DE1644926C3

DE1644926C3 - Mitziehflussigkeit

Info

Publication number: DE1644926C3
Application number: DE1644926A
Authority: DE
Inventors: William Curl Creve Coeur Hammann; Robert Melvin Kirkwood Schisla
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1966-10-13
Filing date: 1967-10-09
Publication date: 1973-09-27
Also published as: DE1644926B2; DE1644926A1; GB1190836A; SE337078B; US3411369A; FR1540691A

Description

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Die Adhäsionsreibung eines Körpers auf einer Oberfläche, auf der er sich bewegt, bewirkt einen Vorgang des »Mitziehens«. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung spielen solche Vorrichtungen eine Rolle, in welchen Drehmoment durch punkt- oder linienförmigen Kontakt, typisch bei einer rollenden Bewegung, übertragen wird. Man kann diese Vorrichtungen als Mitziehvorrichtungen, mitunter als Reibungsantriebe bezeichnen. Ein Mitziehantrieb könnte in vereinfachter Form zwei parallele, zylindrische RoI-len (Walzen) in tangentialem Kontakt umfassen, wobei eine Rolle den Antriebsteil und die andere den Abtriebsteil darstellt. Das übertragbare Drehmoment eines sol^—n Mitziehantriebs ist eine unmittelbare Funktion des Kontaktdrucks zwischen den Rollen u.iU dem Mitziehkoeffizienten der Rollenoberflächen. Die Bezeichnung »Mitziehkoeffizient« wird dem Ausdruck »Reibungskoeffizient« zur Verdeutlichung des rollenden Kontakts vorgezogen.

Das Mitziehen, das bei den rollenden Kontakten von Kugel- und Rollenlagern besteht, kann, obwohl es bei den meisten Anwendungen als ungünstig angesehen wird, auch zur übertragung von tangentialer Kraft verwendet werden. Wenn der Mitziehkoeffizient und die normale (radiale) Belastung an den rollenden Körpern zur Verhinderung des Rutschens ausreichend sind, kann jedes Kugel- oder Rollenlager als ein Prototyp eines Mitziehantriebs dienen.

Ein charakteristisches Merkmal von Mitziehvorrichtungen ist darin zu sehen, daß im allgemeinen das Drehmoment von einem Teil auf den anderen durch Mitziehen übertragen wird, was durch punkt- oder linienförmk-en Kontakt geschieht. Dieses Prinzip steht im Gegensatz zu einer tatsächlichen Reibungsüberlragung, beispielsweise einer automatischen Reibungskupplung oder einem Riemenantrieb, bei denen das Drehmoment durch Flächenkontakt übertragen wird. (Die Bezeichnung »Punkt- oder Linienkontakt« bedeutet daß der tatsächliche Kontaktbereich etwas größer ist als ein Punkt oder eine Linie.)

Zur weiteren Unterscheidung von Mitzieh- gegenüber Reibungsantrieben muß die Reibung definiert werden. Unte Reibung versteht man den Widerstand gegenüber de. relativen Bewegung zwischen zwei in Kontakt befindlichen Körpern. Bei Reibungsantrieben ist ein hoher Widerstand gegenüber relativer (gegenseitiger) Bewegung erwünscht. Auf diese Weise wird der Widerstand gegenüber relativer Bewegung von zwei oder mehr in Kontakt befindlichen Körpern als Mittel zur Drehmomentübertragung ausgewertet. Bei Reibungsantrieben ist es daher wünschenswert unter stabilisierten Geschwindigkeitsbedingungen einen hohen Reibungskoeffizienten zu haben, um jeden rollenden oder gleitenden Kontakt zwischen den Teilen zu verringern oder zu vermeiden. Mitziehantriebe schließen dagegen eine bestimmte Form von relativer Bewegung zwischen den lasttragenden Elementen ein; diese relative Bewegung erfolgt nicht in der Form des Rutschens. Ein bekanntes B^piel eines Reibungsantriebs enthält ein Antriebs- und ein Abtriebsteil mit abgestimmten, festsitzenden (verkeilten) Oberflächen, bei denen das Oberflächenmaterial einen hohen Reibungskoeffizienten besitzt. Das Oberflächenmaterial kann Faser, Asbest, Leder usw. sein. Erhöhte Drehmomentkapazität wird hierbei durch festere Verkeilung der Teile erreicht, wobei diese mit einem Flächenkontakt zusammengebracht (gekuppelt) werden und damit Schlupf- oder relative Bewegung zwischen beiden vermieden wird.

Das Prinzip des rollenden Kontakts wurde zur Herstellung von Mitziehantrieben in weit komplizierterer Weise benutzt als dies in dem oben angegebenen Beispiel der beiden Rollen angegeben wurde. Sehr weit variable Übersetzungsverhältnisse können mit vielen Mitziehantriebeinheiten erhalten werden. Tyoische Anwendungen für Mitziehvorrichtungen sind automatische Getriebe in Kraftfahrzeugen, Maschinenantriebe für verschiedene Geschwindigkeiten. Antriebe für konstante Geschwindigkeiten bei Flugzeugzubehör- und Kraftübertragungseinheiten für Land- und Seefahrzeuge. Bei Werkstattausrüslungen, z. B. bei Leistungs- und Geschwindigkeitssteuerungen von Drehbänken, Zylinderschleifmaschinen, Bohrwerken, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen usw. werden viele Antriebe unterschiedlicher Geschwindigkeit benötigt.

