Zur Geschichte der Tribologie und der Schmierung/Nachhaltigkeit
I. Eine tribologische Geschichte von der Steinzeit zur Weltraumforschung

Zitaten-Splitter:
Aus der Not wird man klug!
  Not macht erfinderisch: So müssen schon die Menschen in der Jungsteinzeit (4000–1800 v. Chr.) empfunden haben. Man darf durchaus annehmen, dass Sumerer und Ägypter zur Reibungsminderung "Schmierstoffe" einsetzten (Bitumen, Tier- und pflanzliche Öle, Wasser).

Quelle:
Bartz, Wilfried J.:
Zur Geschichte der Tribologie, S. 8, Bild 2.4 expert verlag, 1988 (Handbuch der Tribologie und der Schmierungstechnik; Bd. 1

Bild 2.4: Transport der Statue des Ti um 2400 v. Chr. (Grab bei Saqqara)
a) Gesamtbild
b) Ausschnitt 		 
Definitions-Splitter:
Tribologie ist die wissenschaftliche Erforschung der Reibung, Schmierung und des Verschleisses.
Tribologe setzt Schmierstoff ein (Wasser), rückwärts vor dem Schlitten schreitend.  


Quelle:
Bartz, Wilfried J.:
Zur Geschichte der Tribologie, S. 9, Bild 2.5 expert verlag, 1988 (Handbuch der Tribologie und der Schmierungstechnik; Bd. 1
 
Bild 2.5: Transport einer Ägyptischen Statue um 1880 v. Chr. (Grab des Tehuti-Heteb, El-Bersheh)
  Tribologe setzt Schmierstoff ein (Wasser), er fährt auf dem Schlitten mit.
-> Fazit: Fortschritt nach 520 Jahren.


    In den weiteren zeitgeschichtlichen Epochen werden nach wie vor hauptsächlich pflanzliche Öle und tierische Fette als Gleit- und Antiverschleissmittel eingesetzt. Man darf aber auch annehmen, dass Bitumen (aus dem Boden austretendes Erdöl) eine gewisse Verwendung fand, wie auch schon im Altertum.


Definitions-Splitter:
Die Tribotechnik befasst sich darüber hinaus mit der Wert-erhaltung von Maschinen und Werkzeugen, der Vereinfachung des Schmierstoff-einsatzes, der Minimierung von Energie-verlusten, diesbezüglichen Umweltbelangen, kostengünstige Produktion und zielgerichtete programmierte Wartung.


Quelle:
Bartz, Wilfried J.:
Zur Geschichte der Tribologie, S. 3, Bild 1.3 expert verlag, 1988 (Handbuch der Tribologie und der Schmierungstechnik; Bd. 1


Definitions-Splitter:
"Schmieren" aus dem Mittelhochdeutschen "smirn" zur Lagerschmierung (= rohes Tierfett).
 
Bild 1.3: Keilschriftzeichen für Erdölprodukte


Zeitgeist-Splitter:
1470: 1. und 2. Reibungsgesetz nach Leonardo da Vinci
1687: Newton definierte die Viskosität
  Die Renaissance (15. bis 16. Jahrhundert) wird als Beginn der eigentlichen Tribologie bezeichnet. Grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich Reibung und Verschleiss bringen jedoch keine neuen Entwicklungen der Schmierstoffe.


Definitions-Splitter:
Erdöl, hauptsächlich aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen bestehendes dünn- bis dickflüssiges, öliges Gemenge, als Rohstoff in natürlichen Lagerungen. Aus tierischen und pflanzlichen Organismen durch bakteriellen anaeroben Abbau entstanden, durch Druck des Deckgebirges aus dem Muttergestein gepresst und in so genanntem Speichergestein eingeschlossen.
  Man musste bis zur industriellen Revolution (1750-1850) und der ersten Erdölbohrung (E. L. Drake in Titusville, 1859) warten, um Fortschritte in der Schmierstoff-Entwicklung zu erzielen. Diese ergaben sich aus Erkenntnissen der Strömungsmechanik und der viskosen Strömung sowie aus der steigenden Nachfrage der industriellen Entwicklung nach Volumen und Qualität der Schmierstoffe und der rapiden Verdrängung der pflanzlichen und tierischen Öle durch die Mineralöle; letztere wurden durch Destillation und Raffination aus Erdöl, Schiefer und Kohle gewonnen.


