Motoröl in grossen Höhen (Verdampfung?)

Diskutiere Motoröl in grossen Höhen (Verdampfung?) im Props Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Die FAA schreibt eine Kurbelgehäuseentüftung ins Freie vor, um (wie von mir vorher vermutet) einen plötzlichen Ölverlust zu verhinder...
Doppelnik

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Die FAA schreibt eine Kurbelgehäuseentüftung ins Freie vor, um (wie von mir vorher vermutet) einen plötzlichen Ölverlust zu verhinder:

"Lubrication system: Das Kurbelgehäuse muss in die Atmosphäre entlüftet werden, um einen Ölaustritt durch zu hohen Druck im Kurbelgehäuse zu verhindern"

Mit einem Druck auf Athmospherenniveau ist aber ein hochfliegendes FLugzeug schwer realisierbar, da das Öl bei den üblichen Betriebstemperaturen ausdampfen würde.
 
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Bißchen Schmierstofftechnik, Mineralöl für V-Motoren.

Die Herstellung eines Grundöles durchläuft mehrere Fraktionen des Schweröles. Durch Erwärmen auf "Hausnummer" z. B. 150 Grad entsteht Destillat a), bei 200 Grad b), usw. Das ergibt das jeweilige Grundöl, z. B. SAE 30, 20, etc.

Durch die Hinzugabe eines Verdickers, dessen Molekülketten einem 30-er entsprechen, zu einem SAE 10-er Basisöl ergibt sich ein SAE 10/30, also Mehrbereichsöl.

Die langkettigen Verdicker werden im Laufe der Betriebszeit sinngemäß mechanisch zerschnitten, so dass im Laufe der Zeit der obere Wert immer kleiner wird. (Theoretisch würde irgendwann rein mechanisch ohne Berücksichtigung der chemischen Belastung wieder das 10-er Öl übrig bleiben.)

Die leichtflüchtige(re)n Bestandteile des Schweröles sind somit, je nach Viskosität des Basisöles, bereits bei der Herstellung abgedampft.

Heutige Einbereichs-Mineralöle sind beispielsweise temperaturfest bis 260 °C, dann wird es allmählich gecrackt. (Anm.: das hat nichts mit der 'Flammpunkt'-Angabe zu tun!)

Da in jedem Motor tatsächlich beträchtlich höhere Temperaturen entstehen (AV-Schaft, Top-Ring) wird dort tatsächlich Öl gecrackt, siehe V-Rückstände.

Die Vorgaben an die Menge des tolerierten Verdampfungsverlust im Umlauf gibt die jeweilige API Klassifizierung vor.

In der Höh' ist somit noch reichlich Reserve vorhanden, bis die niedrigste Komponente zu sieden beginnt. Dazu gehört grundsätzlich die Betrachtung, wie es im Kurbelgehäuse ausschaut. Da spritzen nicht nur dicke Öltropfen rum, sondern dort herrscht turbulenter Ölnebel, entstehend durch die Rotation, Oszillation, Hochtemperatur-Nester, Über und Unterdruck ... . Da spielt der atmoshhärische Druck kaum eine Rolle. (Zumal moderne Basisöle im Unterdruckverfahren hergestellt werden.)
 
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Natürlich spielt der Druck da eine erhebliche Rolle, was glaubst Du denn warum die Öle, wie von Dir beschrieben, im Unterdruck destilliert werden? Je niedriger der Druck, desto niedriger die Siedetemperatur. Bei 15.000 m Höhe und nur noch 0,115 bar ist das Problem mit siedenden Bestandteilen sicher gegeben...
 
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Natürlich spielt der Druck da eine erhebliche Rolle, was glaubst Du denn warum die Öle, wie von Dir beschrieben, im Unterdruck destilliert werden?
Nein, spielt keine nennenswerte Rolle. Unterdruckverfahren haben zwei Gründe: Wirtschaftlichkeit, da das zu destillierende Öl nicht so sehr erhitzt werden muß, um das gleiche Ergebnis zu erhalten. Das ist ein gewaltiger Kostenfaktor.
Zum zweiten, weil für einige Öle die gewünschten leichten Fraktionen bei atmosphärischem Druck in zu hohe Temperaturbereiche kämen und somit gecrackt würden.

In den Motoren treten ständig partielle Über- und Unterdrücke auf.
 
