VSI - Verband Schmierstoff Industrie e.V.

Getriebeöle

Getriebeöle sind flüssige Schmierstoffe, die für den Einsatz in ortsfesten oder mobilen Anlagen eingesetzt werden. Je nach Anwendung werden sie als Industriegetriebeöle oder für den Einsatz in Fahrzeugen (KFZ-Getriebeöle) ausgelegt.

Im Allgemeinen werden für Marine- und Bahnanwendungen Industriegetriebeöle eingesetzt, da die Anforderungen mehr denjenigen stationärer Getriebe ähneln als den in KFZ gebräuchlichen Getriebetypen.

Industriegetriebeöle

Die Bandbreite der für Einsätze in Industrieanlagen verwendeten Getriebetypen ist sehr groß. Alle Typen werden in vielen Baugrößen und Leistungsbereichen eingesetzt.

Die am weitesten verbreiteten Typen sind Stirnradgetriebe, meist mit schräger Verzahnung. Ebenfalls weit verbreitet sind Kegelradgetriebe, auch in Kombination mit Stirnradgetrieben – zur Umlenkung des Kraft- und Momentenflusses. Planetengetriebe werden zur Realisierung großer Drehzahlsprünge eingesetzt; Schneckengetriebe sind hingegen im niedrigen Drehzahlbereich im Einsatz. Weitere Bauformen sind Gleitlagergetriebe (ebenfalls bei hohen Drehzahlen (z. B. an Reglern für Turbinen) und Hypoidgetriebe.

Getriebe dienen zur Übertragung und Umformung  von Bewegungen, Kräften und Momenten. Es könnte dabei sowohl die Drehrichtung als auch die Richtung der Bewegung geändert werden. Es gibt Getriebe mit fester Übersetzung – dem Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsdrehzahl -, schaltbare Getriebe mit mehreren Übersetzungsstufen und stufenlose Getriebe, bei denen das Übersetzungsverhältnis über einen weiten Bereich variabel ist.

Leistungsbereiche richten sich nach den erforderlichen Gegebenheiten bzw. dem Bedarf und variieren von einigen Watt bis zu mehreren MW. Die Baugrößen richten sich nach der jeweiligen Einbausituation, werden aber tendenziell kleiner, so dass die Energiedichte steigt.

Obwohl moderne Getriebe bereits mit sehr guten Wirkungsgraden arbeiten wird dennoch ein Teil der durchgeführten Leistung über die unvermeidliche Reibleistung in Wärme umgewandelt. Mit zunehmender Energiedichte steigt auch die abzuführende Wärme an. Um sowohl eine zuverlässige Versorgung mit Schmierstoff als auch eine ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten, muss die Zuführung des Getriebeöls anforderungsgerecht erfolgen. In der Mehrzahl der Getriebe wird eine Ölbadtauchschmierung erfolgreich eingesetzt. In größeren und auch in schnelldrehenden Getrieben wird eine Druckumlaufschmierung eingesetzt.

Die Anforderungen an Getriebeöle werden von zahlreichen Faktoren bestimmt:

  • Der Schmierfilm muss bei jedem Zahneingriff neu aufgebaut werden.
  • Die (Gleit-) Geschwindigkeiten (im Schmierspalt) sind nicht konstant.
  • Die Flächenpressungen im Zahneingriff sind sehr hoch.

Daraus resultiert, dass ein gewisser Mischreibungsanteil unvermeidbar ist. Neben den allgemeinen Anforderungen an Schmierstoffe beeinflussen die vorgenannten Aspekte die Auslegung des Getriebeöles – und auch die entsprechende Auswahl für den jeweiligen Einsatz – besonders. Sowohl physikalische Aspekte (Viskosität, Viskositätsindex, Viskositäts-Druck-Koeffizient) als auch chemische (Additivierung) werden so aufeinander abgestimmt, dass Reibung und Verschleiß vermieden werden. Weitere Getriebeeigenheiten, die neben der Konstruktion Einfluss auf die Schmierung haben können, sind fertigungsbedingt und/oder betriebsbedingt. Bei den fertigungsbedingten Faktoren sind vor allem Härte und Oberflächengüte der Zahnflanken zu nennen, bei den betriebsbedingten sind es Belastung, Lastwechsel, Temperatur und Drehzahl sowie Stoßbelastung.

Wegen der Komplexität einerseits und der weiten Anwendungsbereiche ist eine Standardisierung, d. h. Festlegung von Mindestanforderungen, sinnvoll. Die Anforderungen für Getriebeöle sind in DIN 51517 festgelegt. Für spezielle Anwendungen werden herstellerspezifisch zusätzliche Prüfungen und Feldteste zum Nachweis der Eigenschaften des Getriebeöls gefordert.

