Verfahren zur Konditionierung von Ölen für fluiddynamische

LagerSysteme [01] Öle, die in fluiddynamischen Lagersystemen zum Einsatz kommen, sogenannte FDB(Fluid Dynamic Bearing)-Öle, werden vor dem Einfüllen in das Lagersystem konditioniert. Die Konditionierung der additivierten Öle dient dem Austreiben leichtflüchtiger Komponenten (die hauptsächlich aus den Additiven stammen). Die Konditionierung verhindert, dass diese leichtflüchtigen Komponenten im Betrieb des Lagers ausgasen und an anderen Teilen kondensieren, insbesondere auf der Festplatte, was zu irreparablen Schäden führen könnte.

[02] Diese Konditionierung erfolgt gegenwärtig in offenen Petrischalen im Vakuumofen (Baking-Verfahren). Die Schalen werden dazu gewogen und bei einem Gewichtsverlust von 1,5-3 Gew.-% aus dem Ofen genommen. Da der Luftstrom im Ofen aber turbulent ist, ist der Ölverlust von Schale zu Schale relativ willkürlich und der Prozess somit nur unzureichend kontrollierbar. Darüber hinaus schlägt sich das verdunstete Öl im gesamten Ofen nieder und verursacht einen erheblichen Reinigungsaufwand. Schließlich ist dieses Öl auch schlecht zurückzugewinnen und muss entsorgt werden.

[03] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Konditionierung von FDB-Ölen zur Verfügung zu stellen, das gut kontrollierbar ist und kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: (a) unkonditioniertes Öl wird in einen unter Vakuum gesetzten, über einen Heizmantel beheizten Verdampfer einer Kurzweg- oder Dünnschichtdestillations -Vorrichtung eingebracht; (b) das Öl wird mittels Rollen oder Wischblättern an der Innenseite des Heizmantels zu einem Film verteilt; (c) das konditionierte Öl wird als Rückstand der Destillation unterhalb des Verdampfers gesammelt.

[041 Dabei liegt die Einfördergeschwindigkeit des Öls in Schritt (a) bevorzugt zwischen 100 - 800 g pro Stunde, am bevorzugtesten zwischen 180 und 300 g pro Stunde.

[05] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geschwindigkeit der Rollen oder Wischblätter in Schritt (b) zwischen 100 bis 1.000 UPM, besonders bevorzugt zwischen 300 und 600 UPM liegt.

[06] Weiterhin liegt die Temperatur der Innenseite des Heizmantels bevorzugt zwischen 85 und 140°C, besonders bevorzugt bei 110 und 120°C.

[07] Die Erfindung umfasst außerdem ein Schmiermittel zur Verwendung in einem fluiddynamischen Lager, wobei das fluiddynamische Lager ein Lageröl aufweist, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konditioniert wurde. Ferner stellt die Erfindung einen Festplattenantrieb, insbesondere einen Elektromotor mit einem fluiddynamischen Lager zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks bereit. Das fluiddynamische Lager weist dabei einen Lagerspalt auf, der mit einem Lageröl gefüllt ist, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konditioniert wurde.

Weitere Details und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der anliegenden Zeichnung, in der

Fig. 1 eine typische Kurzwegdestillationsvorrichtung im Querschnitt darstellt;

Fig. 2 eine typische Dünnschichtdestillationsvorrichtung im Querschnitt darstellt;

Fig. 3 die graphische Darstellung von Versuchen zur

Ausgasung von konditionierten Ölen ist;

Fig. 4 die graphische Darstellung von Versuchen zur

Bestimmung von verbliebenem Additiv (Antioxidationsmittel) in konditionierten Ölen ist;

Fig. 5 ein Total-Ionenstromchromatogramm eines mittels dem herkömmlichen Bakingverfahren konditionierten Öls; und

Fig. 6 ein Total-Ionenstromchromatogramm eines mittels Dünnschichtdestillation konditionierten Öls.

[08] Das unkonditionierte Öl 100, üblicherweise ein Diester-Öl mit einem Viskositätsbereich von 35 bis 60 cP bei 0 ° C, additiviert mit üblichen Additiven wie bspw. Antioxidantien, Verschleißschutzadditiven, Korrosionsinhibitoren und Metalldeaktivatoren, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einen Verdampfer 200 eingeführt, der über eine Vakuumleitung 210 unter Vakuum (z. B. 0,15 mbar) gesetzt worden ist und über einen Heizmantel 220 beheizt wird.

