Soorten, gebruik en functies van smeermiddelen

Smeermiddelen zijn stoffen die gewoonlijk worden gebruikt om de wrijving tussen onderdelen die met elkaar in contact komen te verminderen. Afhankelijk van het type vervullen smeermiddelen ook diverse andere functies, zoals warmteregeling, krachtoverbrenging, afdichting tegen stof of vuil, alsmede vermindering van oxidatie en voorkoming van corrosie. Smeermiddelen hebben meestal een vloeibare of halfvaste vorm, maar kunnen ook in andere vormen bestaan. Enkele voorbeelden zijn:

• Vast: Grafiet, Molybdeen disulfide, & Polytetrafluroethyleen
• Semi-solid: Vet
• Vloeistof: Water en natuurlijke of synthetische olie
• Gasvormig: Air

<p>Deze smeermiddelen worden op grote schaal gebruikt in industrieën, waaronder de automobiel-, lucht- en ruimtevaartindustrie, de bouw, de chemische industrie en de textielindustrie, om de soepele werking van hun machines en apparatuur te waarborgen.</p>

Inhoudsopgave

• Waarom zijn smeermiddelen belangrijk?
• De functies van smeermiddelen
• Soorten smeermiddelen
• Additieven

Waarom zijn smeermiddelen belangrijk?

De beweging van twee oppervlakken kan weerstand veroorzaken door wrijving (figuur 1 links). Dit kan leiden tot slijtage van de machines. In toepassingen in de automobielindustrie of de verwerkende industrie vergemakkelijken smeermiddelen de ononderbroken beweging tussen machineonderdelen. Dit gebeurt door de mechanische weerstand tussen de materiaaloppervlakken te verminderen. Wanneer het smeermiddel op de materiaaloppervlakken wordt aangebracht, vormt het een dunne film en dempt het de microscopische ruwheid in het oppervlak, zodat de materialen gemakkelijker glijden met minder weerstand (figuur 1 rechts). Vloeibare smeermiddelen zijn in dit geval bijzonder nuttig, omdat zij elke vorm kunnen aannemen om het oneffen oppervlak glad te maken en de wrijving te verminderen.

De hoeveelheid wrijving kan worden berekend met de volgende formule voor de wrijvingscoëfficiënt, waarbij:

• μ = statische (μs) of kinetische (μk) wrijvingscoëfficiënt
• Fn = toegepaste normaalkracht
• Fr = wrijvingskracht

Wrijving kan worden onderverdeeld in schuifwrijving, draaiwrijving, rolwrijving en rolweerstandswrijving. Het bepalen van wrijving is een belangrijke stap in elke mechanische bewerking. Lees meer in onze driedelige artikelenreeks Tribologie.

De functies van smeermiddelen

Ondanks wat de namen suggereren, hebben smeermiddelen veel meer voordelen dan alleen maar smeren en zijn ze verantwoordelijk voor het verlengen van de levensduur en de levensduur van machineonderdelen. De voordelen zijn:

• Smering (A): Voor oppervlakken die met elkaar in contact komen, kunnen smeermiddelen zoals vet en olie worden gebruikt om de wrijving te verminderen en slijtage te voorkomen.Energie-efficiëntie (B):
• Energie-efficiëntie (B): Het gebruik van de juiste smeermiddelen vermindert de wrijving, minimaliseert slijtage en maximaliseert de prestaties. Zo is het mogelijk het energieverbruik te verminderen en het gebruik van hulpbronnen tot een minimum te beperken.Afdichting tegen verontreinigende stoffen (C):
• Afdichting tegen verontreinigingen (C): Smeermiddelen creëren een dunne film in het materiaaloppervlak, die een barrière vormt tussen de interne component van het materiaal en de externe omgeving. Bovendien worden eventuele verontreinigingen met behulp van smeermiddelen naar de tank of het filter getransporteerd, waar ze kunnen worden verwijderd.Warmtebeperking/-regeling (D):
• Warmtebeperking/-regeling (D): Het smeermiddel vermindert de wrijving tussen de onderdelen, waardoor ook de warmteontwikkeling wordt verminderd. Wanneer echter warmte wordt opgewekt, kan het smeermiddel deze absorberen en overdragen met behulp van stromende smeermiddelen.Corrosiepreventie (E):
• Corrosiepreventie (E): De door de smeermiddelen aangebrachte oppervlaktecoating voorkomt de mogelijkheid van oxidatie of corrosie in het metaal.Soorten smeermiddelenFiguur 5:

Soorten smeermiddelen

Olie gebruikt als smeermiddel op een lagerAfhankelijk van de toepassing zal het ene type smeermiddel beter werken dan het andere. Voor intense wrijving en hogesnelheidstoepassingen zijn smeermiddelen op oliebasis meestal de beste keuze. Voor onderdelen die zwaar worden belast, of verticaal worden geplaatst of bewegen, is echter meestal een smeervet nodig. Het vet blijft op zijn plaats en vormt een duurzame barrière tussen onderdelen, zoals wiellagers, moeren, bouten, enz. Lees ons artikel over lagers om meer te weten te komen over alle aspecten die bij het smeren van lagers komen kijken. 

