CH631481A5

CH631481A5 - Synthetisches lagerschmiermittel.

Info

Publication number: CH631481A5
Application number: CH676777A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Dr Baur
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1982-08-13
Also published as: AT362488B; FR2393059B1; ATA399178A; DE2729166C3; CA1100125A; DE2729166A1; DE2729166B2; GB2000184B; US4151102A; SE7805327L; BE867751A; FR2393059A1; IT7824166A0; GB2000184A; IT1096454B; SE439644B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein synthetisches Lagerschmiermittel, insbesondere zum Schmieren von hochbeanspruchten Lagen.

Die Fabrikation von metallischen Folien erfolgt meistens mit Hilfe von Quartowalzgerüsten im Kaltwalzverfahren. Dabei wird die Walzkraft durch die obere und untere Stützwalze auf die beiden Arbeitswalzen aufgebracht. Die dabei auftretenden grossen Kräfte werden über die vier Walzenzapfen der Stützwalzen auf die Walzenlager und weiter auf den Walzengerüstständer übertragen. Die tribologischen Vorgänge, die bei der Schmierung von belasteten und drehenden Walzenlagern auftreten, sind folgendermassen vereinfacht darstellbar:

Der Walzenzapfen aus hartem Walzenstahl liegt eingebettet in einer Schale aus weichem Lagermetall. Das mit Dichtungsringen nach der Walzenseite geschlossene Lager wird mit einem Schmiermittel gespült. Diese Einrichtung bewirkt die Ausbildung eines Schmierfilmes zwischen den Walzenzapfen und den Schalenlagern. Der Flüssigkeitsfilm trennt den rotierenden Zapfen von der Lagerschale, verhindert die Berührung der beiden Metalloberflächen und überträgt die Walzenkräfte von den Walzen auf den Walzgerüstständer.

5 Bei Anlauf oder Auslaufphasen oder bei sehr starken Belastungen im Walzenlager wird der Schmierfilm teilweise durchbrochen, so dass sich die metallischen Oberflächen von Zapfen und Walzenlager berühren. In diesem Mischreibungsbereich bewirken die dem Schmiermittel zugegebenen spezifischen 10 Druckzusätze, dass keine «Kaltverschweissung» der beiden Metalloberflächen eintritt. Diese Additive - bestimmte im Schmieröl gelöste organische Substanzen - reagieren mit den durch die Reibung hochaktivierten Metalloberflächen unter Bildung von Reaktionsschichten, welche die Metallkontakte 15 unterbinden und den Verschleiss der Lager verhindern.

Durch extreme Belastungen, bei denen das Schmiermittel eine direkte Berührung der Metalloberflächen nicht mehr verhindern kann, erfolgt im Grenzreibungsbereich ein rascher Verschleiss der Oberflächen im Lager unter Entwicklung von 20 hohen Reibkräften, grossen Wärmemengen und Metallabrieb. Dabei werden Temperaturen erzeugt, bei denen die Lagermetalle flüssig werden und die Selbstentzündungstemperatur der Walzöle erreicht werden kann.

In Folienwalzgerüsten werden als Walzenlagerschmiermit-25 tel beispielsweise Schwerölfraktionen mit Bleinaphtenat als Additiv verwendet. Durch Undichtigkeiten in den Lager-Abdichtungen besteht die Möglichkeit, dass das Folienwalzöl -üblicherweise mit Palmkernfett (ein Gemisch aus natürlichen Triglyceriden) als Druckkomponente - mit Walzenlager-30 Schmiermittel verunreinigt wird. Steigt nun der Walzenlagerschmiermittel-Gehalt in einem Folienwalöl über eine gewisse Konzentration, so muss nach der Entfettungsglühung der Folienrollen mit klebenden Folienbahnen gerechnet werden. Beim Entfettungsglühen von dünnen Bändern führt der Lager-35 schmiermittelgehalt der Walzöle zu braunen Flecken und Rändern auf den Oberflächen des Walzgutes.

Der Erfinder hat sich demnach die Aufgabe gestellt, ein synthetisches Lagerschmiermittel zu schaffen, mit dem ein Anfressen der Walzenlager selbst unter sehr hohen Belastungen ver-40 mieden werden kann, wobei auch grosse Verunreinigungen des Walzöles mit dem Walzenschmiermittel nicht zu Fleckenbildung nach dem Entfettungsglühen des Walzgutes führen dürfen.

