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Motor- und Getriebeöle: Trends in der Ölentwicklung

Wartungsintervalle verlängern und Verbrauch senken lauten die vorrangigen Entwicklungsziele. Doch die Anforderungen an die Abgasreinheit laufen dem entgegen.

Motor- und Getriebeöle sollen Aggregate wie Motor, Getriebe und Differenzial vor allem schmieren, konservieren und kühlen. Durch verringerte Viskosität entweder von synthetischen Leichtlaufölen oder durch erhöhte Temperatur des Mediums und damit einhergehend geringerer innerer Reibung zwischen den einzelnen Bauteilen lässt sich sogar der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs senken. Ein Vorteil, den die Motoren- und Fahrzeugersteller gerne mitnehmen wollen. Doch dieses Ziel steht derzeit hinten an. Das sagt zumindest Dr. Helmut Leonhardt, Laborleiter für die Entwicklung von Motoröl bei Shell Global Solutions Deutschland. "Wir können mit einem Motoröl im niedrigen einstelligen Bereich den Verbrauch direkt beeinflussen. Aber wir müssen den Schmierstoff vor allem dazu benutzen, den Fahrzeug- und Motorenherstellern zu ermöglichen, die Grenzwerte der Abgasnormen Euro 5 und Euro 6 zu erfüllen", erklärt er.

DPF hat Einfluss auf die Additive im Öl

Die größte Herausforderung dabei sei es, den Dieselpartikelfilter (DPF) zu schonen. "Als die Partikelfilter eingeführt wurden, mussten wir die Zusammensetzung des Öls massiv ändern", sagt Leonhardt. Betroffen davon waren vor allem die Additive, also die Zusätze im Öl, die unterschiedlichste Aufgaben erfüllen. Bis zu drei Additive hätten in der Menge gar halbiert werden müssen. Betroffen waren vor allem jene Zusätze, die die sauren Einträge ins Öl neutralisieren, die bei der Verbrennung im Motor entstehen. Diese werden durch eine Base im Öl aufgehoben. Die Base ist jedoch an ein chemisches Element gebunden, das bei der Verbrennung Gips erzeugt. So reagiert etwa Calcium mit dem Schwefel aus dem Diesel und dem Schmierstoff zu Calciumsulfat, besser bekannt als Gips. Der Gips setzt sich im DPF ab. "Das ist chemisch ein toter Hund", sagt Leonhardt. Dieses Endprodukt könne weder umgewandelt noch aktiv regeneriert, also abgebrannt werden.

Selbst ein Filter mit hoher Speicherkapazität könne sich im Laufe von 75.000 Kilometern zusetzen – so geschehen bei Feldtests mit Bussen. Die Menge an Base im Öl lässt sich aber nur dann halbieren, wenn der Schwefelgehalt im Diesel gering ist und so wenige saure Bestandteile anfallen. Die Säure würde den Motor und das Öl angreifen. Entsprechend hohe Dieselqualität gibt es in Westeuropa, aber andere Märkte würden damit nicht versorgt.

Stickoxide schaden dem Fahrzeug

Doch nicht nur Säure schadet dem Fahrzeug. "Das Schlimmste, was dem Öl passieren kann, sind Stickoxide (NOx)", berichtet Leonhardt. "Sie verdrecken das Öl, fressen es regelrecht an." Für die Motorenentwickler sind hohe NOx-Rohemissionen am Motorausgang jedoch kein Nachteil. Sie zeugen von einer effizienten Verbrennung bei hohen Temperaturen und lassen sich nachträglich katalytisch im SCR-Kat wunderbar zu unschädlichen Substanzen reduzieren. Doch zuvor können sie über die Kolbenringe ins Öl gelangen. In Kombination mit Kohlenstoff-Doppelbindungen, wie sie gerade auch im Biodiesel vorhanden sind, entsteht im schlimmsten Fall sogenannter Schwarzschlamm, der den Ölfabrikanten große Sorgen bereitet.

Trotz des Schmutzträger-Additives kann das Öl ab einer bestimmten Menge den Schmutz nicht mehr tragen, er fällt als schwarze, zähe, teerartige Masse aus und sammelt sich im Ölsumpf. Der Schwarzschlamm lässt sich nur noch mit Spezialreiniger oder Diesel, aber kaum noch mit Öl auswaschen. "Wir haben inzwischen schon eine Reihe von Dieselmotoren erlebt, die damit verunreinigt waren", berichtet der Ölentwickler.

Abgasrückführung belastet das Öl

Das heißt aber nicht, dass Abgasrückführung (AGR) das Motorenöl weniger schädigt. "Es belastet das Öl nur auf andere Art und Weise", erklärt Leonhardt. Das in AGR-Systemen vorhandene Abgas kann die Versäuerung  des Öls beschleunigen, etwa durch Radikale, die schon einmal in der Verbrennung waren und die per AGR zurück in den Brennraum gelangen. Und die Absenkung der Verbrennungstemperatur durch AGR kann zusätzlich zu stärkerem Rußeintrag in das Öl führen. Weil also aus Sicht der Ölhersteller beide Abgasreinigungsmethoden das Betriebsmittel belasten, gibt es nur eine Möglichkeit: kürzere Ölwechselintervalle. "Die Zeit der steigenden Wartungsintervalle aus dem vergangenen Jahrzehnt werden wir in diesem Maße nicht mehr erleben", argumentiert der Shell-Mann. Dass bislang die Lkw-Hersteller trotz Einführung von Euro-6-Motorengenerationen mit längeren Wechselintervallen werben, habe andere Gründe. "Bei vielen Fahrzeugen gab es bislang noch Reserven", berichtet Leonhardt. Diese seien nun jedoch erschöpft. Das gelte auch für synthetische Öle. Ohnehin kämen allein diese noch bei der Befüllung von Neufahrzeugen zum Einsatz. Standard seien 5W30-Mehrbereichs-Motorenöle.

