DE102012015648A1 - Hochtemperaturfett - Google Patents

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DE102012015648A1
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Gabriele Wirtensohn
Martin Schweigkofler
Martin Schmidt-Amelnuxen
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Klueber Lubrication Muenchen GmbH and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochtemperaturfett, das unter anderem in Wellpappenanlagen eingesetzt wird und ausschließlich fluorfreies Grundöl enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein fluorfreies Hochtemperaturfett, das unter anderem in Wellpappenanlagen eingesetzt wird.
  • Bei der Herstellung von Wellpappe in Wellpappenanlagen wird das Papier der Wellenbahn unter Druck und heißem Wasserdampf durch Riffelwalzen in die gewünschte Form gebracht. Die Riffelwalzen sind daher hohen Temperaturen ausgesetzt, so dass die verwendeten Schmierfette hohen Anforderungen genügen müssen.
  • In der Zeitschrift Machinery Lubrication (9/2001) beschreibt der Autor John Graham, dass für Hochtemperaturanwendungen, wie sie in Wellpappenanlagen erforderlich sind, als einzig sinnvolle Produkte Perfluorpolyetherfette verwendet werden können.
  • Wie bereits oben ausgeführt, ist in den Wellpappenanlagen die Riffelwalze die kritische Schmierstelle, da hier hohe Temperaturen angewendet werden müssen, um die Papierbahnen bei hohem Druck und bei hohen Temperaturen zu verkleben. Bei der Riffelwalze handelt es sich um eine dampfbeheizte Walze, bei der die typischen Arbeitstemperaturen der Walzen im Bereich von 150 bis 180°C liegen.
  • Um sicherzustellen, dass die Riffelwalzen in den Wellpappenanlagen kontinuierlich arbeiten, wird eine Ölschmierung über eine Umlaufschmierung durchgeführt. Hierbei handelt sich um ein aufwendiges Verfahren, bei dem viel Öl verbraucht wird. Alternativ können auch Mineralölfette verwendet werden, auch hier ist der Fettverbrauch durch die kontinuierliche Nachschmierung sehr hoch.
  • Den hohen Druck- und Temperaturanforderungen in Riffelwalzen wurden in der Vergangenheit nur Fette auf Basis von Perfluorpolyetherölen (PFPE) gerecht, die als Verdickungsmittel Polytetrafluorethylen oder Seifen enthalten. Alternativ werden Schmierfette verwendet, die einen zumindest erhöhten Anteil an PFPE enthalten (sogenannte Hybridfette). Auch bei der Verwendung mit PFPE-Fetten ist alle drei Wochen eine Nachschmierung notwendig.
  • Da durch die ständige Nachschmierung ein hoher Fettverbrauch zu verzeichnen ist, und PFPE-Fette sehr teuer sind, besteht ein großer Bedarf an kostengünstigen Fetten, die beispielsweise in Riffelwalzen in Wellpappenanlagen eingesetzt werden können. Die Anforderungen an diese Fette sind sehr hoch, da kein Verschleiß bei hohen Temperaturen auftreten sollte und die Fette nicht verhärten dürfen, zudem sollten sie korrosions- und oxidationsbeständig sein.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Fette bereitzustellen, die frei von fluorierten Grundölen, insbesondere frei von PFPE-haltigen Grundölen sind. Diese Fette sollten kostengünstig herstellbar sein und die Umweltbelastung minimieren, da auf den Einsatz von fluorierten Grundölen verzichtet werden kann. Auch sollten sich die Nachschmierintervalle nicht verkürzen.
  • Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch die Bereitstellung eines Hochtemperaturfetts gelöst, bei dem als Grundöl ein alkyliertes Naphthalin oder ein Dipentaerythritester sowie deren Mischungen eingesetzt werden und auf die Verwendung von fluorierten Grundölen verzichtet wird.
  • Das erfindungsgemäße Hochtemperaturfett umfasst:
    • (A) 20 bis 88 Gewichts-% fluorfreies Grundöl,
    • (B) 45 bis 10 Gewichts-% Verdickungsmittel,
    • (C) 15 bis 2 Gewichts-% Additive und
    • (D) 20 bis 0 Gewichts-% einer weiteren fluorfreien Ölkomponente.
