DD275256A1 - Schmieroele fuer gleitbahnen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft universell anwendbare Gleitbahnoele zur Verhinderung von stick-slip auch in Anwesenheit von Zink bzw. zinkhaltigen Materialien. Erfindungsgemaess enthalten die Schmieroele fuer Gleitbahnen neben einer definierten Mineraloelkomponete in Schmieroelqualitaet 0,3 bis 1,0 Ma.-% eines Carbonsaeurepyridylalkylesters, 0,3 bis 1,0 Ma.-% einer oeligen Bleioktoatloesung, 3,5 bis 5,0 Ma.-% eines S-, P- und N-haltigen Umsetzungsproduktes und 1,5 bis 2,5 Ma.-% eines oeligen Zinkdialkyldithiophosphates. Die Gleitbahnoele verhindern die durch den Kontakt mit Zink bzw. zinkhaltigen Werkstoffen hervorgerufene Korrosion bzw. Rueckstandsbildung und gewaehrleisten eine ausreichende stick-slip-Freiheit.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft universell anwendbare Gleitbahnöle zur Verhinderung von stick-slip auch in Anwesenheit von Zink bzw. zinkhaltigen Materialien für die Schmierung aller Gleitbahntypen, wie

- konventionelle Führungsbahnen,

- Gleitbahnen mit Druckschmierung,

- Führungen auf Rollenlagern

sowie für den Einsatz in Hydrauliken, Getrieben und Lagern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß stick-slip-Schwingungen an Gleitpaarungen entstehen, wenn diese nicht durch einen zusammenhängenden Schmierfilm voneinander getrennt sind, einen elastischen Freiheitsgrad aufweisen und der Reibungskoeffizient der Ruhe größer ist als der Reibungskoeffizient der Bewegung. Das Auftreten von stick-slip-Schwingungen ist unerwünscht, da durch sie Funktionsstörungen an bewegten Maschinenteilen auftreten, die Positioniergenauigkeit von Maschinen und die Oberflächengüte von Werkstücken negativ beeinträchtigt wird sowie eine zusätzliche Beanspruchung der Antriebselemente entsteht. Da konstruktiven Maßnahmen zur Verhinderung von stick-slip-Schwingungen enge Grenzen gesetzt sind, muß der Schmierstoff zur Verhinderung von stick-slip einen Beitrag zur kontinuierlichen Bewegung gewährleisten. Es ist bekannt, durch Zugabe spezieller Additives dem Schmieröl Eigenschaften zu verleihen, die stick-slip weitestgehend ausschalten. So werden zur Verhinderung von stick-slip im wesentlichen Metallsalze von bestimmten Fettsäuren, wie Aluminiumstearat, Bleinaphthenat u.a. verwendet. Zur Erzielung günstiger Lasttrageeigenschaften sind Sulfide, chlorierte Paraffine, organische Phosphorverbindungen, wie zum Beispiel Trikresylphosphat, Metalldialkyldithiophosphate bekannt. Die bekannten Gleitbahnöle genügen zwar einer Vielzahl von Anwendungsfällen, indem sie das stick-slip-Verhalten graduell verbessern, jedoch nicht in dem Umfang wirken, daß sie stick-slip verhindern.

Nach DD-PS 216252 wurden bereits zur Verhinderung von stick-slip geeignete Schmieröle für den Einsau in Gleitbahnen, Hydrauliken und Lagern vorgeschlagen, die aus paraffinischen Mineralölkomponenten, Bleioktoat, Zinkdialkyldithiophosphat, Zinkdiaryldithiophosphat, höhermolekularen Fettsäuren der Kettenlänge C₁S bis C₁₈ und einem Umsetzungsprodukt, gewonnen aus ungesättigten aliphatischen Alkoholen der Kettenlänge Ci₅ bis C₂₂, elementarem Schwefel, Phosphorpentasulfid und primären und/oder sekundären Alkylaminen der Kettenlänge C₈ bis C₁₈, bestehen.

Diese Gleitbahnöle weisen gute Reibwerte auf und verhindern stick-slip bei geringen Positioniergeschwindigkeiten, jedoch treten im Verlaufe des Einsatzes in diversen Werkzeugmaschinen in deren Zentralpumpenaggregaten an galvanisch verzinkten Entlastungseinrichtungen und an Schwimmern bzw. Sieben aus Messing irreversible Rückstandsbildungen auf. Bei Auftreten dieser ungünstigen Werkstoffkonstellation sowie dem Einsatz qualitativ nicht ausreichender Zusätze kann es zu Verstopfungen der Düsenventile kommen, die letztendlich zu einem Festfressen der Metallteile führen können; somit wird das Verhindern der stick-slip-Eigenschaften nicht mehr in ausreichendem Maße gewährleistet.