Ein 5,05-PS-Mitziehantrieb variabler Geschwindigkeit zwischen 3: 1 und 5: 1 hat sowohl bei der Textilindustrie als auch bei der Werkzeugmaschinenindustrie Anwendung gefunden. Ein Miniaturmitziehantrieb wurde für die Verwendung von extrem geringen Leistungen entworfen, wie sie zi B. bei Kardiographen, Rechnern, optischen Antrieben, Oscillographen, Zeitgebern. Servomechanismen und Verfahrenskontrollgeräten benötgit werden.

Es gibt wenigstens sieben grundsätzliche Antriebsarten, die Tür den Entwurf von weitgehend variablen

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viitziehvorrichtungen verwendet werden können. Diese Antriebe werden in der folgenden Weise zu- ;ammengefaßt:

1. Scheiben- und Gleitrollentyp mit voller Umkehrbarkeit,

2. Doppelscheiben- und Gleitrollentyp, umkehrbar durch Kontaktänderung von einer Scheibe zur anderen.

3. Zwei durch eine Gleitrolle verbundene Scheiben.

4. Kegel- und Gleitrollentyp,

5. Zwei sphärische Kegel und frei drehende Rolle.

6. Sphärische Kegel und schräglaufende Kugeln.

7. Ringförmige Scheiben und schräglaufende Rollen.

Obwohl die oben angegebenen Elemente normalerweise aus Metall sein werden, könnte ein Mitziehantrieb aus nichtmetallischen Elementen, wie z. B. verstärkter Faser. Hartgummi oder Kunststoffen wie Nylon, modifizierten Styrol-Butadiencopolymerisaten. Polycarbonaten, usw. anwendbar sein.

Es gibt viele im Handel erhältliche Ausführungsformen von Mitziehvorrichtungen, die die oben angegebenen Antriebsformen enthalten. Eine Ausführung weist einen schwimmenden Stahlrine auf. der auf zwei Stahldoppelkegeln rollt. Ein Kegei von jedem dieser Doppelkegel kann axial versetzt werden, während der andere starr an seiner entsprechenden Achse befestigt ist. Der Ring kann dagegen jede Lage zwischen den größten und kleinen Durchmessern der Kegel einnehmen, wodurch stufenlos veränderliche Abnahmegeschwindigkeiten zwischen diesen Grenzen erzielt werden. Der linienförmige Kontak'druck zwischen dem Ring und den Kegeln entsteht automatisch und ist der Last proportional.

Eine andere Mitzdehgetriebeausführung ist ähnlich einem Compoundplanetengetriebe, wobei allerdings der nicht drehende Teil ein Mitziehring ist, der konische Rollen mit wechselnden Durchmessern in Bewegung setzt. Der Mitzieh- oder Steuerring kann zur Geschwindigkeitsänderung axial verschoben werden. Die Rollen sitzen so in einem Lager und sind in einem ihrem Konus gleichen Winkel geneigt, so daß ihre Außenkanten parallel zu der Zentralachse gehalten werden. Der benötigte Mitziehdruck zwischen den Rollen und dem Ring wird durch die Zentrifugalkraft der Rollen selbst erhalten.

Verschiedene Ausführungsformen von Mitziehantrieben verwenden toroidförmige Scheiben und schrägstehende Rollen. In jedem Fall sind verschiedene RoI- len zwischen der Eintritt- und deir Austrittoroidscheibe angeordnet, wobei die Rollen siich in verschiedenen Winkelstellungen zur Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses drehen lassen. Die Kombination von Toroidscheibe und Rolle kann zu einer Mitziehantriebseinheit zusammengesetzt werden.

Ein anderer handelsüblicher Mitziehantrieb verwendet eine Reihe von schräglaufenden Kugeln, die mit zwei sphärischen Kegelgliedern in Kontakt stehen. Die Kugeln sind zur Aufnahme von Spindeln in ihrer Mitte durchbohrt, die die Lagerverschiebung erleichtern. Wenn sich die Kegel bei gleichen Durchmessern der Kugeln bewegen, sind Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeit gleich. Wenn jedoch die Kugelachsen schräg gestellt werden, arbeitet ein Kegel auf einem verringerten Kugeldurchmesser und der andere auf einem vergrößerten Kugcldurchmesser. Die Kugeln können in jeder Richtung sehnig gestellt werden.

wodurch ein stufenloses tJbertragungsverhältnis von 9 : 1 erhalten wird.

Eine andere variable Geschwindigkeitsvorrichtung, die als Mitziehantrieb bezeichnet werden kann, ist ein Rollenkettenantrieb, bei dem die Kraft durch Mitziehen zwischen einer SpeziaJkcilrollenkette und glatten, konischen Rädern übertragen wird. In einer Ausführungjform dieses Antriebs enthält jedes Kettenglied zylindrische Rollen mit konvexen oder sphärischen Enden, die in Arbeitsrichtung gegen die einschließenden, käfigähnlichen Seitenstege der Kettenglieder anliegen, jedoch um ihre Hauptachse frei beweglich sind. Wenn die Kette auf die Räder einwirkt, verkeilen sich die Rollen jeden Gliedes als solche fest in die V-förmigen Ausschnitte, die durch die: konischen Räder gebildet werden, wobei die Rollenenden eine Drehbewegung auf den Arbeitsoberflächen der Räder und auf ihren eigenen Kontaktlinien durchführen.