[09] Typische Einfördergeschwindigkeiten liegen zwischen 100 und 800 g pro Stunde, besonders bevorzugt zwischen 180 und 300 g pro Stunde. Typische, maximale Einfördergeschwindigkeiten liegen jedoch im Bereich von 1000 - 2000 g pro Stunde, so dass bei Bedarf auch eine entsprechende Erhöhung der Einfördergeschwindigkeit möglich ist. Mittels Rollen oder Wischblättern 230(je nach Konstruktion der Destillationsvorrichtung), die sich um Drehachse 231 drehen, wird das Öl an der Innenseite des Heizmantels 220 zu einem dünnen Film verteilt. Typische Rollen- oder Wischblattgeschwindigkeiten liegen bei 100 bis 1.000 UPM, bevorzugt bei 300 bis 600 UPM, wie beispielsweise bei 400 UPM.

[10] Bei einer in Figur 1 gezeigten Kurzwegdestillationsvorrichtung, wie sie erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt wird, ist in der Mitte des Verdampfers 200 ein Kühler 240 vorgesehen, an dem sich das Kondensat 110, d. h. die leichtflüchtigen Komponenten, niederschlagen, kondensieren und getrennt gesammelt oder direkt über die Vakuumpumpe abgezogen werden können.

[11] Der Rückstand 120, der das konditionierte Öl darstellt, läuft an der Innenseite des Verdampfers nach unten und kann unterhalb des Verdampfers, z. B. in einem unter Vakuum stehenden Kolben, aufgefangen werden.

[12] Aufgrund der kurzen Verweilzeit des Öls an der Innenseite des Heizmantels 220 (20 - 30 s) kann der Prozess bei relativ niedrigen Temperaturen (je nach zu konditionierendem Öl zwischen 85 und 140°C, bevorzugt zwischen 110 und 120°C) durchgeführt werden.

[13] Analog zur Kurzwegdestillationsvorrichtung kann für die Erfindung eine Dünnschichtdestillationsvorrichtung verwendet werden, wie sie in Figur 2 beispielhaft schematisch gezeigt ist. Im Gegensatz zur Kurzwegdestillationsvorrichtung befindet sich hier die Kühlfalle 240 in einem zusätzlichen Glaskolben 250. Das Kondensat 110, d. h. die leichtflüchtigen Komponenten, kann sich an der Kühlfalle 240 niederschlagen, kondensieren und getrennt gesammelt oder direkt über die Vakuumpumpe abgezogen werden.

[14] Der Rückstand 120, der das konditionierte Öl darstellt, läuft wie bei der Kurzwegdestillation an der Innenseite des Verdampfers nach unten und kann dort beispielsweise in einem Kolben unter Vakuumbedingungen aufgefangen werden.

[15] Die Vorteile gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Baking-Verfahren liegen darin, dass die Prozesse kontinuierlich durchgeführt werden können und gut steuerbar sind. Darüber hinaus sind sie sehr energieeffizient, da mehrere Vakuumöfen durch eine einzige VakuumDestillationsvorrichtung ersetzt werden können, die relativ wenig Platzbedarf hat, einfach zu reinigen ist und nur von einer Person bedient werden kann.

[16] Dabei kann der typische Monatsbedarf der einzelnen Öle innerhalb weniger Stunden bis Tage konditioniert werden. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind typische FDB-Öle, typische zu konditionierende Mengen und entsprechende Konditionierungszeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengestellt. Als Konditionierungszeit ist jeweils sowohl die bevorzugte Zeit entsprechend einer besonders bevorzugten Fördergeschwindigkeit zum Erzielen optimaler Ergebnisse, als auch die minimale Konditionierungszeit entsprechend typischer maximaler Fördergeschwindigkeiten aufgeführt.