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bei angenommenen 100 °C Öltemperatur und nur noch 0,15 bar Absolutdruck wird das mit Sicherheit eine Rolle spielen. Bei Formel 1 Motoren wird beispielsweise der Kurbelgehäusedruck reduziert um die Reibung zu verindern, aber man geht dabei nicht sehr weit (ich meine bis auf 0,5 bar) um eben genau das Aussieden zu verhindern. Dass es in einem Kurbelgehäuse noch vergelichsweise geringe Druckschwellen durch die Kolbenbewegung gibt, ist zwar richtig, ändert aber nichts daran, dass eine Absenkung des Druckniveaus auf 15% der Bodenwerts stattfindet, egal ob mit oder ohne Druckschwankungen.
 
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Sicher ist das alles ein Gesichtspunkt und relevant. Ein wirkliches Thema und systematisches Problem resultierte daraus bislang wohl nicht.

Vor nicht allzu langer Zeit hatten wir hier in einem anderen Thread das Thema 'Rechliner Motor-Kaltstartverfahren', bei dem das Kaltstartverhalten des Motors durch Beimengung eines bestimmten Anteils von (sehr leichtflüchtigem) Kraftstoff (Benzin) verbessert wurde.
Nach dem Flug wurde der verbliebene Rest an Benzin im Motoröl gemessen, um die erneute Zudosierungsmenge an Benzin zu ermitteln. Da war dann nach mehrstündigem Flug also noch ein Benzin-Rest im Motoröl. Etwaige Verdunstungsverluste aus dem Motoröl waren da dann wohl vernachlässigbar.

 
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bei angenommenen 100 °C Öltemperatur und nur noch 0,15 bar Absolutdruck wird das mit Sicherheit eine Rolle spielen.
Nochmal, nein! Wenn das Basisöl bei 200 °C im Unterdruckverfahren destilliert wurde, was soll denn dann in Deiner Höhenluft bei lediglich 100 °C noch verdampfen können? Der Umgebungsdruck senkt richtigerweise den Siedeverlauf, aber selbst der unterste Siedepunkt wird auch bei 0,15 bar nicht annähernd erreicht.

Dass es in einem Kurbelgehäuse noch vergelichsweise geringe Druckschwellen durch die Kolbenbewegung gibt, ist zwar richtig, ändert aber nichts daran, dass eine Absenkung des Druckniveaus auf 15% der Bodenwerts stattfindet, egal ob mit oder ohne Druckschwankungen.
Darum geht es aber nicht, der KH-Überdruck entsteht lediglich durch die Blow-by Gase. Kolbenhübe gleichen sich statisch aus. Es geht um die Stellen, die aufgrund der Hydrodynamik z. B. in Gleitlagern oder an den Zylinderwänden entstehen können.

vielleich macht es jetzt klick...
Noch genauer mag ich es nicht erklären. Bei wirklich tiefgehendem Interesse lies Dich mal in Richtung "Hydrodynamischer Schmierfilmaufbau" ein. Dann können wir weiter fachsimpeln.
 
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Nochmal, nein! Wenn das Basisöl bei 200 °C im Unterdruckverfahren destilliert wurde, was soll denn dann in Deiner Höhenluft bei lediglich 100 °C noch verdampfen können? Der Umgebungsdruck senkt richtigerweise den Siedeverlauf, aber selbst der unterste Siedepunkt wird auch bei 0,15 bar nicht annähernd erreicht.


Darum geht es aber nicht, der KH-Überdruck entsteht lediglich durch die Blow-by Gase. Kolbenhübe gleichen sich statisch aus. Es geht um die Stellen, die aufgrund der Hydrodynamik z. B. in Gleitlagern oder an den Zylinderwänden entstehen können.


Noch genauer mag ich es nicht erklären. Bei wirklich tiefgehendem Interesse lies Dich mal in Richtung "Hydrodynamischer Schmierfilmaufbau" ein. Dann können wir weiter fachsimpeln.
***

Punkt 1: nur weil etwas schon mal bei Unterdruck erfolgreich zum Sieden gebracht wurde, soll dies ein zweites mal nicht mehr möglich sein???

Punkt 2: halbwegs moderne Fahrzeugmotoren haben einen leichten Unterdruck im Kurbelgehäuse um Undichtigkeiten zu verhindern. Bei Flugmotoren (Entlüftung ins Freie) gibt es einen minimalen Überdruck welcher durch den minimalen Strömungswiderstand (=Rüchstau) des Ölabscheidesystems verusacht wird, der ist aber fast vernachlässigbar. die Kolbenunterseiten können speziell bei Boxermotoren nenneswerte Druckdifferenzen im Kurbelgehäuse aufbauen, das hat aber eher Einfluss auf die Verlustleistung als auf das Verdampfen.

Punkt 3: Was in den Gleitlagern für Drücke herschen (bei Dieselmotoren über 1000 bar!) hat überhaubt nichts, aber auch rein gar nichts mit den Drücken im Kurbelgehäuse zu tun!