Es sei auf einen weiteren möglichen Mitziehantrieb im Rahmen der Anwendung dieser Erfindung hingewiesen, der zur Kraftübertragung Stapel schafft, d. h. Ubereinanderschichtungen von geflanschten und konischen Scheiben. Ein dünner Füssigkeitsfilrn wird zwischen den Antriebsscheiben und den angetriebenen Scheiben geschaffen. Die Abnahmegeschwindigkeit wird dadurch geändert, daß man die Tiefe ändert, in welcher die geflanschten Scheiben zwischen die konischen Scheiben geschoben werden, v.odurch der wirksame Durchmesser der konischen Scheiben geändert wird, während der Durchmesser der geflanschten Scheiben konstant bleibt.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkeiten eignen sich für alle Arten von relativ drehbaren Teilen, bzw. Elementen zur Drehmomentübermittlung, bei welchen der Mitziehkoeffizient Bedeutung hat. Es gibt hier also keine Einschränkung auf besondere Typen oder Klassen von Mitziehausrüstungen im mechanischen Sinne.

Zu den Vorteilen der Mitzieheinrichtungen zählen neben der Einfachheit weicher und ruhiger Lauf, sicherer, mechanischer Antrieb, hoher Wirkungsgrad und kontinuierlich versetzbares (stufenloses) übersetzungsverhältnis unter Last. Im Gegensatz zu den mehr herkömmlichen Antriebsarten können Drehmoment und Geschwindigkeit bei Mitiäehantrieben ohne Drehstöße übertragen werden. Diese Stoßfreiheit ist besonders wertvoll, weil sie einen grundsätzlich sicheren, mechanischen Antrieb gewährleistet, bei dem das gesamtnominale übersetzungsverhältnis durch die Abmessungen der rollenden Körper bestimmt wird. An den Kontakten erfolgt eine nur leichte Berührung durch elastisches Kriechen (Schlupf). Es können Gesamtwirkungen über 90% hinaus bei Mitziehantrieben, die sowohl Roll- als auch Drehbewegung in den Kontakten haben, erreicht: werden. Bei Antrieben mit reinem Rollkontakt ist eine Wirksamkeit von 99% bekannt. Dieser zuletzt angegebene Wirkungsgrad ist gleich oder besser als die Wirksamkeit eines Paars Schneckenzahnräder gleicher Leisung.

Eine der bedeutendsten Eigenschaften der Mitziehantriebe ist ihre Fähigkeit das übersetzungsverhältnis kontinuierlich unter Last verändern zu können, ohne daß die Last während der Änderung weggenommen werden muß. Diese Eigenschaft kann mit Zahnradantrieben nicht erreicht werden und bei bestimmten Arten von hydraulischen Getrieben nur mit einer wesentlichen Einbuße des Wirkungsgmdes. Mitzieh-

intriebe können so entworfen werden, daß die abgeriebene Geschwindigkeit bei einer gegebenen Anriebsgeschwindigkeit unbegrenzt variabel ist zwischen festgelegten Maximal- und Minimalgrenzen, zwischen Viaximalgrenze und Null oder zwischen Maximalgrenze und über Null hinaus in den Bereich von Umkehrgeschwindigkeiten. Die zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses benötigten äußeren Kräfte können sehr klein sein im Verhältnis zur Größe der übertragenen Kraft, so daß sich Mitziehantriebe für Servo-Steuersysteme empfehlen. Ein weiterer Vorteil liegt in der leicht herstellbaren Form der übertragungselemente.

Mitziehantriebe haben bestimmte festliegende Grenzwerte, von denen Drehmomentkapazität und ,5 Haltbarkeit die bedeutsamsten sind. Da die übertragbare Leistung von der Größe des Mitziehens abhängt und dieses Mitziehen andererseits von der Kraft abhängt, die am Berührungspunkt angewendet wird, bzw. vorliegt, muß der spezifische Kontaktdruck sehr hoch sein, wenn die Kraftübertragung wesentlich ist. Dieser hohe Druck führt dazu, daß die Ermüdungsfestigkeit der Mitziehantriebsteile herabgesetzt wird. Obwohl dieses Problem durch die Schaffung von mehr als einem Kontaktpunkt oder durch angenäherte Berührungslinien als teilweise überwunden angesehen werden kann, ist die Drehmomentkapazität von Mitziehantrieben für eine gegebene physikalische Größe kleiner als eigentlich erwünscht, und dieser Mangel schränkt die weitverbreitete Verwendung von Mitzieh- j₀ vorrichtungen empfindlich ein.