Das erfindungsgemässe Lagerschmiermittel ist dadurch •»s gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Schmiermittels 86,9 bis 97,5 Gewichtsteile Polyisobuten, das gegebenenfalls ganz oder teilweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat ersetzt ist, 2,1 bis 11,2 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2- bis Cs-Alkohols mit einer a-Hydroxymonocarbon-50 säure oder einer a-Hydroxydicarbonsäure, und 0,4 bis 1,9 Gewichtsteile mindestens eine? einfach oder mehrfach ungesättigten C13- bis Cis-Carbonsäure enthalten.

Bevorzugt setzen sich 100 Gewichtsteile des Schmiermittels zusammen aus: 91,5 bis 93,5 Gewichtsteile Polyisobuten, 3,7 55 bis 7,5 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2- bis Cs-Alkohols mit einer a-Hydroxymonocarbonsäure oder einer a-Hydroxydicarbonsäure, und 0,6 bis 1,2 Gewichsteile mindestens einer einfach oder mehrfach ungesättigten C13- bis Cw-Carbonsäure enthalten.

60 Die Herstellung der Schmiermittel erfolgt durch einfaches Mischen der Komponenten entsprechend der verlangten Zusammensetzung. Zur Erleichterung der Mischoperationen können die viskosen Schmierkomponenten erwärmt werden.

Umfangreiche Betriebsversuche mit verschiedenen es Schmiersystemen haben ergeben, dass die erfindungsgemässen Lagerschmiermittel in allen bekannten Schmiersystemen (z. B. Kreislaufschmierung und verschiedene Verlustschmiersysteme bei Kugel-, Rollen- und Kegellager) unter voller Ausnutzung

631481

ihrer Vorteile eingesetzt werden können. Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz der erfindungsgemässen Schmiermittel in ölnebel- und Tropf-Luft-Schmiersystemen erwiesen.

Völlig überraschend hat sich auch ergeben, dass das bis anhin bei Schalenlagern als gegeben betrachtete «Losbre- s chen» der Walzen beim Anfahren im kalten Zustand mit den erfindungsgemässen Schmiermitteln weitgehend verhindert werden kann. Versuche haben gezeigt, dass die Tendenz zum «Losbrechen» der Walzen ohne Beeinträchtigung der erfin-dungsgemäss gegebenen Vorteile weiter vermindert werden 10 kann, wenn das Polyisobuten ganz oder teilweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat oder durch ein Gemisch von in Mineralöl gelöstem Polymethacrylat und Petrol ersetzt wird. Im zweiten Fall soll das Verhältnis «Polymethacrylatlö-sung»:Petrol ungeführ 2:1 bis 1:2, vorzugsweise 1,2:1 bis 1:1,2 is betragen. Die derartig verwendeten polymethacrylathaltigen Mineralöle sind marktübliche Produkte (z. B. Viscoplex SV 36, Röhm GmbH), und werden allgemein als Schmieröladditive zur Stockpunkterniedrigung und zur Erhöhung des Viskositätsindexes verwendet. 20

Die erfindungsgemäss zur Bildung des hydrodynamischen Schmierfilms verwendeten Polybutene sind ebenfalls käufliche Produkte, z. B. Indopol LIO und Indopol H 100 (Amoco Chemicals). Die Viskositätslage der erfindungsgemässen Lagerschmiermittel kann in einem relativ grossen Bereich durch ein- 25 faches Mischen von Polybutenen mit verschiedener Ketten-länge verändert werden. Beispielsweise kann durch Ändern des Mischungsverhältnisses der beiden oben erwähnten Indopole bei 60 °C ein Viskositätsbereich von 10 bis 5000 cSt eingestellt werden. 30

Die direkte Berührung von Walzenzapfen und Walzenlager wird primär durch den hydrodynamischen Schmiereffekt der als Basis der erfindungsgemässen Schmiermittel dienenden Polybutene verhindert. Bei hohen Belastungen kann dieser hydrodynamische Schmierfilm durchbrochen werden, wobei 35

«Fresser» entstehen, die im Extremfall zu Kaltverschweissen von Zapfen und Lager führen. Dies kann verhindert werden durch die erfindungsgemäss vorgesehene Zugabe von a-Hydro-xymonocarbonsäureestern, denen die Aufgabe zufällt beim Durchbrechen des hydrodynamischen Schmierfilms durch tri-bochemische Reaktionen eine «Reaktionsschicht» aufzubauen. Die für diese Aufgabe vorgesehenen Schmiermittel-Additive werden aus diesem Grund auch als «Reaktionsschichtbildner» bezeichnet.