Oliën

OliënOlie is het meest gebruikte smeermiddel in productiebedrijven. Het wordt gebruikt voor toepassingen met tandwielen, scharnieren, lagers, enz. Zij zijn geschikt voor gebruik bij hoge temperaturen en hoge-snelheidstoepassingen. Om oxidatie en corrosie te voorkomen, kunnen additieven zoals antioxidanten of roestwerende middelen aan de basisolie worden toegevoegd om de eigenschappen ervan te verbeteren. Basisolie verwijst naar het hoofdbestanddeel dat in de meeste smeermiddelen aanwezig is. Om de keuze te vergemakkelijken, worden basisoliën in de volgende types onderverdeeld:

Basisolie	Dichtheid [bij 20°C (g/ml)]	Instelpunt [°C]	Vlampunt [°C]
Minerale oliën	0.9	Naar	< 250
Synthetische koolwaterstoffen	0.85	Naar	< 200
Esteroliën	0.9	Naar	Naar
Poly glycol oliën	0.9 tot 1,1	Naar	Naar
Siliconenoliën	Naar	Naar	Naar

Olieviscositeit

Viscositeit is een belangrijke parameter bij de keuze van olie. Het verwijst naar de aard van de stroming die olie vertoont bij een bepaalde temperatuur. Hier volgen enkele algemene conclusies die van toepassing zijn op de viskeuze eigenschap van olie:

• Verhoging van de temperatuur verlaagt de viscositeit van de olie en omgekeerd.
• Lage viscositeit voor lage drukspanning en hoge glijsnelheden.
• Hoge viscositeit voor hoge drukspanning, lage glijsnelheden en hoge temperaturen.

Om de viscositeit van uw olie te bepalen, moet u de twee viscositeitscategorieën begrijpen: dynamische viscositeit en kinematische viscositeit. De dynamische viscositeit is een maat voor de stromingsweerstand van een vloeistof, terwijl de kinematische viscositeit een maat is voor de stromingssnelheid van een vloeistof. Wiskundig kan dit als volgt worden weergegeven: Figuur 6:

Dynamische viscositeitsberekeningBovendien worden industriële oliën volgens ISO in verschillende viscositeitsklassen onderverdeeld. Deze kwaliteiten en hun respectieve waarde zijn opgenomen in de onderstaande tabel.

Kinematische ISO-viscositeitsklasse	Viscositeit [bij 40°C] [mm²/s]
15	13.5 – 16.5
22	19.8 – 24.2
32	28.8 – 35.2
46	41.4 – 50.6
68	61.2 – 74.8
100	90 – 110
150	135 – 165
220	198 – 242
320	288 – 352
460	414 – 506
680	612 – 748
1000	900 – 1000
1500	1350 – 1650

Ondanks het type basisolie en de viscositeitsgraad van de olie, speelt de manier waarop u de olie aanbrengt een belangrijke rol. De olie die na de juiste voorbereiding van het oppervlak wordt aangebracht, voorkomt dat het stof gaat vastzitten. Het is ook af te raden om olie te gebruiken op oppervlakken die nat zijn, aangezien het water de hechting van de olie kan verminderen en deze na verloop van tijd van het onderdeel kan wegspoelen.VettenFiguur 7:

Vetten

Aanbrengen van smeervet met een vetspuit.Smeervet is het mengsel van olie, verdikkingsmiddel (zeep), en extra smeermiddelen (zoals teflon). Het mengsel van deze componenten geeft het smeervet een verschillende textuur, dikte en viscositeit. Het vertoont echter een soortgelijke smerende eigenschap als olie. Het wordt gebruikt in toepassingen waar geen olie kan worden gebruikt of waar de koelende eigenschap van de olie niet vereist is. Smeervet biedt een uitstekende bescherming tegen slijtage en zorgt voor een uitstekende afdichting tegen vreemde deeltjes. Het kan vaak worden gebruikt met tandwielen, lagers, spindels, kettingen, koppelingen, enz.

Het verdikkingsmiddel zorgt voor de consistentie en bevordert de prestaties van het vet. De soorten verdikkingsmiddelen en hun specificaties worden hieronder aangegeven:

Verdikkingsmiddel (zeep)	Bedrijfstemperatuur [°C], Minerale olie	Bedrijfstemperatuur [°C], Syntheseol	Druppelpunt [°C]	Waterbestendigheid	Laadvermogen
Calcium	-30 tot 50	N/A	< 100	++	+
Lithium	Naar	Naar	Naar	+	-
Al-complex	Naar	Naar	>230	+	-
Ba-complex	-25 tot 140	Naar	>220	++	++
Ca-complex	Naar	Naar	>190	++	++
Li-complex	Naar	Naar	>220	+	-
Bentonitee	Naar	Naar	N/A	+	-
Polycarbamide	Naar	Naar	250	+	-

Vet consistentie

Consistentie is een bepalend kenmerk bij de beoordeling van de vetsterkte. Het wordt sterk beïnvloed door de viscositeit van de basisolie en de hoeveelheid verdikkingsmiddel die wordt gebruikt. De keuze van de juiste consistentie is belangrijk voor de smeertoepassing, aangezien zachte smeervetten zich van het toepassingsgebied kunnen verwijderen, terwijl harde vetten zich mogelijk niet goed kunnen verplaatsen, waardoor de doeltreffendheid van de smering vermindert.Pasta'spasta's hebben een soortgelijke functie als vet.