Die Größe der tangentialen Kraft, die durch einen gegebenen Rollenkontakt übertragen wird, ist unmittelbar proportional dem Produkt der am Berührungspunkt wirkt nden normalen Last und dem Mitziehkoeffiziem, der zwischen den beiden Körpern besteht. Wenn man annimmt, daß die Wirkung der tangentialrn Belastung auf die Lebensdauer der rollenden Kontaktflächen, bzw. -elemente gering irt, im Verhältnis zur Wirkung der normalen Belastung, kann die Ermüdungsfestigkeit eines Mitziehantriebs aus den Daten von Lagern mit Rollenkontakt, die unter ähnlichen Belastungen erhalten wurden, eingeschätzt werden. Daher ist die Lebensdauer eines rollenden Kontaktelements annähernd umgekehrt proportional der dritten Potenz der normalen (Radial-)Last, während die Drehmomentkapazität nur direkt proportional der Normallast isi. Es ist daher weit wünschenswerter die Erhöhung der Drehmomentkapazitat durch Erhöhen des Mitziehkoeffizienten zu erreichen als durch Erhöhen, bzw. Vergrößern der Radiallast.

Unter dem Begriff »Mitziehelemente befinden sich in Kontakt« versteht man allgemein, daß sich zwischen den Mitziehelementen ein Flüssigkeitsfilm befindet. Fast alle Mitziehantriebe benötigen Flüssigkeiten zum Entfernen von Wärme, Vermeidung von Abnutzung an den Kontaktoberflächen und zur Schmierung der Lager und anderer mit dem Antrieb in Zusammenhang stehenden beweglichen Teilen. Daher wird, an Stelle des Metall-auf-Metall-Rollkontaktes ein Flüssigkeitsfilm in die Lastzone eingeführt. Die Art dieser Flüssigkeit hat einen tiefgreifenden Einfluß auf den Mitziehkoeffizienten des Antriebs.

Der Mitziehkoefzient einer Mitziehvorrichtung kann als Quotient der tangentialen oder Mitziehkraft zur Radiallast definiert werden. Der obere Grenzwert des Mitziehkoeffizieaten ist der Mitziehkoeffizient beim Schlüpfen, der beobachtet wird, wenn der rollende Kontakt in den Grenzwert des groben Schlüpfens übergeht. Bei einem gegebenen Mitziehantrieb kann der Mitziehkoeffizient errechnet werden, wenn man die Radialbelastung an der Berührungsstelle kennt und gleichzeitig die Mitziehkraft mißt Die Formel für den Mitziehkoeffizienten ist:

Ji ~

F,

wobei in der Formel F₁ die tangentiale oder Mitziehkraft, P_n Radiallast oder Radialdruck und /, der Mitziehkoeffizient ist.

Versuche an Mitziehantrieben haben gezeigt, daß der Mitziehkoeffizient beeinflußt wird durch die Rollgeschwindigkeit, den Radialdruck auf die Berührungsstellen, die Flüssigkeitszusammensetzung, die Flüssigkeitstemperatur und die Gestaltung der Rollen- bzv.\ Walzenoberfläcbe. Weil die Mitziehflüssigkeit als der variable Schlüsse¹ in der Gruppe der Leistungsverbesserungen der Urehmomentkapazität bewirkenden Elemente einer bestimmten Mitziehvorrichtung anzusehen ist, werden die Mitziehkoeffizienten der Flüssigkeiten durch vergleichende Untersuchungen ermittelt. Die Mitziehkoeffizienten der jeweiligen Flüssigkeiten stellen ein relatives Maß der Mitziehwirkung der betreffenden Flüssigkeiten in einer Mitziehvorrichtung dar.

Jedem Mitziehantrieb sind bestimmte Belastungsgrenzen zugeordnet, die auf der physikalischen Größe der Teile, den Entwurfszahlen und den Eigenschaften der verwendeten Metalle beruhen. Zur Erhaltung einer vernünftigen Ermüdungsfestigkeit der arbeitenden Teile ist daher eine bestimmte Drehmomentgrenze festzulegen und danach auch einzuhalten. Viele Faktoren müssen zum Erreichen einer sicheren Drehmomentbegrenzung oder genauer einer sicheren Radialbelastung berücksichtigt werden. Sorgfältige Überlegungen sind zur Messung des Mitziehkoeffizienten der hier verwendeten Flüssigkeit anzustellen. Diese Unterschiede in den Mitzieheigenschaften bei unterschiedlichen Herstellungschargen einer gegebenen Flüssigkeit müssen erwartet werden, so daß ein Sicherheitsfaktor für die Grenze der Radialbelastung zur Kompensierung vorgesehen werden sollte.

Ein weiterer Faktor, der die Grenze der Radialbelastung beeinflußt, entsteht durch Drallverluste. Drallverluste oder Drehmomentverluste treten bei jedem Mitziehantrieb mit veränderlicher übersetzung auf. Diese sind auf die relative Drehung um eine Achse senkrecht zur Kentaktzone, zwischen der Kontaktzone auf einem mitziehenden Teil und der entsprechenden Zone auf dem mitlaufenden (kämmenden) Teil, zurückzuführen. Drallverluste steigen mit zunehmender Radialbelastung. Es kann daher ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden, wenn die Radialbelastung unter gleichzeitiger Beibehalung des gewünschten Arbeitsleistungsdrehmoments verringert werden kann, und dies kann mit einer Flüssigkeit erreicht werden, die einen erhöhten Mitziehkoeffizienten hat.