Punkt 4: weshalb soll ich mich mit Dir über hydrodynamsichen Schmierfilm austauschen sollen (ich hab nebenbei mal eine Studienarbeit über EHD berechnungen desselben geschrieben, das heißt unter Berücksichtigung der Lagerdeformation)? Du hast ***und wirfst Kurbelgehäusedruck und Schmierfilmdrücke durcheinander!
 
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Ich fand die Ausgangsfrage interessant und nachdankenswert. Schön, daß Leute mit Sachverstand und professionellem Hintergrund sich einbringen.

Frank Sinatra hat da sogar mal ein Lied dazu gemacht:

Frank Sinatra schrieb:
And then I go and spoil it all
By saying something stupid like
ziemlicher Quark
gero
 
Doppelnik

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Dann erklät mir mal was ich mit dem Hinweiß auf den Druck in Gleitlagern anfangen soll??? Auch, dass ich mich in hydrodynamische Schmierfilme einlesen soll (danke, nicht nötig) ist reine Klugscheißerei um des Klugscheißens willen. Der Druck im Kurbelgehäuse hat nullkommnix mit dem Druck in den Lagerstellen zu tun, was jedem technsich halbwegs vorgebildeten Menschen klar sein sollte!
 
Whisky Foxtrott

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... Der Druck im Kurbelgehäuse hat nullkommnix mit dem Druck in den Lagerstellen zu tun, was jedem technsich halbwegs vorgebildeten Menschen klar sein sollte!
Hätte der halbwegs gebildete Mensch den Text richtig gelesen, hätte er verstanden, dass es dort um den Unterdruck ging.
 
Doppelnik

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hier geht es die ganze Zeit um Unterdruck, nämlich den im Kurbelgehäuse....
 
Jety

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Hallo zusammen,

Ich mach mir grade Gedanken darüber wieviel wohl von dem Motoröl verdampft wenn ich in grosser Flughöhe im Motor annähernd Umgebungsdruck habe. Wenn man wie die Celera auf 70.000 ft unterwegs ist, wird man wohl auch über diese Frage nachgedacht haben, gibt hierzu irgendwelche Erkenntnisse (WK2 Aufklärungsflugzeuge, Grob Höhenfurschungsflugzeug, Turbinen Öle)?

Natürlich könnte man den Druck im Kurbelgehäuse erhöhen, das würde den Motor aber anfällig für Leckagen machen, von unschönen Flecken bis zum totalen Ölverlust. Vielleicht ist dies auch gar kein Problem und konventionelle Öle dampfen auch fort nicht dramatisch aus..

Grüsse
Dominik
Hallo Dominik,

Deine Gedanken sind rein theoretischer Natur, da sich diese Frage bei einem Flugmotor nur dann stellen würde wenn das Schmierstoffsystem des Motors ausgefallen ist. Sollten also in großer Flughöhe im Motor (Kurbelgehäuse) annähernd Umgebungsdruck herrschen wird der Motor in kurzer Zeit seinen Betrieb einstellen, da eine Versorgung der beweglichen Teile mit Schmierstoff nicht mehr gewährleistet ist. Das Schmierstoffsystem eines Flugmotors besteht unter anderem aus einer Schmierstoffpumpe, die sowohl für den notwendigen Schmierstoffdurchfluss als auch für den notwendigen Schmierstoffdruck sorgt. Damit entsteht auch im Kurbelgehäuse ein Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Das Schmierstoffsystem ist ein in sich geschlossener Kreislauf der nur bei einem Defekt von dazugehörenden Bauteilen zu Undichtigkeiten neigt. Zu einem "Verdampfen" von Öl kommt es in einem solchen System nicht, wenn sich Öl- Temperatur und Druck im zulässigen Bereich bewegen.
 
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hier geht es die ganze Zeit um Unterdruck, nämlich den im Kurbelgehäuse....
Das ist richtig.

Da sich aber ständig Blow-by Gase zwischen Kolben und Zylinder ins Kurbelgehäuse mogeln, herrscht ebendort weitgehend Überdruck.

Wie geschrieben, der temperaturbezogen nur gering absinkende Siedeverlauf durch abnehmenden atmosphärischem Druck ist vernachlässigbar. Die im Unterdruckverfahren hergestellten Öle können im V-Motor ohnehin nicht nochmals abdestillieren.

Um die fruchtlos gewordene Diskussion abzukürzen:
Gäbe es tatsächlich Bedenken/Probleme aufgrund der großen Höhe/des niedrigen Luftdruckes, wären Aero-Öle bezüglich des Einsatzes luftdruckabhängig beschränkt.
Und ebendas sind sie nicht.
 
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Das ist richtig.

