Blickpunkt Motoröl

Alles über den Schmierstoff

Ist es das Schwierigste, im Planeten das verbliebene Erdöl zu finden? Nein. Es zu fördern? Nein. Weitaus komplizierter: aus diesem Öl jenes zu machen, das unsere Motoren davor bewahrt, sich selbst zu schlachten. Wenige Liter stehen zwischen großem Fressen und seidigem Schnurren, ein hauchdünner Film zwischen tausend Metern und hunderttausend Kilometern.

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Grundöle im Labor.
Grundöle im Labor.

Eng ist es und heiß. Nirgends ist Ruhe. Alles muss schnell gehen. Laufend Explosionen, da wird gedrückt, gequetscht, geschert, gepresst und gerissen. So sehr wir ihn mögen, der gute alte Verbrennungsmotor hat so einiges gemeinsam mit naiv-christlichen Vorstellungen der guten alten Hölle. Da muss das Öl rein. Aber: nicht so, wie es aus dem Boden kommt. Erdöl haben die Römer auf die Holzachsen ihrer Streitwagen geschmiert, um ein paar km/h aus der Karre rauszuholen, und das funktionierte auch ordentlich. So roh aber wäre das Öl im modernen Motorradmotor schnell am Ende. Und der Motor gleich mit. Modernes Viertaktöl hat mit dem, was da in ein paar Dutzend Sorten unter so hübschen Namen wie Bonny Light, West Texas Intermediate oder Tapis aus der Erdkruste blubbert, wenig gemein.

Wobei: Ganz so munter blubbert ja das Erdöl nicht mehr. Wie lange es überhaupt noch blubbern wird, ist kaum vorauszusagen. Schätzungen zufolge ist in 30 bis 50 Jahren Schluss. Das Bundesamt für Geowissenschaften und Ressourcen gibt an, in zehn bis 15 Jahren sei die Hälfte der Ölreserven von 162 Gigatonnen futsch, denn, so hat die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) berechnet, der weltweite Ölverbrauch liegt momentan bei rund 86 Millionen Barrel pro Tag. Das heißt laut Greenpeace, dass auf jedes gefundene Fass zwei kommen, die verbraucht werden. Um dem Ganzen eine historische Dimension zu geben: Der Verbrauch eines Jahres entspricht der Menge Öl, die in einer Million Jahren gebildet worden sind. Mehr kleine Meerestierchen und Pflanzen sind zu Urzeiten eben nicht abgestorben, um unter großem Druck und Saunahitze langsam zu verschlickschleimen.

Nun hat, wie gesagt, das, was da im Motor wirkt, mit Erdöl in etwa so viel zu tun wie Hundehaufen mit Gulasch. Das merkt jeder beim Bezahlen. Einen Liter Rohöl aus saudischem Sand zu fördern kostet nach Berechnungen des Südwestrundfunks rund einen Cent. Einen Liter Motoröl aus dem Laden tragen zu dürfen kostet knapp kalkuliert drei, wohlmeinend gewählt an die 20 Euro. Was den Preis zwischen Förderung und Endprodukt in die Höhe treibt: Transport, Angebot und Nachfrage sowie – Experten schätzen 25 Prozent des Rohölpreises – Spekulation. Derzeit wird ein Barrel (159 Liter) in Rotterdam um die 50 Euro gehandelt, macht 31 Cent der Liter. Und der Rest? Fließt nicht ganz in die Taschen der Konzerne. Eine erhebliche Summe steckt in Aufbereitung, Forschung, Herstellung und Zusatzstoffen, die beim teuren Motoröl die Hälfte des Kaufpreises ausmachen können.

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Erdöl, wie es aus der Nordsee kommt.
Erdöl, wie es aus der Nordsee kommt.