Vom Standpunkt der potentiellen Verbesserung der Drehmomentkapazitat aus betrachtet nimmt die Mitziehflüssigiceit, insbesondere ihr Mitziehkoeffizient, bei einem Mitziehantrieb eine Schlüsselstellung ein. Die Vorteile, die sich bei Anwendung von Flüssigkeiten mit erhöhten Mitziehkoeffizienten ergeben, wurden im Rahmen der Entwicklung von Mitziehvorrichtungen erforscht. Es wurden hierbei im

Handel erhältliche Petroleumölfraktionen, synthetische öle und öladditive untersucht mit dem Ziel Flüssigkeiten mit verbesserten Mitziehkoeffizienten und anderen gewünschten Eigenschaften, wie Viskosität, Schmierfähigkeit, Oxydationsstabilität. Antikorrosion und Antischaumbildungseigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Die bisher für Mitzichanwendungen brauchbaren Schmiermittel besitzen jedoch nicht jene Eigenschaften, die einen hohen, für eine verbesserte Drehmoment- ,₀ kapazität notwendigen Mitziehkoeffizienten begründen. Daher ist die Drehmomentkapazität von bekannten Mitziehantrieben geringer als dies vür viele technische Anwendungen erwünscht ist.

Obwohl noch nicht vollständig geklärt ist welche Eigenschaften den Mitziehkoeffizienten einer Flüssigkeit beeinflussen, konnten bestimmte grundsätzliche Phänomene in dem Bereich erforscht werden, in welchem zwei mit Flüssigkeit überzogene Rollenoberflächen, die sich um sich herum bewegen, sich praktisch berühren. Wenn die Rollen stehen und sich unter Last befinden, kontaktieren sich diese Oberflächen im wesentlichen über einem schmalen, im wesentlichen planparallelen Bereich, der durch die mechanischen Ausmaße und die Elastizitätsmodule der Walzen bestimmt wird. Die Ausdehnungen dieses Bereichs und die darin bestehende Druckverteilung können aus den Parametern der bekannten Hertzschen Gleichungen berechnet werden, und der Bereich ist allgemein als die Hertzsche Zone bekannt.

Wenn die Rollen sich unter \Λ<ίί drehen, zieht dictp Bewegung Flüssigkeit durch diese Zone, wie optische Röntgen- und Kapazitätsmessungen zeigen. Die Oberflächen sind durch eine dünne, keilförmige Schicht von Flüssigkeit getrennt, die sich in Richtung der nachlaufenden Kante der Kontaktzone zuspitzt. Die Schicht hat eine mittlere Stärke, die die Summe der Höhen der Oberflächenrauhheiten der Rollen im allgemeinen überschreitet. Die Stärke dieser Schicht und Druck- und Temperaturverteilung darin können für zylindrische Rollen annäherungsweise durch neuerdings entwickelte Rechentechniken ermittelt werden.

Die Mitziehflüssigkeit läuft durch die Hertz-Zone in extrem kurzer Zeit und wird hier außergewöhnlich hohen Drücken ausgesetzt, die durch die elastische Deformierung der Rollen bestimmt werden und die die Ursache sind, daß die Viskosität der Flüssigkeit stark erhöht wird. Wegen der äußerst geringen Stärke der flüssigen Schicht werden sogar leichter Schlupf zwischen den Rollen und hohe Scherkräfte verursacht. Diese werden in der Flüssigkeit entwickelt. Das plötzliche Zusammendrücken der Flüssigkeit in der Hertzschen Zone, die vorliegenden hohen Drücke, Viskositäten, Scherkräfte stehen in Beziehung zu den rheologischen Eigenschaften solcher Flüssigkeiten. Die Theologischen Eigenschaften zum Mitziehverhalten in klare Beziehung zu bringen, hatte wenig Erfolg.

Die vorliegende Erfindung brachte durch die Entdeckung von Flüssigkeiten, die hervorragende Mitzieheigenschaften haben,bemerkenswerte Fortschritte gegenüber dem Stand der Technik. Wegen ihrer höheren Mitziehkoeffizienten, wirken die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbaren Flüssigkeiten einem großen Nachteil der herkömmlichen Mitziehantriebe, nämlich der begrenzten Drehmomentkapazität entgegen. Mit der Verfügbarkeit dieser Flüssigkeiten werden bestimmte, wirtschaftliche Vorteile erreicht. Beispielsweise kann die Größe der lasttragenden Teile einer bestehenden Mitziehantriebseinheit als Ergebnis der Verwendung der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten verringert werden, während gleichzeitig gleiche Drehmomentkapazität und die Lebensdauer der Teile erhalten bleibt. Umgekehrt ist unter Beibehaltung der gleichen Größe und bei Verwendung dieser Flüssigkeiten eine größere Drehmomentkapazität verfügbar, ohne Verringerung der Lebensdauer der arbeitenden Teile. Wenn die (Gerät)-Größe der Einheit beibehalten und das Drehmoment nicht vergrößert wird, dient die Verwendung von Mitziehflüssigkeiten dazu, die Lebensdauer der Teile zu verlängern, weil die Radiallast kleiner wird.