Da sich aber ständig Blow-by Gase zwischen Kolben und Zylinder ins Kurbelgehäuse mogeln, herrscht ebendort weitgehend Überdruck.

Wie geschrieben, der temperaturbezogen nur gering absinkende Siedeverlauf durch abnehmenden atmosphärischem Druck ist vernachlässigbar. Die im Unterdruckverfahren hergestellten Öle können im V-Motor ohnehin nicht nochmals abdestillieren.

Um die fruchtlos gewordene Diskussion abzukürzen:
Gäbe es tatsächlich Bedenken/Probleme aufgrund der großen Höhe/des niedrigen Luftdruckes, wären Aero-Öle bezüglich des Einsatzes luftdruckabhängig beschränkt.
Und ebendas sind sie nicht.
zu 1: nein, die Kurbelgehäuseentlüftung muss laut Zulassungsvorschrift so gestaltet sein, dass dort kein Überdruck auftritt, den Strömungswiderstand eines Ölabscheiders kann man hierbei vernachlässigen.

zu2: Alle Flüssigkeiten fangen bei genügend Unterdruck irgendwann an zu sieden, völlig egal wie oft sie vorher mal destiliert worden sind.

zu 3: Die Öle sind für bestimmte Motoren freigegeben, welche für bestimmte Höhen freigegeben worden sind. Kolbenflugmotoren mit 18.000 m Flughöhe (Otto Celera) sind sicher nicht unmöglich, aber auch nicht das woran die Ölhersteller bei ihrer Entwicklung gedacht hatten. Möglicherweise befindet sich der Motor bei der Otto Celera innerhalb der Druckzelle um dieses Problem zu entgegen, dann müsste das Blow By allerdings aufwendig aus dieser herausgepumpt werden.
 
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Hallo Dominik,

Deine Gedanken sind rein theoretischer Natur, da sich diese Frage bei einem Flugmotor nur dann stellen würde wenn das Schmierstoffsystem des Motors ausgefallen ist. Sollten also in großer Flughöhe im Motor (Kurbelgehäuse) annähernd Umgebungsdruck herrschen wird der Motor in kurzer Zeit seinen Betrieb einstellen, da eine Versorgung der beweglichen Teile mit Schmierstoff nicht mehr gewährleistet ist. Das Schmierstoffsystem eines Flugmotors besteht unter anderem aus einer Schmierstoffpumpe, die sowohl für den notwendigen Schmierstoffdurchfluss als auch für den notwendigen Schmierstoffdruck sorgt. Damit entsteht auch im Kurbelgehäuse ein Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck. Das Schmierstoffsystem ist ein in sich geschlossener Kreislauf der nur bei einem Defekt von dazugehörenden Bauteilen zu Undichtigkeiten neigt. Zu einem "Verdampfen" von Öl kommt es in einem solchen System nicht, wenn sich Öl- Temperatur und Druck im zulässigen Bereich bewegen.
Denk doch mal über das nach was Du hier geschrieben hast...

Solange Öl in der Ölwanne ist, wird die Ölpumpe pumpen und Öldruck erzeugen, was wiederrum rein gar nichts mit dem Druck im Kurbelgehäuse zu tun hat...
 
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zu2: Alle Flüssigkeiten fangen bei genügend Unterdruck irgendwann an zu sieden, völlig egal wie oft sie vorher mal destiliert worden sind.
Wenn eine Flüssigkeit bei einem bestimmten erniedrigten bzw. noch niedrigerem Druck destilliert wurde und dieses Destillat dann bei den definierten oder höheren Druckbedingungen und gleichen bzw. niedrigeren Temperaturen verwendet wird, kann da auch nichts mehr anfangen zu sieden. Das ist dann physikalisch unmöglich.
 
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zu 1: nein, die Kurbelgehäuseentlüftung muss laut Zulassungsvorschrift so gestaltet sein, dass dort kein Überdruck auftritt, den Strömungswiderstand eines Ölabscheiders kann man hierbei vernachlässigen.
Richtig. Aber dass im Inneren des KH der Gasdruck immer höher ist als in der jeweiligen Atmosphäre ist dennoch auch bei Dir ohne Zweifel? Denn sonst müßte es ja keine Entlüftung geben.

zu2: Alle Flüssigkeiten fangen bei genügend Unterdruck irgendwann an zu sieden, völlig egal wie oft sie vorher mal destiliert worden sind.
>>> s. o. # 39!

zu 3:
___ ... aber auch nicht das woran die Ölhersteller bei ihrer Entwicklung gedacht hatten.
Falsch. Nicht der Schmierstoffhersteller macht nach eigenem Gutdünken die Vorgaben, sondern der Triebwerkhersteller![/QUOTE]
 
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