Aus Ullmann's Encyklopädie der Technischen Chemie (Band 20,4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim, 1981 S. 556) ist bekannt, daß die Wirksamkeit der als Reibwertminderer eingesetzten Substanzklassen in der Reihenfolge Fettalkohole-Fettsäureesterungesättigte Fettsäuren-gesättigte Fettsäuren sowie mit steigender Molmasse der Verbindungen zunimmt. Da die Wirksamkeit der Fettsäuren bei Temperaturen oberhalb ihres Schmelzpunktes stark abnimmt und zusätzlich zu einer Reihe von im Werkzeugmaschinenbau eingesetzten Werkstoffen eine ungenügende Verträglichkeit vorliegt, zum Beispiel gegenüber Zink und zinkhaltigen Materialien, hat es nicht an Versuchen gefehlt, auch an sich minderwirksame Substanzen, wie aus der Esterklasse, einzusetzen. So ist zum Beispiel aus der DE-OS 941219 die schmierfähigkeitsverbessernde Wirkung von Ölsäuroisopropylester in Kombination mit Trikresylphosphat bekannt. Nach der DE-OS 2155828 wird ein Spezislöl für automatische Getriebe mit einem substituierten Asparaginsäureamid als Reibwertminderer legiert. Neben den zum Teil hohen Kosten, der begrenzten Verfügbarkeit und der oft unzureichenden Wirkung scheitern viele dieser zumeist hochmolekularen Zusätze auch an einer mangelnden Öllöslichkeit. So wurde bereits gemäß WP C10 M/301427-3 durch Zugabe von Carbonsäureestergemischen, die bei der Umsetzung von Pyridylalkoholgemischen mit Carbonsäuren erhalten werden, eine Reibwertminderung zu erzielen. Für die Verwendung als Gleitbahnöladditiv allein ist dies aber nicht ausreichend. So wird zur Gewährleistung einer gleichförmigen und präzisen Vorschubbewegung bzw. Positionierung von Werkstück- bzw. Werkzeugschlitten au^h bei kleinsten Gleitgeschwindigkeiten und hohen spezifischen Belastungen ein gutes Lasttrage· und Verschleißschutzvermögen, guter Korrosionsschutz und ein gutes Haften des Ölfilms auf den Gleitflächen, bei Neutralität gegenüber den im Maschinenbau verwendeten Metallen, Kunststoffen, Dichtungselementen und Schlauchverbindungen des verwendeten Schmierstoffes benötigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Schmieröle zu schaffen, die den Ausfall von Aggregaten, insbesondere den Zentralpumpenaggregaten mit Geräten, die Zink und zinkhaltige Materialien enthalten, infolge Korrosion bzw. Rückstandsbildung verhindern und beim Einsatz in Werkzeugmaschinen Funktionsstörungen in Folge von stick-slip vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Verwendung einer geeigneten Schmierölrezeptur qualitativ hochwertige Gleitbahnöle zu schaffen, die die durch den Kontakt mit Zink bzw. zinkhaltigen Werkstoffen hervorgerufene Rückstandsbildung wirkungsvoll verhindern.

Erfindungsgemäß enthalten universell anwendbare Schmieröle für Gleitbahnen zur Verhinderung von stick-slip, auch in Anwesenheit von Zink und zinkhaltigen Materialien, eine Kombination, bestehend aus paraffinischen Mineralölkomponenten in Schmierölqualität, die nach bekannten Verfahrensschritt9n unabhängig von der technologischen Schaltung, wie Destillation, erforderlichenfalls Entasphaltierung, Entparaffinierung, Solventraffination, erforderlichenfalls Kontaktbleichung sowio Destillation, Hydroraffination, Entparaffinierung, erforderlichenfalls Solventraffination, erforderlichenfalls Kontaktbleichung aufgearbeitet werden, mit einer Viskosität von 60 bis 250mm²/s bei 40°C, einem Stockpunkt von maximal -10°C und einem Flammnunkt größer 185°C, 0,3 bis 1,0Ma.-% Carbonsäure-Pyridylalkyloster und deren Gemische der allgemeinen Struktur

R₂ 0

I Il

R₁ -C - CH₂ - O - C - R

R = Alkyl oder Alkenyl mit 12 bis 20 C-Atomen R¹, R² = H, CH₂OH, CH₃, CH₂-O-C-R oder

Ii 0

0 R₂

Il I

R-C-O- CH₂ - C - CH₂ - 0 - CH₂ -

R³ -

= H, CH-5 — CpH₁-

die zu mindestens 50 % enthalten sind,

0,3 bis 1,0 Ma.-% eines Blei-Il-Salzes einer Alkansäure mit einer Alkylkettenlänge von vorzugsweise C₈ (z. B.