  • Ein besonders bevorzugtes Hochtemperaturfett umfasst:
    • (A) 60 Gewichts-% fluorfreies Grundöl,
    • (B) 31 Gewichts-% Verdickungsmittel,
    • (C) 9 Gewichts-% Additive und
  • Die als Grundöl verwendete Komponente (A) wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus alkyliertem Naphthalin, Dipentaerythritester oder deren Mischungen. Vorteilhafterweise wird für die Herstellung eines Corrugators als Komponente (A) alkyliertes Naphthalin eingesetzt. Wenn ein Hochtemperaturfett für Reifensegmentschieber hergestellt wird, empfiehlt es sich als Komponenten (A) Dipentaerythritester zu verwenden.
  • Als Komponente (B) werden PTFE, Metallseifen, wie Lithiumkomplexseifen, Aluminiumkomplexseifen, Natriumkomplexseifen, Bornitrid, Aerosil, Silikate, wie Bentonit, organische Hochtemperaturpolymere, wie Polyimide und Polyamidimide, einzeln oder in Kombination verwendet.
  • Als Komponente (C) werden Additive gegen Verschleiß, Oxidation, Korrosion sowie Additive zur Verringerung der Reibung oder Verbesserung der Hochdruckeigenschaften verwendet.
  • Als Antioxidationsmittel werden insbesondere Antioxidationsmittel verwendet, die Schwefel und/oder Stickstoff und/oder Phosphor im Molekül enthalten können. Diese werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aromatischen aminischen Antioxidantien, wie alkyliertes Phenyl-alpha-Naphthylamin, Dialkyldiphenylamin, aralkylatiertes Diphenylamine, sterisch gehinderte Phenole, wie Butylhydroxytoluol (BHT), phenolische Antioxidantien mit Thioether-Gruppen, Zn- oder Mo- oder W-dialkyldithiophosphate und Phosphite, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  • Das Verschieißschutzmittel wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Anti-wear Additiven auf Basis von Diphenylkresylphosphat, Amin neutralisierte Phosphate, alkylierte und nicht alkylierte Triarylphosphate, alkylierte und nicht alkylierte Triarylthiophosphate, Zink- oder Mo oder W-dialkyldithiophosphate, Carbamate, Thiocarbamate, Zink- oder Mo- oder W-dithiocarbamate, Dimercapto-Thiadiazol, Calcium-Sulfonate und Benzotriazol-Derivate, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  • Das Korrosionsschutzmittel wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Additiven auf Basis „overbased” Ca-Sulfonaten mit einer TBN von 100 bis 300 mg KOH/g, amin-neutralisierten Phosphaten, alkylierte Ca-Naphthalinsulfonate, Oxazolin-Derivate, Imidazol-Derivate, Bernsteinsäurehalbester, N-alkylierte Benzotriazole, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  • Als weitere Ölkomponente (D) werden Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Estern, synthetischen Kohlenwasserstoffen, nativen Ölen, Gruppe III Öle, die einzeln oder in Kombination verwendet werden. Als Gruppe III Öle werden speziell aufgearbeitete Mineralöle bezeichnet. Als Mineralöle können Polyglykole, Silikonöle oder alkylierte Benzole verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Hochtemperaturfett kann nicht nur zur Schmierung von Riffelwalzen in Wellpappenanlagen eingesetzt werden, sondern auch für Hochtemperaturanwendungen in Wälzlagern und Gleitstellen für Dauerschmierung, bei denen Temperaturen von maximal 200°C erreicht werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Hochtemperaturfett in Reifensegementschiebern verwendet werden.
  • Die oben beschriebenen Anforderungen die die erfindungsgemäßen Fette erfüllen sollen, werden durch FE8 Prüfungen in Kegelrollenlagern bei 150°C und Pendelrollenlager bei 180°C abgebildet (DIN 51819 FAG), die Ergebnis sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
  • Bei diesen Untersuchungen hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Fette ohne PFPE hervorragende Eigenschaften aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Hochtemperaturfett wird durch die nachfolgenden Beispiele näher charakterisiert.