Es hat sich gezeigt, dass als Ester bevorzugte solche zu verwenden sind, deren Alkoholkomponente ein Alkohol aus der Gruppe Äthanol, Propanol, Butanol, Pentanol und deren Säurekomponente eine Säure aus der Gruppe Glykolsäure, Milchsäure, Apfelsäure, Weinsäure ist. Als besonders vorteilhaft haben sich aus diesen Kombinationsmöglichkeiten Glykolsäu-reäthylester, Glykolsäurepropylester, Glykolsäurebutylester, Milchsäureäthylester, Milchsäurepropylester, Milchsäurebutyl-ester, Apfelsäurebutylester und Weinsäuredibutylester erwiesen.

Weiter hat sich gezeigt, dass die als Rostinhibitor wirkende ein- oder mehrfach ungesättigte C13- bis Ci9-Carbonsäure vorteilhaft zur Gruppe Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure gehört.

Zur Erreichung der optimalen Eigenschaften der erfindungsgemässen Schmiermittel hat es sich als günstig erwiesen, die einzelnen Komponenten, insbesondere die als Reaktionsschichtbildner wirkenden Ester, mindestens in der Qualität «rein» (purum bzw. purified) zu verwenden.

Nachfolgend wird die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemässen Lagerschmiermittel anhand von Untersuchungsresultaten näher erläutert.

Die Zusammensetzungen der den im folgenden beschriebenen Tests unterworfenen beispielhaften erfindungsgemässen Schmiermittel, ihre Dichte und Viskosität sind in Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Schmiermittelbezeichnung

Zusammensetzung

Konzentration (Gew.-Teile)

Dichte

Kinematische Viskosität (cSt) 20 °C 50 °C 60 °C

80 °C

4661

Indopol H 100 Indopol L10 Glykolsäurebutylester Ölsäure

40 60 6 1

0,860

273

50

33

17

6461

Indopol H 100 Indopol LIO Glykolsäurebutylester Ölsäure

60 40 6 1

0,869

1098

138

86

39

4662

Indopol H 100 Indopol LIO Milchsäurebutylester Ölsäure

40 60 6 1

0,860

346

62

51

20

4663

Indopol H 100 Indopol LIO Apfelsäurebutylester Ölsäure

40 60 6 1

0,860

466

77

49

24

4664

Indopol H100 Indopol LIO Weinsäuredibutylester Ölsäure

40 60 6 1

0,864

561

85

53

25

4665

Indopol H 100 Indopol LIO Ölsäure

40 60 1

0,858

405

62

40

20

631 481

4

Schmiermittel-

Zusammensetzung

Konzentration

Dichte

Kinematische Viskosität (cSt)

bezeichnung

(Gew.-Teile)

20 °C

50 °C

60 °C

80 °C

4666

Indopol H 100

40

l

709

100

61

27

Indopol L10

60

Weinsäurediäthylester

6

Ölsäure

1

556 V

Viscoplex SV 36

35

0,867

707

231

174

109

Glykolsäurebutylester

5

Ölsäure

1

Petrol

38

' Weinsäurediäthylester ist in Polyisobutan nur teilweise löslich.

Bei der Herstellung von metallischen Folien werden diese nach dem letzten Walzschritt einer Glühbehandlung unterworfen, die unter anderem zum Ziel hat auf der Metalloberfläche verbliebene Walzhilfsmittel-Rückstände zu entfernen. Diese Glühbehandlung wird wahlweise im Luftumwälzofen oder unter Stickstoff als Schutzgas durchgeführt. Da die Walzhilfsmittel während des Betriebes durch Undichtigkeiten der Walzenlager mit Lagerschmiermittel verunreinigt werden können, ist das Verhalten dieser Schmiermittel während des Glühens für die Herstellung insbesondere von Aluminium-Folien von entscheidender Bedeutung.