Wertvoller Stoff

Erdöl ist ein lipophiles, ein fett- und öl-lösliches Stoffgemisch, das an die 17000 Bestandteile aufweist, in der Hauptsache Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Erdöl ist schwarzes Gold. Erdöl ist, je nach Herkunft, dezent miefige Brühe oder widerlich stinkende Pampe, die aus einem einzigen, wenn auch wesentlichen Grund so begehrenswert erscheint: Die Funktion der ganzen Welt hängt davon ab. Ergo auch, ganz profan, die unserer Motoren. Die verfeuern Sprit, und um sich dabei nicht selbst zu verschrotten, brauchen sie Öl. Der sicherste Weg, jeden Motor zu schlachten, führt über das Ablassen des Öls. Maschinen, die trocken länger als fünf Minuten laufen, müssen zähe Biester sein. Öl schmiert, was nichts anderes bedeutet, als dass es Teile, die sich besser nicht berühren, vor der Berührung bewahrt. Schmieren heißt trennen. In hydrodynamischen Lagern wie denen der Kurbelwelle oder der Pleuel wird im Ölfilm rotiert, so wie die Kolbenringe bestenfalls ohne Materialkontakt an der Zylinderlaufbahn entlangrasen. Ohne funktioniert die ganze schöne Mechanik nicht. Insofern ist Öl ein erhebliches Konstruktionselement in der viertaktenden Verbrennungsmaschine. Und genau wie die Motoren selbst bis ins Detail konstruiert und gestaltet werden, wird Motoröl mittlerweile regelrecht maßgeschneidert, komponiert.

Im Hamburger Labor der großen Firma mit der gelben Muschel steht schutzbebrillt Michael Knaak neben einem Tisch mit etlichen Flaschen. Die Flaschen tragen deutliche Warnhinweise und Bezeichnungen, aus denen hervorgeht, dass man den Inhalt nicht verzehren sollte: Ammoniumrhodanid, Ammonoxalat, Salzsäure konzentriert. „In einem hochwertigen Motoröl“, sagt der Entwickler „bringen wir um die 15 Zutaten zusammen, 75 Prozent davon Grundöle, 25 Prozent Additive in Lösung.“ Das klingt nicht allzu kompliziert, ist es aber. Nicht alle Zutaten vertragen sich untereinander, und wie so oft liegt die Schwierigkeit darin, das richtige Verhältnis der Zutaten zueinander zu finden. Ein bisschen hat das was von Sterneküche. "Öl zu mischen ist ein sehr komplizierter Vorgang", bestätigt Michael Knaak. "So ist nicht nur die Reihenfolge der Grundöle und Additive vorgeschrieben, sondern auch die Temperatur, bei der das geschieht, und die Dauer der Umwälzung."

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Dunkel ist ein Öl schon nach wenigen Testkilometern, weil es die verschiedensten Ablagerungen im Motor löst und bindet.
Dunkel ist ein Öl schon nach wenigen Testkilometern, weil es die verschiedensten Ablagerungen im Motor löst und bindet.

Die Mischung macht's

Erste Zutat also: eine Mischung mehrerer Grundöle. Die sind entweder mineralisch oder, so wie die fast klaren Flüssigkeiten in den Laborflaschen, synthetisch. Irreführend, die Unterscheidung, denn den Unterschied bildet nicht das Ausgangsmaterial, Erdöl in beiden Fällen, sondern der Herstellungsprozess. Raffiniert wird aus Erdöl Rohöl, das durch Destillation – grob vereinfacht Erhitzen und so den unnützen Dreck rauskriegen – ziemlich simpel in ein ebenso simples mineralisches Basisöl zu wandeln ist. In diesen Ölen, stets haben sie Einbereichscharakter, herrscht tendenziell Unordnung. Auf der molekularen Ebene verbinden sich Kohlenstoffe mit Wasserstoffen ganz ungehemmt: wie Kiffhippies in schönsten Kommunenzeiten, mal der mit der, mal dieser mit jener und dann noch über kreuz alle zusammen. Dem Schmierstoffentwickler passt das nicht. Er strebt ein Weniger an Durcheinander an. Dazu verhilft das Synthetisieren. Die Molekülschlangen werden getrennt und die Atome anschließend in regelmäßigen, einheitlichen Ketten wieder aneinandergefügt. Keine Hippiemoleküle, sauber aufgereihte, brave Erstklässler, wie beim Klingelzeichen nach der Pause.