Die Größe der durch die erfindungsgemäße Verwendung erreichbaren, wirtschaftlichen Vorteile kann leicht erläutert werden. Zum Beispiel werden nachfolgend Zahlen aus den Untersuchungsergebnissen genannt, die aufzeigen, daß einige dieser Flüssigkeiten Mitziehkoeffizienten haben, die durchweg 30% größer sind als die besten Mitziehflüssigkeiten nach dem Stand der Technik. Allgemein ermöglicht eine 30%ige Vergrößerung des Mitziehkoeffizienten einer Flüssigkeit annähernd eine 30%ige Verkleinerung der Größe des Mitziehantriebs, in welchem sie verwendet wird, während die gleiche Leistung beibehalten wird. Solch eine Größenverringerung gewährt eine wesentliche Kosteneinsparung allein durch Reduzierung der Metallkosten. Die Handlichkeit des Mitziehantriebs wird durch das verringerte Gewicht und das verkleinerte Volumen verbessert. Hs können daher Flüssigkeiten verwendende Mitziehantriebe in Geräten eingesetzt werden, in welche sie bisher wegen der Kosten, der Größe oder des Gewichtes nicht eingebaut werden konnten.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, bestimmte Flüssigkeiten zu verwenden, die Tür Mitziehantriebe überlegene Eigenschaften haben, die insbesondere wesentlich höhere Mitziehkoeffizienten besitzen, als die bisher für Mitziehantriebe zur Verfugung stehenden Flüssigkeiten.

Die Mitziehantriebe erhalten durch die Verwendung der verbesserten Mitziehflüssigkeiten eine erhöhte Drehmomentkapazität.

Es wurde nunmehr gefunden, daß bestimmte, kondensierte, gesättigte Verbindungen als Flüssigkeit oder als Flüssigkeitsbasisansatz für Mitziehvorrichtungen des oben beschriebenen Typs brauchbar sind.

Es handelt sich im Falle der erfindungsgemäU verwendbaren Flüssigkeiten, um organische Verbindungen, die 2 bis 9 kondensierte, gesättigte Kohlenstoff aufweisende Ringe mit ungefähr 9 bis 60 Kohlenstoffatomen enthalten, wobei bis zu 8 Kohlenstoffatome durch Sauerstoff-, Stickstoff-, Phosphor- und, oder Siliciumatome ersetzt werden können.

Obgleich die im Rahmen dieser Erfindung kondensierten Ringverbindungen einen weiten Bereich von Mitziehkoeffizienten aufweisen, umfaßt eine bevorzugte Klasse derselben, solche Mitziehflüssigkeiten, die einen Mitziehkoeffizienten von wenigstens 0,06 in einer Testmaschine aufweisen, die nachfolgend beschrieben wird. Beispiele von erfindungsgemäßen Flüssigkeiten, die hohe Mitziehkoeffizienten aufweisen, sind cis-Decalin, Perhydrofiuoren, Perhydrofluoranthen, Perhydrophenanthren und trimeres Perhydrocyclopentadien.

Hervorragende Ergebnisse mit kondensierten Ringsystemen wurden dort erreicht, wo wenigstens einer der Ringe mindestens 6 Gliederatome enthält. Die

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Gliederatome sind natürlich nicht notwendigerweise insgesamt Kohlenstoffalome. sondern können auch Sauerstoff-, Stickstoff-, Phosphor- und Siliciumatome sein. Als Beispiele für typische, kondensierte Ringverbindungen, die als erfindungsgemäße Mitziehflüssigkeiten brauchbar sind, seien genannt:

zwei kondensierte Ringe von N-Cyclohexylperhydrochinolin. Hydrindan, Decalin. 3-Cyclopropylnorcaran. N-Cyclohexylperhydrochinolin. Perhydrobenzofuran. bis-(2- Perhydroisochinolenyl) - methan. Octahydro - N - methyllindol. spiro[5,5] - Undecan, bicyclo[6,5,0] - Dodecan und 2-Cyclohexylbicyclo[2,2,l]-heptan; drei kondensierte Ringe von Perhydrobiphenylen, Perhydroacenaphthen, Perhydrofluoren, Perhydroperinaphthen. Perhydrophenanthren, Perhydroanthracen. N- Methylperhydrobenzochinolin, N - Cyclohexylperhydrocarbazol, N - Isopropylperhydroacridin, Perhydrodibenzopyran, N,N' - Dimethylperhydro - 1,7 - phenanlhrolin, TricycloP.l.O.O⁴''] - decan, tricyclo[ 10,4,0,0^{2 7}]-hexadecan, tricyclot4,4,4,0'"] - Tetradecan, 2,2-Dimethyltricyclo[8,4,0,0^4q]-2-silatetradecan, 2-Methyltricyclo[8,7.0,0⁴⁹]-l-aza-2-phosphatetradecan, Diisopropylperhydrodibenzofuran und 1 -Äthyl-3,5,7-trimethyitricyclo[3,3,1,1^3-7]decan; vier kondensierte Ringe von Perhydrofluoran- «hen. Perhydropyren. Perhydrobenzanthren, Perhydrocyclopentaphenanthren, Perhydrotriphenylen. Perhydrochrysen, Perhydro - 3,4 - benzophenanthren. Perhydro - 1,2,4,5 - dibenzopentalen, Perhydropyracen und 2,2,6,10 - Tetramethyltricyclo[5,3.1.0^v7]undecan;
fünf kondensierte Ringe von Perhydrocholanthren, Perhydroperylen. Perhydromethylcholanthren, Perhydro - 11.12-benzofluoranthen. Perhydro - 4,5 - ο - phenylenfluoranthen, Perhydro-1,2,5,6-dibenzanthracen, Perhydro(2,1,1.2)-perinaphthen. Pentacyclo[6,5.1,l,³"^<>,0'"⁷.0^<'' ]-pentadecan und Perhydropicen;
sechs kondensierte Ringe von Perhydro-4,5-o-phenylenfluoranthen, Perhydro- 1,2-benzoperylen, Perhydro - 1,2.3,4 - dibenzopyren und Perhydro-9,10,11,12-dibenzofl uoranthen; sieben kondensierte Ringe von Perhydro-2,3,10,11 - dibenzoperylen, Perhydrohexaphenylen, Perhydrorubicen und Heptacyclo[9.6.1,