Fast explosionsartig erscheint uns die Entwicklung der nächsten 150 Jahre – sie decken sich nahezu mit dem schweizerischen Bundesstaat (Anmerkung eines Historikers).

Die Epoche von 1850 bis 1925 wird als jene des "technischen Fortschritts" bezeichnet. Die Eisenbahnen stehen im Zentrum der gesellschaftlichen Ereignisse; von der Starrschmierung (Vorläufer der Fette) geht man über zu den flüssigen Schmierstoffen für die Schmierung der Lager und Gleitbahnen. Es werden mit wichtigen Entdeckungen die Grundlagen der modernen Tribologie geschaffen. Den gestellten höheren Anforderungen stand nun in fast unbegrenzter Menge ein preiswerter Schmierstoff zur Verfügung: das mineralölbasische Schmieröl, dessen breite qualitative Palette in fast allen Zweigen der Technik eingesetzt werden konnte.


Definitions-Splitter:

Additivierung: Beifügen von Zusätzen (Additive).

Additive: Chemische Verbindungen, die den Schmierstoffen beigefügt werden, zwecks Verleihung gewünschter Eigenschaften.
  Das eigentliche Zeitalter der Tribologie nimmt seinen Anfang nach dem Ersten Weltkrieg (ab 1925). Hohe Belastungen, Geschwindigkeit und Temperaturen kennzeichneten eine zunehmende Beanspruchung der Reibpaarung. Die Grenze der damals physikalischen Eigenschaften der Schmierstoffe musste den verschärften Bedingungen angepasst werden.


Zeitgeist-Splitter:
Weltraumforschung nicht ohne MoS2
  Wenn auch die Vorstufe der technologischen Entwicklung und der Additivierung auf das 19. Jahrhundert zurückgeht, so begannen die neuzeitlichen Konzepte dieser Schmierstoff-Additivierung erst in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts. Es entstanden Viskositäts-Index-Verbesserer, Pourpoint-Verbesserer, Oxydations- und Korrosionsinhibitoren usw., also eine ganze Palette von Schutzvorkehrungen. Parallel dazu begann die Entwicklung der Syntheseöle, hervorgerufen von extremen Beanspruchungen durch hohe und höchste Temperaturen. Trotz ihrer grossen Bedeutung ist der Anteil der Synthese-Schmierstoffe nur bei rund 5 Prozent der konventionellen Schmierstoffe. Nach dem Zweiten Weltkrieg setzte man sich mit dem Festschmierstoff Molybdändisulfid (MoS2) auseinander, einem aussergewöhnlichen Schmier-stoff für aussergewöhnliche Bedingungen: genau richtig für den Einsatz in der Weltraum-forschung.


II. Wie entstehen Schmierstoffe und was sind sie

Definitions-Splitter:
Basisöl + Additive = Schmierstoff

Definitions-Splitter:
Ein 2-phasiges-Destillations-System:
atmosphärische und Vakuum- Destillation
  Ein 2-phasiges Destillationssystem liegt der Herstellung der Schmierstoffe zugrunde. Vom Grundstoff "Rohöl" wird nur ein verhältnismässig geringer Teil zu Schmierstoffen verarbeitet.
Das nachstehende Schema zeigt in vereinfachter, aber verständlicher Weise, wie die Basisöle für die Herstellung von Schmierstoffen gewonnen werden.