  • In allen Fällen handelt es sich um Schmierfette mit einer Scherviskosität zwischen ca. 5000 und 10000 mPas, gemessen bei einem Schergefälle von 300 1/s in Kegel/Platte-Geometrie. Als PFPE-Referenzmuster wurden die Beispiele 5 und 6 herangezogen, wovon Beispiel 6 häufig zur Schmierung von Riffelwalzen in Wellpappmaschinen verwendet wird. Um die Grundöle der Beispielfette bezüglich der Schmierfilmdicken vergleichen zu können, wurden die dynamischen Viskositäten bei 40°C zwischen 160 mPas und 550 mPas ausgewählt.
  • Soweit nicht anders angegeben beziehen sich die Prozentangaben in den Beispielen auf Gewichts-%.
  • Beispiele
  • Beispiel 1:
    • 31% PTFE
    • 60% alkyliertes Naphthalin
    • 4% aminischer Antioxidant
    • 5% Metallseife als Korrosionsschutz.
  • Das alkyliertes Naphthalin wird in einem Kessel auf ca. 100°C aufgeheizt. Danach wird das Antioxidant zugegeben und solange gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Der Kesselinhalt wird abgekühlt und anschließend die Metallseife und das PTFE homogen eingerührt. Abschließend wird das Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert.
  • Beispiel 2:
    • 34% PTFE
    • 28,5% Ester
    • 28,5% alkyliertes Naphthalin
    • 4% aminischer Antioxidant
    • 5% Metallseife als Korrosionsschutz
  • Das alkyliertes Naphthalin und der Ester werden in einem Kessel auf ca. 100°C aufgeheizt. Danach wird das Antioxidant zugegeben und solange gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Der Kesselinhalt wird abgekühlt und anschließend die Metallseife und das PTFE homogen eingerührt. Abschließend wird das Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert.
  • Beispiel 3:
    • 33% PTFE
    • 59% Ester
    • 4% aminischer Antioxidant
    • 4% Metallseife als Korrosionsschutz
  • Der Ester wird in einem Kessel auf ca. 100°C aufgeheizt. Danach wird das Antioxidant zugegeben und solange gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Der Kesselinhalt wird abgekühlt und anschließend die Metallseife und das PTFE homogen eingerührt. Abschließend wird das Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert.
  • Beispiel 4:
    • 31% Bornitrid
    • 60% alkyliertes Naphtalin
    • 4% aminischer Antioxidant
    • 5% Metallseife als Korrosionsschutz
  • Das alkyliertes Naphthalin wird in einem Kessel auf ca. 100°C aufgeheizt. Danach wird das Antioxidant zugegeben und solange gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Der Kesselinhalt wird abgekühlt und anschließend die Metallseife und das Bornitrid homogen eingerührt. Abschließend wird das Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert.
  • Vergleichsbeispiel 1:
    • 21% PTFE
    • 77% PFPE
    • 2% Metallseife als Korrosionsschutz
  • PFPE, PTFE und Metallseife werden homogen verrührt und das erhaltene Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert.
  • Vergleichsbeispiel 2:
    • 18% Metallseife
    • 82% PFPE
  • Die Metallseife wird in das PFPE eingerührt und das erhaltene Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert.