acht kondensierte Ringe von Perhydrobisanthen und Perhydro-2,3,6,7-di(peri-naphthylen)-naphthalin;

neun kondensierte Ringe von Perhydrooctaphenylen, Perhydro-7,8-benzoterrylen und No-

pentacosan;

zehn kondensierte Ringe von Perhydrodecacyclen.

Viele der hier in besonderer Weise offenbarten Verbindungen enthalten keine Substituentengruppen. Es können aber auch bestimmte Substituentengruppen in den Verbindungen enthalten sein, ohne daß die Brauchbarkeit solcher Verbindungen beeinflußt wird. Typische Beispiele von Substituenten, die vorhanden sein können (solange dem Erfordernis der Gesamtanzahl an Atomen Genüge getan wird) umfassen aliphatische Reste, z. B. Alkylreste, wie Methyl, Äthvl. n-Propyl. Isopropyl. η-Butyl, sek.-Butyl. Isobutyl, tert.Butyl, sek.-Amyl, Isoamyl, tert.-Amyl; Hexylreste, beispielsweise 2,2-Dimethyl-3-butyl, 2,2-Dimethyl-4-butyl, 2,3-Dimethyl-2-butyl; Heptylresie, z.B. 2,2,3 - Trimethyl - 3 - butyl; Oclylreste, z.B. Diisobutyl; Nonylreste; Decylreste; Dodecylrestc; Tetradecylreste, Hexadecylreste; Octadecylreste und andere verzweigte Alkylresle, die die Formel C_nH_{2n +} I haben; Alkenylreste, wie Propenylreste, Allyl, Isopropenyl; Butenylresle, wie n-Bulenyl-1, n-Butenyl-2, n-Butenyl-3, Isobutenyl; Pentenylreste; Hexenylreste, z. B. 4,4-Dimethylbutenyl-2, 3,4-Dimethylbutenyl-1; Heptenylreste; Octenylreste, z.B. Diisobutenyl; Nonenylreste: Decenylreste; Dodecenylreste, z. B. Triisobutenyl und andere verzweigte Alkenylreste, dicdie Formel C₁₁H_2n^i haben; cycloaliphatische Reste, z.B. Cycloalkylreste. wie ("yclopenlyl. alkylicrtes Cyclopentyl, Cyclohexyl- und alkylierte Cyclohexylreste. wie Mono- und Polymethylcyclopentylreste, Mono- und Polymethylcyclohexylreste, Mono- und Polyäthylcyclohexylreste, Mono- und Polyisopropylcyc!ohexylreste, mono- und poly-tertAmylcyclohexylreste, Diisobutylcyclohexyl- (d. h. tert.Octylcyclohexyl-)-reste, Nonylcyclohexylreste; Cycloalkenylreste, z. B. Cyclopentyl, alkyliertes Cyclopentyl, Cyclohexenyl und alkylierte Cyclohexenylreste, ?.. B. Mono- und Polymethylcyclopentenylreste. Mono- und PoIymethylcyclohexenylreste. Mono- und Polyäthylcyclohexenylreste. Mono- und Polyisopropylcyclohexenylreste. Diisobutylcyclohexenylreste, Nonylcyclohexcnyireste;Cycioaikyi-subsi.aliphaiischcRcMc,/. B. Phe nyl-, Alkylphenyl-, Phenylalkyl- und Alkylphenylalkylreste, z. B. Tolyl, Phenyläthyl, Isopropylphcnyl, Cumyl, Benzyl. Dimethylbenzyl; Cyclohexyl- und Alkylcyclohexyl-substAlkylreste, z. B. Cyclohcxyläthyl. Methylcyclohexyläthyl, Äthylcyclohcxyläthyl. Cyclohexylpropyl, tert.Butylcyclohexylbutyl.