Tabelle II gibt Auskunft über die Resultate praxisnaher Glühtests. Zu Vergleichszwecken wurden konventionelle Schmiermittel der folgenden Typen mituntersucht: Handelsprodukt A : Schalenlagerschmiermittel Handelsprodukt B : Öl-Nebel-Schmiermittel Handelsprodukt C : Getriebeschmieröl Handelsprodukt D : Getriebeschmieröl

Als Glühtest 1 wird ein Test bezeichnet, bei dem ein Trop-fen des Schmiermittels zwischen zwei Aluminiumfolienabschnitten, die Verhältnisse beim Glühen von Coils simulieren soll. Nach der Glühbehandlung bei 400 °C im Luftumwälzofen wird die Klebkraft zwischen den beiden Folienstücken, die so Grösse eines auf die Folienoberfläche gegebenen Wassertropfens und visuell die Fleckenbildung bestimmt. Für die Beurteilung der Fleckenbildung sind folgende Güteklassen vorgesehen:

4 = starke Fleckenbildung 25 3 = Fleckenbildung 2 = schwache Fleckenbildung 1 = erkennbare Verfärbung 0 = keine Verfärbung

Zur Durchführung von Glühtest 2 wird ein Tropfen des 30 Schmiermittels auf eine Folie die eine Vertiefung aufweist aufgetragen, die anschliessend einer Glühbehandlung bei 400 °C unterworfen wird. Dieser Versuch wird jeweils an zwei Vergleichsproben durchgeführt, wobei eine Probe im Luftumwälzofen und die andere Probe unter Stickstoff geglüht wird. Die 35 Resultate dieser Versuche sind ebenfalls in Tabelle II aufgelistet, wobei die Beurteilung der Fleckenbildung gemäss den Kriterien in Glühtest 1 erfolgt.

Tabelle II

Schmiermittel-Bezeichnung Glühtest 1 Glühtest 2

Klebkraft Tropfentest Fleckenbildung Fleckenbildung Fleckenbildung g/44,4 mm 0 mm in Luft in Stickstoff

Palmkernfett

>30

-

4

Palmkernfett 10% in Petrol

3,5

7

0

3

Handelsprodukt A

34

-

4

Handelsprodukt A 10% in Petrol

0,2

7

0

4

Handelsprodukt B

9,4

4,5

3

4

0

Handelsprodukt B 10% in Petrol

2,8

7

0

1

0

Zylinderöl

>30

-

4

1

Zylinderöl 10% in Petrol

3,5

6

0

1

Handelsprodukt C

0,1

12

0

3

1

Handelsprodukt C10% in Petrol

0,1

12

0

Handelsprodukt D

<0,1

12

0

4

1

Handelsprodukt D 10% in Petrol

<0,1

11

0

Indopol H 100

0

12

0

3

0

Indopol 10% in Petrol

0

12

0

6461

0,02

13

0

1

0

6461 10% in Petrol

0,02

13

0

4661

0,02

15

0

2

0

4661 10% in Petrol

0,02

15

0

1

0

4662

0,02

12

0

1

0

4662 10% in Petrol

0,02

11

0

1

0

4663

0,02

12

0

3

0-1

4663 10% in Petrol

0,02

11

0

3

0-1

5

631 481

Schmiermittel-Bezeichnung Glühtest 1 Glühtest 2

3

4664

0,02

12

0

4

0-1

4664 10% in Petrol

0,02

11

0

4

0-1

4665

0,02

12

0

4

0-1

466510% in Petrol

0,02

11

0

4

0-1

4666

0,02

11

0

2

0

4666 10% in Petrol

0,02

12

0

2

0

556 V

2,6

15

0

4

1

556 V10% Petrol

0,09

15

0

4

1

Petrol

0

12

0

Tabelle III zeigt die Resultate des Reibverschleisstestes (RV-Test) nach Baist bei 60 °C. Als Proben wurden Stahlstifte mit einer Stiftlänge von 1700 um und einem Durchmesser von 5 mm eingesetzt. Die belastete Stiftoberfläche beträgt 12,6

mm'.