DIN 51509 beschreibt die Auswahl von Schmierstoffen für Zahnradgetriebe; Teil 1 gilt für  Schmieröle, Teil 2 für plastische Schmierstoffe, d. h. Fette.

Die ISO VG–Klassen gelten für Getriebeöle wie bereits beschrieben (Industrieschmierstoffe). Die niedrigeren ISO VG (22 – 68) werden hauptsächlich in schnelllaufenden Getrieben eingesetzt, während im Gros der Anlagen üblicherweise Getriebeöle mit höheren ISO VG (220 – 680) zur Anwendung kommen.

ISO VG Mittelpunktviskosität mm²/s 40°C Kinematische Viskosität min. mm²/s 40°C Kinematische Vikosität max. mm²/s 40°C
22 22 19,8 24,2
32 32 28,8 35,2
46 46 41,4 50,6
68 68 61,2 74,8
100 100 90,0 110
150 150 135 165
220 220 198 242
320 320 288 352
460 460 414 506
680 680 612 748
1000 1000 900 1100
1500 1500 1350 1650

Ergänzend zur richtigen Auswahl des Getriebeöles helfen die Einhaltung bestimmter Randbedingungen, die Lebensdauer von Öl und Getriebe zu verlängern. Zuvorderst ist hier die Öltemperatur zu nennen. Wenn sie zu hoch ist, begünstigt sie eine schnellere Ölalterung, das bedeutet eine Verkürzung der Gebrauchsdauer. Ein Anstieg der Öltemperatur ist oft ein Indiz für eine Störung oder gar ein Schaden im Getriebe.

Ebenfalls spielt die Ölreinheit auch für Getriebeöle eine Rolle, weil die im Getriebe verbauten Lager entsprechende Anforderungen an den Schmierstoff stellen.

Der Ölstand sollte sich ebenfalls in dem vom Hersteller empfohlenen Bereich befinden. Zu niedriger Ölstand kann zu Mangelschmierung führen, zu hoher Ölstand hingegen zu Planschverlusten und einer Verschlechterung der Öleigenschaften.

Durch regelmäßige Untersuchungen der Gebrauchtöle kann man bei großen Getriebefüllungen den Zustand kontinuierlich überwachen und so Pflege- und Wartungsaktivitäten planen.

KFZ-Getriebeöle

In Kraftfahrzeugen finden folgende Getriebe Anwendung:

  • Schaltgetriebe (manuelle Schaltung, Doppelkupplungsgetriebe)
  • Planetengetriebe ( Automatik)
  • Hypoidgetriebe (Achsantrieb)
  • Verteilergetriebe (Mehrere Antriebsachsen)
  • Untersetzungsgetriebe (Gelände-/Schwerlastbetrieb)

Alle genannten Getriebe sind Zahnradgetriebe oder Kegelradgetriebe.

Anders als bei Industriegetrieben gibt es weniger nationale, sondern eher internationale Standards. Die gebräuchlichste Klassifizierung ist die des American Petroleum Institutes (API), die eine Kombination aus Buchstaben (GL = gear lubricant) und Zahlen (zur Differenzierung des Leistungsvermögens) zur Einteilung verwendet.

Eine Übersicht gibt folgende Tabelle:

Klasse Anwendungen, Betriebsbedingungen
API GL-1 (inaktiv) Diese Öle sind ausgelegt für Anwendungen in Schaltgetrieben, die unter leichten Bedingungen hinsichtlich niedriger Flächenpressung und niedriger Gleitgeschwindigkeiten arbeiten, für die unlegierte Öle ausreichen. Antioxidantien, Korrosionschutzadditive, Entschäumer oder Pour Point - Erniedriger können eingesetzt werden, um die Charakteristik für den vorgesehenen Einsatz zu verbessern. Reibwertverbesserer und EP Additive sind nicht erlaubt.
API GL-2 (inaktiv) Bezeichnet Öle für Anwendungsbedingungen in Schneckengetrieben für Achsen in Kraftfahrzeugen, die unter Betriebsbedingungen hinsichtlich Last, Temperatur und Gleitgeschwindigkeiten arbeiten, die von API GL 1 nicht abgedeckt werden.
API GL-3 (inaktiv) Öle für Anwendungen in Schaltgetrieben und Kegelradgetrieben unter leichten bis mittleren Anforderungen hinsichtlich Drehzahl und Last. Diese Anforderungen verlangen Öle mit einem höheren Lasttragevermögen als API GL-1 Öle, aber unterhalb der Anforderungen für Öle, die API GL-4 erfüllen.
API GL-4 Bezeichnet Öle für die Anforderungen von Kegelrad- und Hypoidgetrieben in Antriebsachsen, die unter moderaten Last- und Drehzahlbedingungen laufen. Diese Öle können auch in ausgewählten Schalt- und Transaxle-Getrieben eingesetzt werden.
API GL-5 Bezeichnet Öle für Anforderungen in Getrieben, insbesondere Hypoidgetrieben (Differenzial) in Kfz Achsantrieben bei hoher Drehzahl und/oder niedriger Drehzahl und hohen Drehmomenten. Öle, die gemäß den Spezifikationen MIL-L-2105D (zuvor MIL-L-2105C), MIL-PRF_2105E und SAE J2360 freigegeben sind, erfüllen die Anforderungen für API GL-5.
API GL-6 (inaktiv) Bezeichnet Öle für Anwendungen in Getrieben mit einem sehr großen Ritzelversatz. Solche Bauweisen erfordern (typischerweise) Fressschutz (für die Zähne) über das in API GL-5 Ölen enthaltene Maß hinaus. Die ursprünglich für API GL-6 erforderlichen Tests sind nicht mehr in Gebrauch.

