Ei ole samantekevää, mitä voitelurasvaa käyttää

Voitelurasvat ovat koneiden voiteluhuollon kannalta aivan yhtä tärkeitä kuin öljyt. Oikeastaan rasvat ja öljyt eroavat toisistaan paljon vähemmän kuin niiden ulkoisen olemuksen perusteella voisi päätellä.

Samoin kuin voiteluöljyn, myös voitelurasvan tarkoituksena on muodostaa öljykalvo toisiaan vasten liikkuvien koneen osien väliin. Molempien voiteluainetyyppien avulla vähennetään kitkan tuomaa tehonhukkaa ja lisätään koneen osien käyttöikää.

Ja aivan samoin kuin öljyjä käytettäessä, on rasvoja käytettäessä tiedettävä, mikä rasva sopii mihinkin tarkoitukseen. Ei auta, vaikka pyrkisi ostamaan miten korkealaatuista rasvaa tahansa. Tuotteen korkeasta laadusta ei ole paljon apua, jos se ei sovellu aiottuun kohteeseen.

Voitelurasvojen kohdalla pätee aika pitkälle vanha väittämä: kaikkea hyvää ei voi saada kerralla. Vaikka rasvalla olisi kuinka erinomaiset ominaisuudet jossain suhteessa, voi näistä hyvistä ominaisuuksista olla seurauksena vaikkapa heikko kuuman kesto.

Voitelurasvoista on kerrottu varmaankin lähes kaikissa konetekniikan opaskirjoissa ja konealan opetusta nauttineille pitäisi asioiden olla periaatteessa tuttuja. Sekä toimituksessa että lähipiirissä tehtyjen kyselyjen perusteella totesimme kuitenkin, että nämä asiat ovat tehokkaasti unohtuneet. Siksi kokosimme Koneviestiin tämän koosteen voitelurasvoista.

Mitä voitelurasva on?

Voitelurasvan perusaine on öljy, joko mineraaliöljy tai joissain tapauksissa synteettinen öljy. Öljy paksunnetaan erilaisten saentimien avulla. Kyse ei siis ole luontaisesti paksusta öljystä. Tarkoituksena on saada aikaan voiteluaine, joka pysyisi mahdollisimman hyvin sellaisessa koneen osassa, jota ei voi tehokkaasti voidella tavallisella öljyllä.

Rasvavoitelu ei öljyyn verrattuna voitele paremmin, vaan käytännössä rasvavoidellun laakerin öljykalvo jää jopa hieman ohuemmaksi. Rasvavoitelulla on kuitenkin monia etuja ja kuten sanottu, monissa tapauksissa se on ainoa vaihtoehto.

Rasvavoitelun merkittävä etu on voiteluaineen hyvin pieni menekki ja pitkä käyttöikä. Se tuo säästöä kustannuksiin. Rasvan huono ominaisuus on se, että sitä ei voi suodattaa ja niinpä likaantumiselle alttiissa koneenosissa se on uudistettava tuomalla voitelukohteeseen uutta rasvaa tasaisin väliajoin.

Suurin osa on perusöljyä

Perusöljy muodostaa pääosan rasvan koostumuksesta (tyypillisesti n. 90 %), ja sen vaikutus rasvan voiteluominaisuuksiin on merkittävä. Valitessa kuhunkin koneen osaan sopivaa rasvaa konevalmistaja lähtee yleensä siitä, että rasvan perusöljyn viskositeetin on oltava yhtä suuri kuin vastaavantyyppiseen öljyvoideltuun kohteeseen valittavan voiteluöljyn viskositeetti.

Suurin osa työkoneissa käytettävissä rasvoista perustuu mineraaliöljyihin, joiden tarjoamat ominaisuudet riittävät hyvin niissä olosuhteissa, missä koneita on yleensä mahdollista käyttää. Synteettiset silikoni- tai fluoriöljypohjaiset rasvat kestävät esimerkiksi korkeita, jopa yli 200 asteen lämpötiloja tai toisaalta säilyttävät juoksevuutensa hyvin kylmissä olosuhteissa.

Esteripohjaisesta perusnesteestä valmistetut synteettiset rasvat eivät sovellu käytettäväksi elastomeeritiivisteiden kanssa. Synteettisestä perusnesteestä valmistetut voitelurasvat ovat aina selvästi kalliimpia kuin mineraaliöljystä valmistetut.

Saentimet

Saentimet muodostavat voitelurasvojen toisen perusrakenneosan. Saentimena toimii yleensä jokin saippuoihin luokiteltava aine. Se voi olla metallisaippua, metallikompleksisaippua, orgaaninen ei-saippuayhdiste tai epäorgaaninen yhdiste.