  • Vergleichsbeispiel 3:
    • 64% Harnstoffffett auf Dipentaeritritesterbasis, das mit Antioxidant, Korrosionsschutzmittel und Verschleißschutzmittel additiviert ist
    • 5% PTFE
    • 31% PFPE
  • Das Harnstofffett wird mit PTFE und PFPE homogen verrührt und das erhaltene Fett auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert. Tabelle 1
    Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4
    Kin Grundölviskosität (40°C) 180 cst 290 cst 400 cst 180 cst
    Dyn Grundölviskosität (40°C) 160 mPas 260 mPas 380 mPas 160 mPas
    Scherviskosität (300 1/s, Kegel/Platte) 6100 mPas 5400 mPas 8200 mPas 9700 mPas
    Verdampfungsverlust (7 Tage bei 180°C) 8,2% 6,4% 3,7% 10,2%
    Scherviskosität (300 1/s, Kegel/Platte nach 7 Tagen bei 180°C) 10200 mPas 17500 mPas 12400 mPas 23600 mPas
    Ölabscheidung (30 Std. bei 180°C) 3,3% 1,6% 3,4% 5,9%
    FE8-Prüfung mit Pendelrollenlagern (180°C) Reibung niedrig 500 Std. Laufzeit bestanden Reibung mittel 500 Std. Laufzeit bestanden
    FE8-Prüfung mit Kegelrollenlagern (150°C) Reibung niedrig Wälzkörperverschleiß: 4,5 mg sehr niedrig
    Tabelle 2
    Vergleichsbsp. 1 Vergleichsbsp. 2 Vergleichsbsp. 3
    Kin Grundölviskosität (40°C) 100 cst 240 cst 420 cst
    Dyn Grundölviskosität (40°C) 190 mPas 450 mPas 550 mPas
    Scherviskosität (300 1/s, KegelPlatte) 4900 mPas 10000 mPas 7200 mPas
    Verdampfungsverlust (7 Tage bei 180°C) 16,8% 2,2% 23,8%
    Scherviskosität (300 1/s, Kegel/Platte nach 7 Tagen bei 180°C) 7400 mPas 14200 mPas
    Ölabscheidung (30 Std. bei 180°C) 11,5% 15,1% 3,2%
    FE8-Prüfung mit Pendelrollenlagern (180°C) Reibung mittel, 500 Std. Laufzeit bestanden Reibung sehr niedrig 500 Std. Laufzeit bestanden Reibung niedrig 500 Std. Laufzeit bestanden
    FE8-Prüfung mit Kegelrollenlagern (150°C) Reibung niedrig Wälzkörperverschleiß: 21,5 mg niedrig Reibung niedrig Wälzkörperverschleiß: 56,5 mg mittel
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Hochtemperaturfette der Beispiele 1 bis 3 selbst nach Einlagerung bei 180°C nach 7 Tagen genauso schmierfähig waren, wie das PFPE-Fett aus Vergleichsbeispiel 2. Die Scherviskosität betrug in den genannten Fällen weniger als 20000 mPas. Auch das Beispielfett 4 war mit 23600 mPas noch schmierfähig.
  • Unter den genannten Versuchsbedingungen waren die Verdampfungsverluste der Fette der Beispiele 1 bis 4 nicht höher als 10,2% und liegen damit im Bereich der PFPE-Vergleichsfette 1 und 2 und deutlich besser als das anteilig PFPE enthaltende Vergleichsbeispiel 3.
  • Die Ölabscheidungswerte der Beispielfette 1 bis 4, die nach 30 Stunden bei 180°C ermittelt wurden, waren in allen Fällen signifikant niedriger als die Ölabscheidungswerte der PFPE-Fette gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2 oder gleichwertig zur Ölabscheidung des Vergleichsbeispiel 3. Niedrige Ölabscheidungswerte führen zu einer geringeren Ölleckage am Lager und sind günstig für Langzeitschmierung.
  • Um das Belastungskollektiv in Riffelwalzen von Wellpappanlagen nachzustellen, wurden an den Beispielfetten 1 und 3 sowie den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 FE8-Prüfungen mit Pendelrollenlagern bei 180°C durchgeführt. Alle 5 Fette erreichten die angestrebte Lagerlaufzeit von 500 Stunden. Insbesondere Beispielfett 1 kam den exzellenten Reibverhältnissen bestimmter PFPE-haltiger Fette wie Vergleichsbeispiel 2 oder 3 sehr nahe oder war dem Vergleichsbeispiel 1 sogar überlegen.