Pasta's

De pasta heeft een soortgelijke functie als vet. Het bestaat echter uit een groter mengsel van vaste smeermiddelen, waaraan het zijn dikke textuur ontleent. Het gecombineerde effect van basisolie, verdikkingsmiddelen (al dan niet inbegrepen) en een vast smeermiddel zoals PTFE beschermt tegen wrijvingsslijtage en scheuren. De toevoeging van verschillende vaste smeermiddelen maakt het gebruik van pasta geschikt voor verschillende soorten toepassingen.

Type	Maximale bedrijfstemperatuur [°C]
PTFE	< 300
MoS₂ (Molybdeendisulfide)	< 450
Aluminium	< 1100
Koper	< 1100
"Oxide" keramiek	< 1400
Grafiet	< 600

PTFE en MoS₂ zijn twee veel gebruikte vaste smeermiddelen. PTFE heeft een goede belastbaarheid en is bestand tegen hoge druksterkte. Het vertoont een lage wrijvingscoëfficiënt. MoS₂ vertoont een nominale wrijvingscoëfficiënt. Het heeft echter een uitstekend drukabsorptievermogen en is slijtvast.

De meeste pasta's zijn betrouwbaar als het gaat om corrosiebescherming en smering bij hoge druk- en temperatuurtoepassingen. Meestal worden pasta's gebruikt als smeermiddel bij moeren, bouten of tandwielen.Droge smeermiddelenFiguur 8:

smeermiddelen

MoS2 poeder met een hoge zuiverheidsgraadDroog smeermiddel is geschikt wanneer olie of vet niet kunnen worden gebruikt voor smeerdoeleinden in extreme bedrijfsomstandigheden zoals vacuüm, corrosieve omgeving, of extreme temperaturen. Deze kunnen worden ingedeeld in vaste smeermiddelen in poedervorm, glijfilm, of gebonden coatings en zijn meestal verkrijgbaar in sprayvorm. Zij kunnen ook worden gemengd met water, alcohol of andere oplosmiddelen. Er zijn drie belangrijke manieren waarop deze droge smeermiddelen kunnen worden toegepast:Onderdompeling:

• Onderdompeling: Geschikt voor partijen bevestigingsmiddelen, of andere onderdelen met kleinere diameters.Spuiten:
• Sproeien: Meest gebruikt; het toepassingsproces kan worden gehinderd door inwendige bochten of kleinere diameters.Polijsten:
• Branden: Wordt niet vaak gebruikt; handmatig aanbrengen is vereist.

Wordt niet vaak gebruikt; handmatig aanbrengen is vereist. Nadat het smeermiddel volgens een van deze methoden is aangebracht, laat men het verdampen, waardoor uiteindelijk een dun laagje smeermiddel op het metaaloppervlak achterblijft. Droge smeermiddelen zoals grafiet kunnen zeer glad zijn, wat betekent dat stof of vuil niet gemakkelijk wordt aangetrokken om zich aan het oppervlak te hechten. Naast grafiet worden ook PTFE en MoS₂ vaak gebruikt als vaste deeltjes in het droge smeermiddel.AdditievenFiguur 9:

Additieven

GrafietAdditieven zijn een belangrijke toevoeging aan de basisolie om de eigenschappen van de smeermiddelen te verbeteren. Het zijn organische of anorganische chemische verbindingen die gewoonlijk in een verhouding van <1 tot 35 % van het olievolume worden bijgemengd. De meeste industriële toepassingen gebruiken de volgende soorten additieven in olie om de prestaties te verbeteren en zo hun problemen aan te pakken:Antioxidant:

• Antioxidant: Om te voorkomen dat zuurstof het smeermiddel afbreekt en oxidatie veroorzaakt.Extreme druk:
• Extreme druk: Om het vermogen van het smeermiddel om de belasting te dragen, te verhogen, bijvoorbeeld in tandwielen en lagers.Demulgator:
• Demulgator: Om het vermogen van smeermiddelen om water af te voeren te verbeteren.Ontschuimen:
• Ontschuimen: Om te helpen bij het afbreken van schuimbellen.
• Film versterkers: Om het vermogen van de smeerfilm om zich aan het oppervlak te hechten te verbeteren.Viscositeitsverbeteraar:
• Viscositeitsverbeteraar: Om de viscositeit van het smeermiddel bij hoge temperaturen te verbeteren.Uitgietpunt:
• Vloeipunt: Om de vloeipunttemperatuur van smeermiddel bij koude temperatuur te verlagen. Het vloeipunt van een olie wordt gemeten volgens DIN ISO 3016. Hij ligt een paar graden onder de aanbevolen laagste bedrijfstemperatuur.