Großer Vorteil dieser synthetischen Öle: Mehrbereichscharakter. Die können von flüssig nach zäh, und zwar in gewissem Rahmen schon ohne Viskositätsindexverbesserer. Das sind – nächste Zutat – Polymere, die noch länger ausfallen als das Wort, das sie bezeichnet. Und länger als die Moleküle des Öls, 3000 Mal länger. Diese Kunststoffe verändern die Viskositätsspanne. Weil sie dem Öl Zähigkeit beibringen, sorgen sie dafür, dass das eine Molekül das andere nicht loslässt, wenn es arg heiß und wenn feste gezogen und geschert wird. So wie etwa im Getriebe oder am Kolben. Dort traktieren hunderte Grad den Schmierstoff. „Schon ein Plus von zehn Grad kann zu einer Verdopplung der chemischen Reaktionsfähigkeit führen“, erklärt Knaaks Kollege Ralf Meyke. „Das Öl wird thermisch gecrackt.“ Es verbrennt ganz einfach, es verkohlt. Das ist die Kehrseite der Viskositätsindexverbesserer: Sie bringen Scherstabilität, senken aber die Temperaturstabilität. Dumm ist das erstens deshalb, weil Öl gerade an besonders heißen Stellen im Motor Hitze abführen, sprich kühlen soll. Just zu diesem Zweck wird in einigen Maschinen zum Beispiel der Kolbenboden dauernd angesprenkelt. Dumm ist das zweitens, weil dem Öl wiederum andere Zusätze beigemischt werden müssen, die heiße Oberflächen von Ablagerungen säubern und diesen und anderen Dreck wie Metallabrieb anschließend binden. Detergent I, II oder III steht auf den Zutaten-Flaschen und Dispersant IV oder Antioxidant, mit dem – wie in Gesichtscremes – der Teufel des Alterns gefesselt werden soll.

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Essenzielle Rezept-Zutaten: Zusatzstoffe geben dem Öl das gewisse Etwas.
Essenzielle Rezept-Zutaten: Zusatzstoffe geben dem Öl das gewisse Etwas.

Schmierige Angelegenheit

Wie frisches Öl sehen die einen aus, wie Seifenspäne, Salzkörner, schleimige Margarine die anderen. All diese Substanzen haben ihr Gutes, klar, doch alle führen sie auch tiefer hinein in einen Zielkonflikt, der einen Schmierstoffexperten wie Michael Knaak in die Rolle des geduldigen Forschers nach dem besten Kompromiss zwingt. "Typische Beispiele sind, dass eine höhere Dosis an Verschleißschutz den Motor schützt, aber die Reibung erhöht. Hohe Viskosität fördert die Schmiersicherheit, erhöht aber ebenfalls die Reibung, gibt man Reibwertminderer hinzu, führt das möglicherweise zu Kupplungsrutschen." Ähnlich sieht es mit oberflächenaktiven Substanzen aus. Sie binden sich ab etwa 70 Grad Betriebstemperatur chemisch ans Material. So schützen sie die Innereien vor Verschleiß und Korrosion. In der im Ölbad laufenden Kupplung müssen sie sich in ihrer Bindungsfreude allerdings zurückhalten, da gleichsam beschichtete Scheiben eins sehr schlecht nur tun: reiben.

Die Einsicht in diese komplexen Zusammenhänge fördert realistische Einschätzungen, und Wolfgang Warnecke, er führt bei Shell den Titel Global Manager, hat sehr genaue Einsicht. "Ölentwicklung und Motorradentwicklung sind durchaus vergleichbar – stetige kleine Evolutionsschritte und nur manchmal größere Sprünge." Dieser letzte Begriff will korrekt interpretiert sein. 2004 habe man in das Motoröl, mit dem Ducati in der MotoGP die Desmosedici schmiert, "Friction Modifiers", Reibwertminderer integriert. Daraufhin war von "significantly more horsepower" die Rede. Michael Knaak entschlüsselt die Formulierung: "Wir hatten ein Leistungsplus von mehr als einem halben Prozent." Gut ein PS mehr, das also ist bereits als Sprung zu werten. So armselig die nackte Zahl auf den ersten Blick rüberkommt, sie verdeutlicht zweierlei: erstens den extrem hohen Entwicklungsstand moderner Motorradmotoren, zweitens den ebenso hohen Entwicklungsstand maßgeschneiderter Schmierstoffe.

Intervie Michael Knaak (Shell) - "Jährliche Ölwechsel aus gutem Grund"

Michael Knaak wollte mal Motorräder entwerfen, landete aber vor 28 Jahren bei Shell. Im Hamburger Labor verantwortet er die Entwicklung spezieller Motorenöle und betreut als Projektmanager Schmierstoffe die Zusammenarbeit von Shell mit der Rennabteilung von Ducati.
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Michael Knaak gibt Antworten zum Thema Motoröl.
Michael Knaak gibt Antworten zum Thema Motoröl.
Warum kostet gutes Öl so viel gutes Geld?
Üblicherweise dauert die Entwicklung mehrere Jahre, in denen ein ganzer Stab von Chemikern, Technikern und Ingenieuren zusammenarbeitet, von ersten Schritten im Labor über Tests mit Teilmotoren und ganzen Motoren. Dazu kommen Feld und Rollenprüfstandstests. So können die Entwicklungskosten mehrere Millionen Euro betragen. Günstiger hingegen ist es, lediglich ein fertiges Additivpaket von einem Zusatz­hersteller zu kaufen und in ein vorge­gebenes Grundöl ein­zumischen.

