaturen führen zu geringer Ölabscheidung führen zu geringem Verdampfungsverlust
  • Verdicker beeinflussen - Penetration - Tropfpunkt - Eindickungsvermögen - Verhalten gegenüber Wasser
  • Additive verbessern - Oxidationsstabilität - Korrosionsschutz - Wasserbeständigkeit - Haftvermögen - Verschleißschutz
Typische Kenndaten verschiedener Schmierfette:

Flüssige Phase

Mineralöl

Mineralöl

Mineralöl

Mineralöl

Syntheseöl

Verdicker

Natrium-Seife

Calcium-Seife

Calcium-Komplex

Lithium-Seife

Lithium-Seife

Tropfpunkt,°C
160
100
> 240
190
190
Einsatztemperatur
- untere, °C
- obere, °C
-10
120
-20
70
-25
130
-25
130
-60
180
Verhalten gegenüber Wasser
ungenügend
sehr gut
sehr gut
gut
gut
Walkbeständigkeit
mäßig
gut
gut
sehr gut
sehr gut
Oxidationsstabilität
gut
gut
sehr gut
sehr gut
Preis
+
++
++++
+++++
Lithium - Komplex – Fette können Tropfpunkte bis 250°C haben. Meist sind diese auch teilweise mit Calcium – Komplexen vermischt und weisen daher ausgezeichnete Wasserresistenz auf.