Saentimen tulee olla öljyyn huonosti liukenevaa ja ominaisuuksiltaan sellaista, että se haittaa mahdollisimman vähän varsinaista voitelutehtävää. Vaikka saennin tavallaan osallistuu voiteluun, on se silti verrattavissa voiteluaineen pehmeisiin epäpuhtauksiin.

Nimitys saippua viittaa saippuoivan komponentin eli emäksen ja rasvahapon suolaan, jota kemiassa kutsutaan saippuaksi. Esimerkiksi litiumhydroksidin ja stearaattihapon suola on yksi rasvan saentimena käytetty saippua. Kompleksisaippua on emäksen ja kahden tai useamman rasvahapon yhteinen reaktiotuote.

Saentimina toimivien aineiden voidaan ajatella olevan tietyllä tavalla kuitumaisia ja eri saentimilla on erilaiset kuidun pituudet. Siksi puhutaan lyhyt- ja pitkäkuituisista rasvoista. Pitkäkuituisuus näkyy yleensä rasvan taipumuksena venyä eli sen molekyylien välinen sidos on voimakas. Tämä ei automaattisesti tee rasvasta parempaa, vaikka joskus rasvojen markkinoinnissa niin saatetaan väittää.

Litiumsaippuarasvat

Litiumperustainen voitelurasva on suhteellisen uusi tulokas. Se kehitettiin vasta toisen maailmansodan aikana tarkoituksena saada aikaan pakkasta hyvin kestävä rasva. Luontaiselta väriltään tämä rasva on läpikuultavan kellanruskeaa tai joskus myös violetin sävyistä.

Nykyisin se on kaikkein eniten käytetty rasvatyyppi juuri laajan käyttölämpötila-alueen vuoksi. Pakkaskestävyys voi olla jopa -60 °C. Tavallisesti käyttölämpötila on välillä -35 - +120 °C. Tippumispiste on noin 180 °C.

Litiumsaippuarasvoilla on erinomainen leikkautumiskestävyys. Se kiinnittyy hyvin metallipinnoille ja estää laakereiden kulumisen. Litiumsaippuarasva on veteen liukenematonta ja siksi se myös torjuu korroosiota tehokkaasti. Ajoneuvojen alustavoitelu- ja pyöränlaakerirasvat ovat edellä mainituista syistä yleensä litiumsaippuarasvoja.

Jos rasvan on tarpeen kestää hyvin kovia ja iskumaisia kuormia, joita esiintyy esimerkiksi kaivinkoneiden puomin nivelissä, voidaan siihen lisätä molybdeenidisulfidia (MoS2) hienojakoisena jauheena.

Tämä tekee siitä erityisen sopivan sekä ajoneuvojen että työkoneiden hyvin raskaasti kuormitettuihin liukulaakereihin. Molybdeenisulfidia sisältävät rasvat ovat metallisen mustia. Grafiitti on toinen kiinteänä voiteluaineena käytetty lisäaine.

Kalsiumsaippuarasvat

Kalsiumsaippuarasva oli aikaisemmin hyvin yleinen rasvatyyppi. Perusmuodossaan se muistuttaa melko jäykän rakenteensa puolesta voita ja sen venyvyys on hyvin vähäinen, mikä johtuu pienestä kuidun pituudesta.

Se kuitenkin kiinnittyy hyvin metallipintoihin, joten se soveltuu hyvin sellaisten liukulaakerien voiteluun, joita voidellaan harvoin. Myös niveltappien voiteluun kalsiumrasva sopii erinomaisesti.

Sen sijaan se ei sovi nopeasti pyöriviin laakereihin kuten rulla tai kuulalaakereihin, sillä keskipakoisvoima heittää sen pois kuulien ja rullien väleistä ja vastaavasti huono juoksevuus estää sitä palaamasta takaisin voideltavalle pinnalle.

Kalsiumsaippuarasvalla on hyvät ominaisuudet vettä vastaan; se ei helposti sekoitu mekaanisesti veden kanssa (emulgoidu) eikä se siten peseydy pois voitelukohteesta. Kalsiumsaippuarasvat kestävät melko hyvin myös kylmiä olosuhteita. Sen sijaan lämmönkesto on monilla laaduilla ongelma, jos saennin sisältää vettä. Parhaimmillaan maksimikäyttölämpötila on silloin noin 90 °C.

Punaisia rasvoja

Perinteisten kalsiumsaippurasvojen koostumukseen luontaisesti kuuluva vesi aiheuttaa ongelmia kuumissa olosuhteissa. Mikäli tämä vesi poistuu liian korkean lämmön vaikutuksesta, menettää rasva tällöin kiinteytensä ja muuttuu vellimäiseksi puolijuoksevaksi nesteeksi.