  Destillation von Rohöl:
  Bürgi M. / Gehr B. (1997), Erdöl, Erdölvereinigung Zürich, Kap.II.2.2, S.99
     
    Einsatz von Schmierstoffen am Beispiel eines Kolbenmotors:  
    Bürgi M. / Gehr B. (1997), Erdöl, Erdölvereinigung Zürich, Kap. II.4.4, S. 113  
     


Definitions-Splitter:
Schmieröl + Seife = Schmierfett
Fett kann auch Lagerstellen gegen Staub und Wasser dichten.
  In den letzten Jahrzehnten sind die Anforderungen an die Schmieröle drastisch gestiegen: Um eine sichere Schmierung zu gewährleisten, wurden vermehrt synthetische Schmierstoffe eingesetzt, die ihrerseits auch vorwiegend aus Erdöl hergestellt werden, aber auf dem Umweg einer chemischen Synthese. Synthetische Schmieröle zeichnen sich aus durch hohe thermische Stabilität, niedrigen Reibungskoeffizienten, gute Metallbenetzbarkeit, geringe Verdampfneigung, Wassermischbarkeit und sind schwerer entflammbar.
Nahe Verwandte der Schmieröle sind die Schmierfette 		 


    Für viele Schmierstellen wird Schmierfett anstelle von Öl benutzt, weil Öl auslaufen würde. Schmierfette sind eingedickte Schmieröle; als Dickungsmittel dienen z.B. Lithium-, Calcium-, Aluminiumseifen; anorganische Aufsteifmittel (z.B. Bentonit).

Ein weiterer naher Verwandter sind die Prozessöle, die bei der Herstellung eines Erzeugnisses eingesetzt werden und als Komponenten in Fertigprodukten enthalten sind (Reifen, technische Gummiartikel, Druckfarben, Kosmetika, Kunststoffe usw.).

Der Anwendungsbereich der Schmierstoffe ist von grösster Bedeutung, denn "nichts läuft ohne Schmierung". Die vielfältige Palette der Schmierstoffe – man schätzt diese auf rund 30.000 – lässt sich in einige Hauptgruppen einteilen:
     



III. Nachhaltigkeit: das Dreigestirn Ökologie, Ökonomie, Soziologie

Zeitgeist-Splitter:
Nachhaltigkeit auf höchster Ebene von Bundesrat Pascal Couchepin: "Ich wünsche mir eine anhaltend dynamische Schweiz, welche Veränderungen und Wachstum als Chance begreift und nicht als Bedrohung von Ökonomie und Sozialem."
Unverkennbar ist die Bedeutung der Schmierstoffe für die Nachhaltigkeit.

Wir zitieren hierzu Fachleute, die sich im Lehrbuch der Erdölvereinigung, Version 2.0, Fachwissen Mineralölprodukte/ Schmierstoffe, S. 2, mit der Nachhaltigkeit der Erdölprodukte und insbesondere der Schmierstoffe auseinander gesetzt haben:
[...] "Der Anteil der Schmierstoffe am gesamten Mineralölverbrauch beträgt weltweit im Durchschnitt etwa 0,8 Prozent, in hoch industrialisierten Ländern bis rund 1 Prozent. Die volkswirtschaftliche Bedeutung der Schmierstoffe ist jedoch weit grösser, als ihr verhältnismässig geringer Anteil am Mineralölmarkt vermuten lässt. Durch Reibung werden 30 Prozent der auf der Welt erzeugten Energie verbraucht, durch Verschleiss entstehen Jahr für Jahr Milliardenverluste.
Konstrukteure wissen heute, dass der Schmierstoff nicht nur ein notwendiger Betriebsstoff, sondern ein Konstruktionselement ist. In schmiertechnischer Hinsicht ausgereifte Konstruktionen und eine richtige Schmierung helfen Energie sparen, Stillstandsverluste und den Aufwand für Ersatzteile und Instandsetzung zu vermindern und die Verfügbarkeit des Maschinen- und Geräteparks zu erhalten. Die Schmierstoffe selbst werden durch intensive Forschung ständig weiterentwickelt." [...]