  • Bei FE8-Prüfungen mit Kegelrollenlagern bei 150°C an Beispielfett 1 und den Vergleichsbeispielen 2 und 3 wurde das gleichwertige Reibverhalten bestätigt. Gleichzeitig konnte bei diesen Prüfungen gezeigt werden, dass das hervorragende und in der Praxis an Riffelwalzen bewährte Verschleißverhalten von PFPE-haltigen Fetten (Vergleichsbeispiel 2 und 3) sogar noch von Beispielfett 1 übertroffen wurde.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Zeitschrift Machinery Lubrication (9/2001) beschreibt der Autor John Graham [0003]
    • DIN 51819 FAG [0020]

Claims (12)

  1. Hochtemperaturfett umfassend (A) 20 bis 88 Gewichts-% fluorfreies Grundöl, (B) 45 bis 10 Gewichts-% Verdickungsmittel, (C) 15 bis 2 Gewichts-% Additive und (D) 20 bis 0 Gewichts-% einer weiteren fluorfreien Ölkomponente.
  2. Hochtemperaturfett nach Anspruch 1, bei dem Komponente (A) ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus alkyliertem Naphthalin, Dipentaerythritester oder deren Mischungen.
  3. Hochtemperaturfett nach Anspruch 1, bei dem die Komponente (B) ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus PTFE, Metallseifen, insbesondere Lithiumkomplexseifen, Aluminiumkomplexseifen, Natriumkomplexseifen, Bornitrid, Aerosol, Silikate, wie Bentonit, organische Hochtemperaturpolymere, insbesondere Polyimide und Polyamidimide, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  4. Hochtemperaturfett nach Anspruch 1, bei dem als Komponente (C) Additive gegen Verschleiß, Oxidation, Korrosion sowie Additive zur Verringerung der Reibung oder Verbesserung der Hochdruckeigenschaften verwendet werden.
  5. Hochtemperaturfett nach Anspruch 4, bei dem als Additive Antioxidationsmittel verwendet werden, die Schwefel und/oder Stickstoff und/oder Phosphor im Molekül enthalten, die einzeln oder in Kombination verwendet werden und ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus aromatischen aminischen Antioxidantien, insbesondere alkyliertes Phenyl-alpha-Naphthylamin, Dialkyldiphenylamin, aralkylatiertes Diphenylamine, sterisch gehinderte Phenole, insbesondere Butylhydroxytoluol (BHT), phenolische Antioxidantien mit Thioether-Gruppen, Zn- oder Mo- oder W-dialkyldithiophosphate und Phosphite, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  6. Hochtemperaturfett nach Anspruch 4, bei dem als Additive Verschleißschutzmittel verwendet werden, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Anti-wear Additiven auf Basis von Diphenylkresylphosphat, Amin neutralisierte Phosphate, alkylierte und nicht alkylierte Triarylphosphate, alkylierte und nicht alkylierte Triarylthiophosphate, Zink- oder Mo oder W-dialkyldithiophosphate, Carbamate, Thiocarbamate, Zink- oder Mo- oder W-dithiocarbamate, Dimercapto-Thiadiazol, Calcium-Sulfonate und Benzotriazol-Derivate, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  7. Hochtemperaturfett nach Anspruch 4, bei dem als Additive Korrosionsschutzmittel verwendet werden, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Additiven auf Basis „overbased” Ca-Sulfonaten mit einer TBN von 100 bis 300 mg KOH/g, amin-neutralisierten Phosphaten, alkylierte Ca-Naphthalinsulfonate, Oxazolin-Derivate, Imidazol-Derivate, Bernsteinsäurehalbester, N-alkylierte Benzotriazole, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  8. Hochtemperaturfett nach Anspruch 1, bei dem als weitere Ölkomponente (D) werden Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Estern, synthetischen Kohlenwasserstoffen, nativen Ölen, Gruppe III Öle, die einzeln oder in Kombination verwendet werden.
  9. Hochtemperaturfett nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das in Wälzlagern oder Gleitstellen für Dauerschmierung eingesetzt wird, bei denen die Temperaturen maximal 200°C erreichen.
  10. Hochtemperaturfett nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das in Riffelwalzen von Wellpappanlagen eingesetzt wird
  11. Hochtemperaturfett nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das in Reifensegmentschiebern eingesetzt wird.
  12. Hochtemperaturfett nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die kinematische Viskosität der Komponente (A) gemessen bei 40°C mindestens 100 mm2/sec beträgt.
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