Nykyisin on saatavana paksuista mineraaliöljyistä ja vedettömästä kalsiumsaentimesta valmistettuja rasvoja, joiden erikoisominaisuuksia ovat hyvä kiinnitarttuvuus ja veden kesto. Koska saennin ei sisällä vettä, voi rasvaa käyttää kiehumispistettä kuumemmissa kohteissa. Maksimikäyttölämpötilat ovat 120–60 °C laadusta riippuen.

Edellä mainitut rasvat sopivat maansiirto-, maatalous- ja metsäkoneiden niveltappien voiteluun sekä ajoneuvokaluston alustan voitelukohteisiin. Niitä voi käyttää myös hitaasti pyörivien liuku- ja vierintälaakereiden voiteluun, mutta niitä ei pidä käyttää pyöränlaakerien tai muiden nopeasti pyörivien laakerien voiteluun.

Kalsiumsaippuarasvan iskunkesto-ominaisuuksia voidaan parantaa lisäämällä siihen EP-lisäaineistus. Se ehkäisee voideltavien kohteiden kulumista raskaassa ja iskumaisessa kuormituksessa.

Näille rasvoille jotkin valmistajat ovat antaneet voimakkaan punaisen värin. Tosin myös muun tyyppisiä rasvoja voidaan valmistaa punaiseksi värjättynä, joten väri ei riitä rasvan tunnistamiskeinoksi.

Natriumperustaiset rasvat

Natriumsaippuarasvat olivat aikaisemmin suosittu rasvatyyppi, koska se on hyvin pitkäkuituinen ja kestää jopa 125 °C lämpötiloja. Tippumispiste on noin 150 °C. Kylmässä päässä käyttöalueen raja on yleensä vain -25 °C.

Natriumrasvan molekyylien välinen suuri koheesiovoima tekee siitä hyvän rasvan vierintälaakereihin. Se ei ominaisuuksiensa takia syrjäydy kuulien ja rullien pyöriessä, vaan palaa aina takaisin voideltaville pinnoille.

Natriumsaippuarasvan käyttö on viime vuosikymmenien aikana vähentynyt sen voimakkaan vesiliukoisuuden sekä ominaisuuksien muuntelumahdollisuuksien vähäisyyden vuoksi. Se sopii kuitenkin hyvin suljettuihin laakerointeihin kuten pyörän navat tai monien sähkölaitteiden kuula- ja rullalaakereihin. Kartiomurskien huippulaakerit ovat yksi käyttökohde tälle rasvatyypille.

Kompleksirasvat

Rasvan ominaisuuksia ei usein saada riittämään kaikkiin koneen käyttöolosuhteisiin, jos rasva perustuu vain yhden tyyppiseen saentimeen. Varsinkin korkeat käyttölämpötilat edellyttävät kehittyneempiä kemiallisia ratkaisuja.

Tällöin käytetään rasvoja, joissa on kaksi tai useampia saippuoita. Tavallisesti monisaippuoisista rasvoista käytetään nimitystä kompleksirasva. Näissä käytetyt saentimet ovat kalsium-, litium- tai alumiinikomplekseja, ja tämäntyyppisillä rasvoilla päästään n. 150–170 °C:n käyttölämpötiloihin.

Usein kompleksirasvaan lisätään EP-lisäaineistus, jotta sen iskunkesto- ja kuormitusominaisuudet parantuvat. Litiumkompleksiperustaiset rasvat ovat melko monikäyttöisiä ja ne ovat yleinen ratkaisu silloin, kun tavallisten yleisrasvojen suorituskyky ei riitä.

Litiumkompleksiperustainen rasva pystyy voitelemaan hyvin korkeissa lämpötiloissa ja myös silloin kun voitelukohteeseen kohdistuu tärinää tai iskumaisia kuormituksia. Sitä suositellaan ajoneuvokäytössä pyöränlaakereihin ja kardaanien voiteluun.

Teollisuuskäytössä se soveltuu liuku- ja vierintälaakereiden voiteluun silloin, kun litiumperustaisen rasvan ominaisuudet eivät riitä. Käytetään usein sähkömoottoreiden laakereiden voiteluun.

Erikoisrasvat

Jotta rasva toimisi ääriolosuhteissa, ei mineraalipohjaisen perusöljyn viskositeettiominaisuudet välttämättä riitä. Silloin voidaan käyttää esimerkiksi synteettistä silikoniöljyä, jossa viskositeetti pysyy lähes muuttumattomana.

Vastaavasti voidaan orgaanisen saentimen avulla päästä esimerkiksi äärimmäisen pitkään käyttöikään, vaikka perusöljynä olisi mineraaliöljy. Orgaaniset saentimet ovat yleensä polyureakuituja tai hienojakoista polytetrafluorietyleeniä (PTFE) eli teflonia.