Ölsorten für die Erstbefüllung reduzieren

Laut Leonhardt streben die Fahrzeughersteller zudem an, möglichst nur eine oder zumindest wenige verschiedene Ölsorten für die Erstbefüllung zu beziehen. Das Liebste ist ihnen, ein Weltöl anzubieten und die Wechselintervalle je nach Region anzupassen. Leonhardt geht zudem davon aus, dass die Diversifizierung der Ölsorten zunehmen wird. Je nach Einsatz des Fahrzeugs und  je nach Auslegung der Abgasreinigung sind andere Zusammensetzungen nötig. Ohnehin benötigt jeder Hersteller ein auf seinen Motor abgestimmtes Öl. Das machen schon unterschiedliche Zylinderlaufbahnen, Oberflächenbeschichtungen und Ventiltriebe nötig.

Für Ölstress sorgen zudem Start-Stopp-Systeme, wie sie gerade bei leichten Nutzfahrzeugen im Verteilerverkehr immer häufiger zum Einsatz kommen. Weil die Ölpumpe heute noch nicht elektrisch betrieben wird, schaltet das Start-Stopp-System neben dem Motor immer auch die Ölpumpe ab. Das Öl wird gerade im Stop-and-go-Verkehr immer heißer und an die Grenzen seiner thermischen Belastbarkeit herangeführt.

Öl altert schneller, Viskosität nimmt ab

Zum einen nimmt dabei die Viskosität ab, zum anderen altert das Öl schneller. "Eine um zehn Grad höhere Temperatur hat eine doppelt so schnelle Alterung zufolge", sagt Leonhardt. Öldruck, Lagerbreite und andere Variablen müssten also so abgestimmt werden, dass auch bei höheren Öltemperaturen die Schmierung immer gewährleistet ist. Leonhardt geht trotz allem davon aus, dass auch wegen immer mehr bedarfsgerecht betriebenen Nebenverbrauchern und damit zunehmenden Betriebstemperaturen die Belastungen fürs Öl steigen werden. "Der Stress fürs Öl nimmt zu", sagt er. Die Aufgaben und Anforderungen jedoch bleiben die Gleichen.

Die Additive

Dem Grundöl setzen die Hersteller unterschiedliche Additive zu. Dazu zählen Dreckträger (Dispersants), Basenreserve (Detergents) und Verschleißschutz (Anti Wear). Dreckträger halten Öl-unlösliche, feste Verunreinigungen in der Schwebe und verhindern ihre Ablagerung auf Metallflächen. Detergents neutralisieren saure flüssige beziehungsweise Öl-lösliche Verbrennungsprodukte. Zudem schützen Alterungsschutzstoffe (Antioxidantien) das Öl vor dem Zerfall durch Einwirkung von Sauerstoff aus der Luft. Hier macht indes die Menge das Gift. Zu viel von bestimmten Antioxidantien und Kunststoffbauteile leiden. Ein weiteres Additiv, das die Verträglichkeit mit Elastomeren, wie sie in Schlauchverbindungen und Dichtungen enthalten sind, sicherstellt, beugt dem vor. Hinzu kommt auch ein Mittel, das die Schaumbildung verringert. Zu viel Schaum verhindert, dass der Betriebsstoff hydraulische Aufgaben noch wahrnehmen kann. Laut Shell-Entwickler Dr. Helmut Leonhardt ist ein Korrosionsschutz nur bei der Erstbefüllung nötig. Er verhindert, dass Aggregate bei längeren Standzeiten vor der Fahrzeugauslieferung korrodieren. Für das Einhalten eines bestimmten Reibwerts bekommen Fahrzeugmotorenöle zudem noch einen Reibwertveränderer (Friction Modifier). Viskositätsindex-Verbesserer verändern das Temperaturverhalten des Öls bei hohen Temperaturen, umgekehrt senken Pourpoint-Erniedrigerer die Temperatur ab, bei der das Öl gerade noch fließt.

Überzeugungsarbeit

Um Kunden von den Qualitäten der hauseigenen Produkte zu überzeugen, hat Shell einen Prüfstand entwickelt, auf dem ein vollständiger Antriebsstrang eines Nutzfahrzeugs abgebildet wird. Hier lassen sich die Wirkungsgrade am Triebstrang eines Lkw an unterschiedlichen Stellen, etwa an Motor, Getriebe und Antriebsachse, und bei wechselnden Ölen messen. Dazu teilen die Shell-Entwickler den Antriebsstrang auf und setzen Generatoren dazwischen. Anschließend lässt der Computer den Antriebsstrang die Hausstrecke des jeweiligen Lkw-Herstellers abfahren. Die erzielten Ergebnisse seien sehr gut reproduzierbar, berichtet der Teamleiter Heavy-Duty-Antriebsstrang Jens Paulig. Bis zu zwölf Prozent Effizienzvorteil durch einen Öltausch hätten die Ingenieure einem Hersteller schon nachgewiesen.

Thomas Rosenberger lastauto omnibus Chefredakteur

Autor

Foto

Thomas Küppers, Ulrich Regenscheit, Thomas rosenberger

Datum

6. August 2012
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