Penetration bei Schmierfetten
Die Penetration – ein wichtiger Messwert für Schmierfette
Schmierfette sind keine chemisch reinen Stoffe. Sie bestehen bis zu 95 % aus additivierten Grundölen. Das Grundöl wird vom Verdicker eingebettet, ähnlich wie bei einem Schwamm, und dadurch am Weglaufen gehindert. Als Grundöle kommen alle Typen von Mineral- und Syntheseölen mit unterschiedlichen Additiv-Kompositionen zum Einsatz. Als Verdicker werden meist so genannte Metallseifen auf der Basis von z. B. Lithium, Kalzium, Natrium oder Aluminium bzw. Kombinationen aus diesen Seifen verwendet. Die eigentlich pulverartigen Rohmaterialien bilden in einem Kochprozess diese „schwammartige“ Verdickerstruktur. Das während des Fettkochens zugegebene Öl wird vom Verdicker aufgenommen und festgehalten, um dann im Einsatz bei definierten Bedingungen das Öl an der Schmierstelle entsprechend wieder freisetzen zu können.
Die Penetration wird vor allem für Frischfette, aber auch für Gebrauchtfette (mindestens 3g Fett sind für die Bestimmung notwendig) ermittelt. Diese Werte sind Indikatoren für eine Identitätsprüfung bzw. erlauben einen Hinweis, ob ein Fett den gestellten Anforderungen überhaupt oder noch gerecht werden kann.
Penetration und Konsistenz
So wie die Viskosität die Fließfähigkeit eines Schmieröls oder Hydraulikfluids beschreibt, kennzeichnet die (Ruh)-Penetration bzw. die Konsistenz die mehr oder weniger hohe Steifigkeit eines Schmierfetts. Die Penetration eines Fetts hängt nicht direkt mit der Viskosität seines Grundöls oder der Art des verwendeten Verdickers zusammen. Sie wird, je nach vorhandener Fettmenge, in einem Penetrometer mit Hilfe eines Voll- oder eines Viertelkonus gemessen. Für die Bestimmung gemäß DIN ISO 2137 wird das Fett bei Raumtemperatur (25°C) in einen genormten Becher gefüllt. Die Spitze eines standardisierten Doppelkegels berührt die Oberfläche. Nach dem Lösen der Haltevorrichtung hat der Kegel fünf Sekunden Zeit, um in das Fett einzudringen. Mit Hilfe einer Skala, die an der Haltestange des Kegels aufgebracht ist, wird diese Eindringtiefe in 0,1 mm Schritten angegeben. Die Penetration charakterisiert somit die Verformbarkeit des Fetts durch einen genormten, gewichtsbelasteten Kegel. In weiche Schmierfette dringt der Kegel tiefer ein als in feste. So bedeutet ein Wert von beispielsweise 265, dass der Normkegel während der Messung 26.5 mm in das Fett eingesunken ist.
Die Penetrationszahl stellt die Basis für die Angabe der Konsistenzklasse dar. So entspricht ein Fett, in das der Normkegel 26.5 bis 29.5 mm penetriert, einer NLGI-Klasse 2. Vor etlichen Jahrzehnten hat sich das NLGI, das National Lubricating Grease Institute der USA, mit technischen Anforderungen für Schmierfette befasst und basierend auf der Kegel-Eindringtiefe folgende 9 NLGI-Klassen definiert:
| NLGI-Klassen | Penetrationszahl | Konsistenz bei Raumtemperatur |
|---|---|---|
| 000 | 445 - 475 | Sehr flüssig |
| 00 | 400 - 430 | Flüssig |
| 0 | 355 - 385 | Halbflüssig |
| 1 | 310 - 340 | Sehr weich |
| 2 | 265 - 295 | Weich |
| 3 | 220 - 250 | Mittelfest |
| 4 | 175 - 205 | Fest |
| 5 | 130 - 160 | Sehr fest |
| 6 | 85 - 115 | Äußerst fest |
Fette der Klassen NLGI 0 bis NLGI 000 sind sehr weich bis flüssig (daher auch Fließfette genannt), Fette der Klasse NLGI 6 sind feste „Blockfette“, die ähnlich wie Palmin aussehen. Die Klassen „4“ bis „6“ sind heute in der Praxis jedoch kaum mehr anzutreffen.
Die Konsistenz gibt, einfacher als die Penetration, in Form einer einzigen Zahl an, ob das Fett eher weich oder fest ist. Typische Mehrzweckfette haben meist eine „2“ in der Produktbezeichnung. Wenn Fette mit Zentralschmieranlagen, Fettpressen oder speziellen Schmierstoffgebern gut förderbar sein sollen, wird häufig die „1“ gewählt. Soll das Fett etwas besser haften oder die Schmierstelle abdichten, wird ein NLGI 3 Fett eingesetzt. Getriebefließfette entsprechen meist der NLGI 00. Die Konsistenz eines Fetts, d.h. die Angabe darüber, ob das gleiche Fett weicher oder härter ist, spielt bei seiner Auswahl daher eine entscheidende Rolle.
Walkpenetration
Bei der Messung der Penetration kann unterschieden werden zwischen der Ruhpenetration und der Walkpenetration. Bei der Ruhpenetration, meist auch nur kurz „Penetration“ genannt, wird das Fett so wie es als Probe ankommt in den Messbecher gefüllt. Bei der Walkpenetration wird das Fett vor der Messung künstlich „gewalkt“. Das Fett wird mit einem Fettkneter vorbehandelt und somit die mechanischen Belastungen an der Schmierstelle simuliert. Im geschlossenen Messbecher wird eine Lochplatte (ähnlich wie beim Fleischwolf) in 60 Doppelhüben durch das Fett hin- und hergezogen. Das gesamte zu prüfende Fett muss sich dabei durch die Löcher quetschen. Dabei wird das Seifengerüst stark beansprucht und geschert. Das Fett wird etwas weicher. Nach dem Walkvorgang wird dann, wie bei der Ruhpenetration, die Eindringtiefe des Normkegels gemessen.
Die Differenz zwischen Ruhe- und Walkpenetration lässt auf die Walkstabilität und damit auf die Widerstandsfähigkeit schließen, ab wann ein Fett zu stark erweicht und dadurch unbrauchbar wird.
Aussage der Penetration
Der Vergleich der Penetration von Frisch- und Gebrauchtfett erlaubt einige Rückschlüsse. Wird bei der Untersuchung eines Gebrauchtfetts eine veränderte Penetration im Vergleich mit dem Frischfett festgestellt, dann:
Eine höhere Penetration und damit ein weicheres Fett deutet auf eine Vermischung mit einem anderen Fett hin. Denn Fette mit unterschiedlichen Verdickertypen werden bei Mischungen nahezu immer deutlich weicher, manchmal sogar suppig. Weil die unterschiedlichen Seifentypen miteinander reagieren und flüssig werden, läuft das Grundöl aus. Eine höhere Eindringtiefe und damit niedrigere Konsistenzklasse bedeutet auch, dass das Fett aufgrund von mechanischen Beanspruchungen in der Lagerstelle geschert wurde und die Seifenstruktur weitgehend zerstört ist. Bei geringerer Eindringtiefe und damit niedrigerer Penetration enthält das Fett weniger Grundöl und mehr Verdicker als das Frischfett. Dies ist z.B. der Fall, wenn das Grundöl aufgrund von Vibrationen aus der Seife „ausgeblutet“ oder aufgrund von zu hohen Temperaturen verdampft oder stark oxidiert ist.