Tällaisilla saentimilla toteutetuilla rasvoilla on yleensä hyvät veden- ja lämmönkesto-ominaisuudet, jonka ansiosta rasvalle saavutetaan pitkä elinikä vaativissakin olosuhteissa. Polyurearasvoja käytetäänkin eräiden kertavoideltujen laakerien voiteluaineena, jolloin rasvaa ei lisätä tai vaihdeta laakerin elinaikana.

Bentoniitti on epäorgaaninen saennin, jonka avulla valmistettuja erikoisrasvoja käytetään esimerkiksi avohammaspyörien ja koneissa olevien liukukiskojen voiteluun. Myös iskuvasaroiden voiteluun käytetään tämän tyyppisiä rasvoja. Tavallisesti niihin on lisätty kiinnileikkaantumista estäviä voitelevia komponentteja kuten grafiittia.

Keskusvoitelurasvat

Rasvavoitelu sallii esimerkiksi tapeissa tai muissa liukulaakeroiduissa osissa melko vaatimattomat tiivisteet tai jopa tiivisteiden puuttumisen kokonaan. Toisaalta rasvavoitelu vaatii paljon työtä, koska huono tiivistys on kompensoitava säännöllisellä jälkivoitelulla. Öljyihin perustuva kiertovoitelujärjestelmä sen sijaan vaatii vain vähän huoltotyötä, mutta edellyttää hyvää tiivistystä.

Rasvavoitelun ja öljyvoitelun hyviä ominaisuuksia on pyritty yhdistämään luomalla pumpattavia keskusvoitelurasvoja. Rasvoille kehitetyt keskusvoitelujärjestelmät toteuttavat tosin vain puolet öljykiertovoitelujärjestelmästä, sillä tehtävänsä tehnyt voiteluaine ei palaa takaisin uudelleen käytettäväksi. Koska voitelurasvan menekki on hyvin pientä, tämä ei ole suuri ongelma.

Suurempi ongelma on sen sijaan pumpattavuuden yhdistäminen rasvan muihin ominaisuuksiin. Rasva ei saisi notkeudesta huolimatta syrjäytyä liian nopeasti voideltavasta kohteesta.

Lopputulos on aina kompromissi tavoiteltavien voiteluominaisuuksien ja pumpattavuuden välillä. Keskusvoitelurasvoihin lisätään yleensä EP-lisäaineistus, joka ehkäisee voideltavien kohteiden kulumista raskaissa ja iskumaisissa kuormituksissa.

Rasva kestää aikansa

Saippuarasvojen saentimissa olevat metalliatomit voivat toimia joissain olosuhteissa katalyytteinä hapettumisreaktioissa. Tästä syystä voitelurasvojen hapettuminen voi huonontaa rasvan varastointikestävyyttä ja lyhentää rasvan käyttöikää.

Rasvojen joillain saentimilla on myös taipumus heikentää perusöljyn omia korroosionesto-ominaisuuksia, mistä syystä näihin rasvoihin lisätään tarvittaessa korroosionesto inhibiittejä.

Kaikessa voitelussa on kysymys monien eri tarpeiden sovittamista yhteen. Yleensä jonkin ominaisuuden tavoittelu aiheuttaa huonontumista jossain toisessa ominaisuudessa. Voitelurasvat eivät tässä suhteessa ole mikään poikkeus.

Koneen valmistaja joutuu etsimään koneen kestävyyden ja sen toiminnan kannalta järkevimmän voitelurasvan markkinoilla olevista vaihtoehdoista. Silloin kun jälkivoitelu on katsottu tarpeelliseksi, perustuu voiteluvälisuositus yleensä pitkältä ajalta kerättyyn tietoon kyseisen tyyppisen laakeroinnin käytännön voitelutarpeista. Siksi koneen valmistajan antamat suositukset ovat tärkeitä ja niitä kannattaa noudattaa.

Lähteet:

Vierintälaakerien voitelun perusteet, VTT 2004

Vierintälaakerien voitelu, FAG 1998

Kunnossapitotuotteet ja voiteluaineet, SKF 2016

Voiteluaineiden tuoteluettelot, Teboil ja muita tavarantoimittajia 2016

Rasvan väristä ei voi päätellä rasvan koostumusta, koska eri valmistajilla on omat käytäntönsä. Kuvassa on NLGI 2 -luokan täyssynteettistä litiunkompleksirasvaa. Samanväristä rasvaa voi toisilla valmistajilla löytyä mineraaliöljypohjaisena ja esimerkiksi kalsiumsulfonaatilla saennettuna, jolloin ominaisuudet ovat osin erilaiset.

Kuvat: Jussi Laukkanen, valmistajat

Liittyvät artikkelit

Startin huolto

KV 03/2018 22.02.2018
Kiinnostuitko aiheista?