Die API-Klassen GL-1, GL-2, GL-3 und GL-6 sind von SAE 1995 als „inaktiv“ eingestuft worden. Getriebeöle können jedoch weiterhin mit diesen Bezeichnungen vermarktet werden.

Für Automatikgetriebe werden spezielle Automatic Transmission Fluids (ATF) eingesetzt. Sie sind dafür ausgelegt, sowohl die Schmierung der Zahnräder sicherzustellen als auch die Anforderungen der Hydraulikkomponenten zur Steuerung der Stufenwechsel abzudecken. Hier haben sich insbesondere Firmenspezifikationen der (Getriebe)-Hersteller durchgesetzt, z. B. Dexron (General Motors), Mercon (Ford) und ZF, um nur einige zu nennen.

Die meisten Hersteller (Fahrzeug und/oder Getriebe) haben zum Nachweis der Eignung von Getriebeölen und ATF für den Einsatz in ihren Fahrzeugen zusätzliche Tests vorgeschrieben und erteilen spezifische Freigaben für Fluide. Nur qualifizierte Öle werden vorgeschrieben bzw. empfohlen.

Diese Vorschriften (in den Betriebsanleitungen) sollten unbedingt beachtet und befolgt werden.

Die Anforderungen an Kfz-Getriebeöle steigen kontinuierlich, weil die Trends im Automobilbau zu Gewichtseinsparung und zunehmender Kapselung von Aggregaten zu kleineren Bauformen führen. Die zu übertragende Leistung – und damit die Leistungsdichte – steigt, die Anzahl der Getriebestufen nimmt zu und die Kapselung der Fahrzeuge führt zu höheren Umgebungstemperaturen für die Getriebe.

Neben der Beschreibung der Leistungsklassen ist zur Auswahl ebenfalls die Viskosität entscheidend. Auch hier haben sich – aus den gleichen Gründen – international festgelegte Klassen durchgesetzt. Die Einteilung wurde von der Society of Automotive Engineers (SAE) vorgenommen.

Für Getriebeöle wurden folgende SAE-Klassen definiert:

SAE-Klasse Max. Temperatur bei 150000 cP [°C] (ASTM D 2988) Min. Viskosität [mm²/s] bei 100°C (ASTM D445) Max. Viskosität [mm"/s] bei 100°C (ASTM D445)
70W -55 3,72 -
75W -40 4,4 -
80W -28 5,29 -
85W -12 6,46 -
80 - 8,02 <11,0
85 - 10,15 <13,5
90 - 13,13 <18,5
110 - 17,4 <24,0
140 - 23,74 <32,5
190 - 33,33 <41,0
250 - 48,49 -

Gebräuchlich sind entweder Einbereichs-Getriebeöle (z. B. SAE 90) oder Mehrbereichs-Getriebeöle (SAE 75W-90), wobei die mit „W“ gekennzeichnete SAE-Klasse die Eignung für den Einsatz bei tiefen Temperaturen kennzeichnet (W stammt von Winter). In den gemäßigten Breiten spielen i. A. nur die Klassen SAE 70W bis SAE 90 eine Rolle, von spezifischen Anwendungen einmal abgesehen.

Im Rahmen der angestrebten Reduzierung der CO2-Emissionen werden auch in Getrieben Öle mit möglichst niedrigen SAE-Klassen eingesetzt, um auch hier Verluste zu reduzieren. Die zu verwendenden SAE-Klassen sind von den Fahrzeugherstellern aus technischen Aspekten festgelegt worden und sollten unbedingt befolgt werden.

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