Könnte ich nicht genauso gut ein preisgünstiges Öl fahren?
Ein billiges Öl muss nicht unbedingt schlecht sein, wie ein teures nicht unbedingt gut sein muss. Sollte das Öl aber ungeeignet sein, weil etwa die Viskosität stark von der im Handbuch angegebenen abweicht, kann das schon bei geringen Belastungen später Ablagerungen, Schlammbildung, Ölverbrauch, Verschleiß nach sich ziehen.

Welche Besonderheiten muss ein Motorradöl aufweisen?
Motorradöle sind besonders hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. In der ersten Kolbenringnut sind durchaus Temperaturen von über 300 Grad möglich, in einer Nasskupplung kann es noch heißer werden, und sogar im Sumpf können Öle luftgekühlter Motoren um die 150 Grad erreichen. Öle sollten also eine gute Verdampfungsstabilität aufweisen und nicht zu dünnflüssig ausgelegt sein, auch weil das Getriebe normalerweise vom Motoröl mitgeschmiert wird. Mit zu dünnen Ölen kann es zu Pitting an den Zahnflanken kommen. Darüber hinaus treten wegen des integrierten Getriebes deutlich höhere Scherkräfte auf als im Pkw-Motor mit separatem Getriebe. Außerdem sind die Drehzahlen im Motorradmotor vergleichsweise hoch. Da die meisten Maschinen mit Nasskupplung ausgestattet sind, muss das Öl auch mit der Kupplung verträglich sein. Zu erkennen ist das an der JASO MA-Kennzeichnung (Anmerkung der Red.: die einzige Spezifikation speziell für Viertakt-Motorradöle).

Die Jahresfahrleistung der meisten Motorradfahrer geht zurück, liegt bei teils nur 3000 Kilometern. Da könnte ich ein Öl doch drei, vier Jahre fahren?
Kaltstarts und Kurzstreckenbetrieb belasten Motorenöle wie den Motor selbst überproportional. Das heißt, dass auch Öle mit geringer Laufleistung bereits am Ende ihrer Leistungsreserven stehen können. Jährliche Ölwechsel werden von einigen Herstellern aus gutem Grund vorgeschrieben.

Welches sind die schlimmsten Verunreinigungen im Öl?
Saure Verbrennungsprodukte. Sie entstehen vorwiegend beim Kaltstart. Öl ist so konzipiert, dass sie neutralisiert werden, aber irgendwann sind diese sogenannten alkalischen Reserven erschöpft.

Wie lange braucht ein Öl, um im letzten Motorwinkel anzukommen?
Wir haben in der Kältekammer in einem Automotor mit dickem Öl Zeiten von über 30 Sekunden gemessen, bis das Öl den Ventiltrieb erreicht hatte. Auch unter besseren Bedingungen kann bis dahin lange Zeit vergehen.

Wo muss geschmiert werden?

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1 Pleuellager:
starke Fliehkräfte besonders bei großen Ein- und Zweizylindern, dadurch hohe Drücke, Öl wird zerquetscht

2 Kurbelwellenlager:
größtes hydrodynamisches Lager, hohe Rotationsgeschwindigkeit, Zähigkeit stark gefordert

3 Kolben, Zylinder:
hohe Drehzahlen, hohe Kolbengeschwindigkeiten, Ölfilm kann reißen, von scharfen Kolbenringen zerschnitten werden, hohe thermische Belastung, bei Kaltstart droht fettes Gemisch Ölfilm wegzuwaschen, Öl wird von Sprit verdünnt

4 Ventiltrieb, Nockenwelle:
weit weg vom Sumpf, das noch kalte Öl muss dennoch möglichst schnell diese Stellen erreichen

5 Kupplung:
Überall soll Öl schmieren, zwischen den Reibscheiben darf es das nicht. Extreme Hitze und Scherkräfte

6 Getriebe:
Zwischen Zahnrädern wird Öl mechanisch gecrackt, Moleküle werden "zerschnitten" oder zerquetscht

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