2-Ethylhexansäure), dessen Lösung in Mineralöl, einem Hydroraffinat, gewonnen aus paraffinbasischen Erdölen, welches anschließend destilliert, entparaffiniert und gebleicht wurde und eine Viskosität von 16 bis 24 mmVs bei 50°C aufweist, einen Bleigehalt zwischen 14,3 bis 15,7 % aufweist bzw. eines Bleioktoates, gelöst in Parexparaff in, mit einem Pb-Gehalt von 20 bis 25 %,

3,5 bis 5,0 Ma.-% eines Umsetzungsproduktes, gewonnen aus ungesättigten aliphatischen Alkoholen der Kettenlänge

C₁₅ bis C₂₂ durch stufenweise Umsetzung mit elementarem Schwefel, Phosphorpentasulfid und primären und/oder sekundären Alkylaminen der Kettenlänge C₈ bis C₁₈ und

1,5 bis 2,5 Ma.-% einer etwa 50%igen öligen Lösung eines Zinksalzes einer Dialkyldithiophosphorsäure mit einer

Alkylkettenlänge von Ce bis Ci6, vorzugsweise C₈,

bestehen.

Die nach der erfindungsgemäßen Lösung hergestellten Gleitbahnöle sind den nach DD-PS 216252 vorgeschlagenen Kombinationen in allen Eigenschaften gleichwertig. Sie erreichen im Vergleich zu den Produkten nach DD-PS 216 252 gleichfalls stick-slip-Freiheit bis zu Flächenpressungen von 1,5MPa bei den in der Praxis eingesetzten Führungsbahnwerkstoffkombinationen, wie GGL/GGL, GGL/St und GGL/Plastwerkstoffen und bei denen die Reibungskoeffizienten der Ruhe und der Bewegung sehr niedrig liegen sowie ein günstiges Verhältnis zueinander aufweisen. Das im Vergleich zum DD-PS 216252 vergleichbare Ergebnis überrascht um so mehr, da auf den Einsatz eines Zinkdiaryldialkyldiihiophosphates verzichtet wurde und außerdem eine laut Stand der Technik (s. Ullmann's Encyklopädie der Technischen Chemie) ungünstigere Substanzklasse (Ester statt Fettsäuren) eingesetzt wurde. Hinzu kommt noch, daß mit der erfindungsgemäßen Lösung ein verbessertes Werkstoffverhalten, insbesondere gegenüber Zink bzw. zinkhaltigen Materialien, erzielt wurde.

Die guten Alterungs-, EP- und Korrosionsschutzeigenschaften erlauben auch den Einsatz bei der Lager- und Getriebeschmierung sowie als Hydraulikflüssigkeit, insbesondere bei hydrostatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen.

Ausführuncjsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Ein Gemisch von entparaffinieren und gebleichten Hydroraffinatdestillaten der Viskositätslage 68mm²/s bei '1O⁰C wird mit 0,5Ma.-% eines Gemisches höhermolekularer Carbonsäure-Pyridylalkylester der allgemeinen Struktur I und Il mit einem Molekulargewicht von 765g/mol, einer Jodzahl von 75,8gJ₂/100g und einer TBN von 65 mg KOH/g versetzt Lnd anschließend 7,0Ma.-% der Additivkombination, bestehend aus 0,1 Ma.-% Bleioktoat mit einem Bleigehalt von 14,9Ma.-% (Pb-Novosik-ChemischeFabrikTaucha),4Ma.-%eines Umsetzungsproduktes von ungesättigten und aliphatischen Alkoholen der Kettenlänge C₁₆ bis C₂₂, mit elementarem Schwefel, Phosphorpentasulfid und primären und/oder sekundären Alkylaminen der Kettenlänge C₈ bis C₁₈ (EPA 710- Hydrierwerk Zeitz) und 2,0Ma.-% einer 50%igen ölipen Lösung von Zinkdinlkyldithiophosphat (Hypreß P-VEB Hydrierwerk Zeitz) zugegeben. Man erhält ein klares Öl, welches ai.ßer stick-slip-Freiheit bis zu Flächenpressungen von 1,5 MPa eine gute Alterungsstabilität, eine gute Lasttragfähigkeit und eine gute Verträglichkeit gegenüber Zink bzw. zinkhaltigen Werkstoffmaterialien aufweist.