Tabelle 1

Erläuterungen zur Tabelle:

Additivpacket 1: 1% Antioxidant, 0,5% Antiwear-Additiv 1, 0,05% Metalldeaktivator, 0,05% Korrosionsinhibitor

Additivpacket 2: 0,8 % Antioxidant 1, 0,2% Antioxidant 2, 0,25% Antiwear-Additiv 1, 0,05% Metalldeaktivator, 0,05% Korrosionsinhibitor

Additivpacket 3: 1% Antioxidant, 0,5% Antiwear-Additiv 2, 0,05% Metalldeaktivator, 0,05% Korrosionsinhibitor Additivpacket 4: 1% Antioxidant, 0,5% Antiwear-Additiv 1, 0,05% Metalldeaktivator, 0,05% Korrosionsinhibitor, 0,05% Leitfähigkeitsadditiv

Die Additive können dabei beispielsweise folgende Verbindungen sein: Antiwear-Additiv: Neutraler Phosphorsäureester oder Aminphosphate Antioxidant: Diphenylamine oder Phenyl-naphthylamine

Metalldeaktivator: Benzotriazole oder Tolutriazole

Korrosionsinhibitor: Alkenylbernsteinsäure-_ Halbester

Leitfähigkeitsadditiv: Sulfonsäurederivate [17] Beispielhaft ist in Tabelle 2 ein Destillationsbericht für ein FDB-Öl auf Basis eines Bis-2-ethylhexyl-sebacats angegeben. In Spalte 1 der Tabelle 2 sind die Parameter der Testdestillation dargestellt. Bei den Versuchen 1 bis 9 wurde dabei lediglich die Temperatur variiert. Es ist zu sehen, dass ab einer Temperatur von 120°C Destillat übergeht. Die Analyse dieses Destillates hat ergeben, dass sich darin hauptsächlich Basisöl mit einem sehr hohen Anteil an Additiven befindet. Um die unerwünschte

Entfernung der Additive zu verhindern, sollte die gewählte Temperatur bei den konstanten Parametern unter 120°C bleiben. Die bei diesem Prozess abgetrennten leichtflüchtigen Komponenten kondensieren nicht in der Vorlage, sondern werden durch die Vakuumpumpe direkt abgezogen. Durch die Verwendung einer Kühlfalle in Verbindung mit einem Kryostaten wäre ein Auffangen dieser Komponenten ebenfalls möglich.

Erstaunlicherweise haben Versuche gezeigt, dass außerdem die Ausgaseigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren konditionierten Öle besser sind (Fig. 2) und zumindest teilweise (je nach Einfördergeschwindigkeit) auch höhere Anteile an Additiven im konditionierten Öl Zurückbleiben (Fig. 4), als beim herkömmlichen Baking-Verfahren.

Wie in Fig. 3 gezeigt, konnte nachgewiesen werden, dass die Ausgasung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels Dünnschichtdestillation bei 110°C konditionierten Bis-2-ethylhexyl-sebacats mit 40 ng/mg deutlich geringer ist, als bei einer Konditionierung mittels des herkömmlichen Baking-Verfahrens. Fig. 4 zeigt den Vergleich der im gleichen Öl verbliebenen Additive nach der Konditionierung. Das mittels Dünnschichtdestillation konditionierte Öl weist noch circa 99% der ursprünglichen Additivkonzentration auf, während nach dem herkömmlichen Baking-Verfahren lediglich noch circa 88% der ursprünglichen Additivkonzentration vorhanden sind.

Tabelle 2

Die Figuren 5 und 6 zeigen Total-Ionenstromchromatogramme eines mittels eines herkömmlichen Bakingverfahrens (Fig. 5) und eines durch Dünnschichtdestillation (Fig. 6) konditionierten Öls. Die Diagramme zeigen jeweils die Intensität des ermittelten Totalionenstroms als Funktion der Retentionszeit. Bis zu einer Retentionszeit von circa 16 Minuten sind die Peaks des Totalionenstroms Signaturen von im Öl befindlichen Verunreinigungen. Es ist gut zu erkennen, dass in der Figur 6 im Bereich von Retentionszeiten kleiner als 16 Minuten deutlich weniger Peaks als im entsprechenden Bereich der Figur 5 vorhanden sind. Ebenso ist in der Figur 6 in diesem Bereich die unter den Peaks integrierte Fläche deutlich kleiner als in Figur 5. Folglich konnte gezeigt werden, dass sowohl die Anzahl an unterschiedlichen Verunreinigungen als auch die absolute Menge der Verunreinigungen im mittels Dünnschichtdestillation konditionierten Öl deutlich geringer ist als im Öl, das mittels Bakingverfahren konditioniert wurde.

Bezugszeichenliste 100 Unkonditioniertes Öl 110 Kondensat 120 Konditioniertes Öl 200 Verdampfer 210 Vakuumleitung 220 Heizmantel 230 Wischer 231 Drehachse des Wischers 240 Innenliegender Kühler 250 Glaskolben