Die Kolonne «Beginn-Abrieb» enthält die Drücke in kg/12,6 mm2, bei denen ein erster Stahlabrieb feststellbar war. In der Kolonne «Beginn-Reibung» ist die Belastung aufgeführt, bei der das Einsetzen der Reibkraft festgestellt wurde. Als Grenz- 2 last wird die Belastung bezeichnet, bei der erste «Fresser» auftreten, wobei der elektrische Widerstand des Schmiermittelfilms bereits auf einen so kleinen Wert abgefallen ist, dass auf eine lokale vollständige Zerstörung dieses Schmiermittelfilms geschlossen werden kann. Kolonne «Ende-Reibkraft» gibt Aus-20 kunft über die bei Erreichen der Grenzlast auftretende Reibkraft.

Die Gegenüberstellung der Resultate der erfindungsgemässen Schmiermittel mit den Resultaten des zu Vergleichszwek-ken untersuchten Handelsproduktes A zeigt deutlich das bessere Schmierverhalten der erfindungsgemässen Schmiermittel anhand der erst bei höheren Belastungen auftretenden Zerstörung des Schmierfilms.

Tabelle III

Beginn

Ende

Schmiermittel

Abrieb

Reibkraft

Grenzlast

Widerstand

Reibkraft bezeichnung

[kp]

[ß]

[kp]

Handelsprodukt A

140

40

230

1

25

6461

110

60

310

2

30

4661

50

150

540

0,5

20

4662

50

80

290

0

30

4663

100

290

0

30

4664

50

310

0,5

30

4665

90

380

0

30

4666

70

430

0,5

30

556 V

20

50

350

0

20

Claims

631481 PATENTANSPRÜCHE

1. Synthetisches Lagerschmiermittel, insbesondere zum Schmieren von hochbeanspruchten Lagern, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Schmiermittels 86,9 bis 97,5 Gewichtsteile Polyisobuten, das gegebenenfalls ganz oder teilweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat ersetzt ist, 2,1 bis 11,2 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2-bis Cs-Alkohols mit einer a-Hydroxymonocarbonsäure oder einer a-Hydroxydicarbonsäure, und 0,4 bis 1,9 Gewichtsteile mindestens einer einfach oder mehrfach ungesättigten C13- bis Ci9-Carbonsäure enthalten.

2. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Schmiermittels 91,5 bis 95,3 Gewichtsteile Polyisobuten, 3,7 bis 7,5 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2- bis Cs-Alkohols mit einer a-Hydroxymonocarbonsäure oder einer a-Hydroxydicarbon-säure, und 0,6 bis 1,2 Gewichtsteile mindestens einer einfach oder mehrfach ungesättigten Cn- bis Cis-Carbonsäure enthalten.

3. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als Polyisobuten ein Gemisch aus mindestens zwei Polyisobutenen mit unterschiedlichen Kettenlängen enthält.

4. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mit Petrol gemischtes Mineralöl als Lösungsmittel für das Polymethacrylat enthält.

5. Lagerschmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mit Petrol gemischtes polymethacrylathal-tiges Mineralöl enthält, wobei das Gewichtsverhältnis poly-methacrylathaltiges Mineralöl zu Petrol zwischen 2:1 und 1:2, insbesondere zwischen 1,2:1 und 1:1,2, liegt.

6. Lagerschmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es Ester enthält, deren Alkoholkomponente ein Alkohol aus der Gruppe Äthanol, Propanol, Butanol, Pentanol und deren Säurekomponente eine Säure aus der Gruppe Glykolsäure, Milchsäure, Apfelsäure, Weinsäure ist.

7. Lagerschmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es Ester aus der Gruppe Glykolsäureäthylester, Glykolsäurepropylester, Glykolsäurebutylester, Milchsäureäthylester, Milchsäurepropylester, Milchsäurebutylester, Apfel-säurebutylester und Weinsäuredibutylester enthält.

8. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als einfach oder mehrfach ungesättigte Cu- bis Cis-Säuren Ölsäure, Linolsäure oder Linolensäure enthält