Beispiel 2

Ein Grundölgemisch der Viskositätslage von 220mm²/s bei 40°C, bestehend aus entparaffinierten und solventraffinierten Hydroraffinatdestillaten mit einem entparaffinierten und solventraffinierten Schweröl, wird mit 1,0Ma.-% eines Gemisches höhermolekularer Carbonsäure-Pyridylalkylester der allgemeinen Struktur I und Il mit einem Molekulargewicht von 883g/mol, einer Jodzahl von 83,5gJ₂/100g und einer TBN von 54mg KOH/g versetzt und anschließend 7 Ma.-% der Additivkombination, bostehend aus 0,7 Ma.-% Pb-Oktoat gelöst in Parexparaffin bei einem Pb-Gehalt von 23,4Ma.-%, 3,5Ma.-% EPA 710 und 2,5 Ma.-% Hypreß P zugegeben.

Man erhält ein klares Öl. welches außer stick-slip-Freiheit bis zu Flächenpressungen von 1,5MPa eine gute Alterungsstabilität und Lasttragfähi^^c!' sowie eine gute Verträglichkeit gegenüber Zink bzw. zinkhaltigen Werkstoffen aufweist.

Das Reib- und stick-slip-Verhalten der Öle wurde gemäß TGL 42452 ermittelt, und die erfindungsgemäßen Öle erfüllen dabei sicher die Forderungen der TGL 21113. Für die Ermittlung des Verhaltens gegenüber den Risikowerkstoffen wurde ein modifizierter Zinkstreifentest herangezogen. Hierbei wird der Gewichtsverlust eines Streifens aus Hüttenzink (100 χ 10 χ 1mm) nach 24h bei 100⁰C bestimmt. Die Angabe kleiner 0,5mg/m² ist unterhalb der Meßtoleranz und kann prüf- bzw. meßtechnisch nicht weiter untersetzt werden.

Tabelle:

Produkt nach Beispiel 1 Beispie¹2 DD-PS216252

Gewichtsverlust gemäß modifiziertem Zinkstreifentest (g/m²) kleiner 0,5 kleiner 0,5 5,65

Claims (1)

1. Schmieröle für Gleitbahnen auf Mineralölbasis zur Verhinderung von stick-slip und mit verbessertem Werkstoffverhalten, insbesondere gegenüber Zink bzw. zinkhaltigen Materialien, bei niedrigen Reibwerten, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus paraffinischen Mineralölkomponenten in Schmierölqualität, die nach bekannten Verfahrensschritten unabhängig von der technologischen Schaltung, wie Destillation, erforderlichenfalls Entasphaltierung, Entparaffinierung, Solventraffination, erforderlichenfalls Kontaktbleichung sowie Destillation, Hydroraffination, Entparaffinierung, erforderlichenfalls Solventraffination, erforderlichenfalls Kontaktbleichung mit einer Viskosität von 60 bis 250mm²/s bei 40⁰C, einem Stockpunkt von maximal -10⁰C und einem Flammpunkt größer 185°C, 0,3 Ma.-% bis 1,0 Ma.-%Carbonsäure-Pyridylalkylester und deren Gemische der allgemeinen Struktur

   R₁-C-GH₂-O-C-R

   R = Alkyl oder Alkenyl mit 12 bis 20 C-Atomeα R¹, R² = H, CHpOH, CH₃, CH₂-O-C-R oder

   Il

   0 R₂ 0

   R _ G - 0 - CH₂ - c - CH₂ - 0 - CH₂ -

   R³= H, CH₃ -

   die zu mindestens 50 % enthalten sind,

   0,3 bis 1,0 Ma.-% eines Blei-Il-Salzes einer Alkansäure mit einer Alkylkettenlänge von vorzugsweise C₈, dessen Lösung in Mineralöl, einem Hydroraffinat, gewonnen aus paraffinbasischen Erdölen, welches anschließend destilliert, entparaff iniert und gebleicht wurde und eine Viskosität von 16 bis 24mm²/s bei 50⁰C aufweist, einen Bleigehalt zwischen 14,3 bis 15,7% aufweist bzw. eines Bleioktoates, gelöst in Parex-Paraffin, mit einem Pb-Gehalt von 20 bis 25%,

   3,5 bis 5,0 Ma.-% eines Umsetzungsproduktes, gewonnen aus ungesättigten aliphatischen Alkoholen der Kettenlänge C₁₅ bis C22 durch stufenweise Umsetzung mit elementarem Schwefel, Phosphorpentasulfid und primären und/oder sekundären Alkylaminen der Kettenlänge C₈ bis C₁₈ und

   1,5 bis 2,5 Ma.-% einer etwa 50%igen öligen Lösung eines Zinksalzes einer Dialkyldithiophosphorsäure mit einer Alkylkettenlänge von C₆ bis C₁₆

   bestehen.