Zusätzlich können die kondensierten Ring^verbindungen dieser Erfindung sauerstoffenthaltende Substituenten haben, wie Alkoxy, Alkoxyalkyl, Cycloalkoxy, Cycloalkoxyalkoxy, Alkoxycycloalkyl, Cycloalkoxycycloalkyl, Alkenoxy, Cycloalkoxyalkenyl und Alkenoxyalkenyl und ebenso Alkenoxyalkyl. Insbesondere können sauerstoffenthaltende aliphatische Reste, als Substituenten fungieren, z. B. Propoxyäthylreste. wie n-Propoxyäthyl, Isopropoxyäthyl; Butoxyäthylreste, z. B. n-Butoxyäthyl, Isobutoxyäthyl, terl.-Butoxyäthyl; Octoxyäthylreste, z. B. Diisobutoxyäthyl; Dibutoxypropylreste, z.B. 2,3-di-n-Butoxypro pyl, 3,3-Düsobutoxypropyl; Dioctoxypropylreste z. B. 2,3 - bis - (Diisobutoxy) - propyl; Cycloalkoxy subst.alkylreste, z.B. Cydohexoxymethyl; Cyclohex oxyäthylreste, z.B. /ϊ-Cyclohexoxyäthyl, a-Cyclohex oxyäthyl; Cyclohexoxybutylreste, z.B. 2-(Cyclohex oxy)-butyl, 2,3-Dicyclohexoxybutyl; Methylcyclo hexoxypropylreste, z. B. 2-{2-Methylcyclohexoxy)-pro pyl, 2-(4-Methylcyclohexoxy)-propyl: Butylcyclo hexoxyäthylreste, z. B. /?-{4-tertButylcycIohexoxy] äthyl, a-(2-sek.Butylcyclohexoxy)-äthyI; Cyclopenl oxyäthylreste, z. B. a-Cyclopentoxyäthyl, /i-Cyclopenl oxyäthyl; Propylcyclopentoxymethylreste, z.B. Isc propylcyclopentoxymethylreste, n-Propylcyclopeni oxymethylreste; Alkenoxy-subsLalkylreste, z. B. Prc penoxyäthylreste, z.B. Allyloxyäthyl, Isopropenox} äthyl; Octenoxyäthylreste, z. B. Diisobutenoxyäthy Dioctenoxypropylreste, z.B. 2,3-bis-(Diisobutenoxy propyl; sauerstoffenthaltende cycloaliphatische Rest z. B. Alkoxy-, Alkenoxy- und Aroxy-subst.-Cycloalky reste, z. B. Alkoxy-subsLcyclopentylreste, z. B. Mon<

und Polyäthoxycyclopentyl; Octoxycyclopentylreste, z.B. Diisobuloxycyclopentyl; Alkoxy-subst.cyclohexylreste, z.B. Mono- und Polymethoxycyclohexyl; Ocloxycyclohexylresle, z.B. Diisobutoxycyclohexyl; Alkenoxy-subst.ryclopenlylreste, z. B. Propenoxycyclopentylreste, z.B. Isopropenoxycyclopentyl; Alkenoxy-subsucyclohexylreste, ζ. B. Vinyloxycyclohexyl, Propenoxycyclohexylreste, z. B. Isopropenoxycyclohexyl; Octenoxycyclohexylreste, z.B. Diisobulenoxycyclohexyl; Aroxy - subst.cyclopenlylreste, z. B. Phenoxycyclopentyl und Toloxycyclopentyl; Aroxy-subst.cyclohexylreste, z. B. Phenoxycyclohexyl und Toloxycyclohexyl; Propylphenoxycyclohexylreste, z. B. Isopropyl-phenoxycyclohexylresteiCarboalkoxyalkylreste

\R — OC — R' — J ■
z. B. Carbomethoxymethyl

\CH₃ —O —C — CH₂-J

carboäthoxyäthyl; Carboalkoxycycloalkylreste, z.B. Carboäthoxycyclopentyl.

An Stelle von Sauerstoff oder zusätzlich zu Sauerstoff können noch andere Elemente vorhanden sein; beispielsweise können Alkylreste, die Silicium enthalten, vorhanden sein. Es sei der Alkylrest der Formel

C₂H₅

C2H5—Si OH2CH2

C₂H₅

erwähnt.

Ein Silicium enthaltender Cycloalkylrest entspricht der Formel

CH

CH₂-CH₂

CH-O

CH₂-CH₂

Si —O—i

CH₂-CH₂

L- CH CH-

CH₂-CH₂

Ln2~" C-γιλ Cxx2

CH₃, Si

CH₂-CH₂ CH₃

Im Bereich der vorliegenden Erfindung Hegen Gemische von irgendwelchen zwei oder mehr der vorausgehend beschriebenen Verbindungen. Es wurde weiterhin als zweckmäßig angesehen Viskositätsindex(VI)-verbesserer einigen dieser Mitziehflüssigkeiten zuzusetzen, um den Temperatur-Viskositätserfordernissen für bestimmte Mitziehantriebverwendungen gerecht zu werden. Selbstverständlich können auch noch andere Additive in kleinen Mengen verwendet werden, beispielsweise Antioxidationsmittel, Rostinhibitoren, Dichtaufquellmittel, Antischaumadditive, Antiabnützungsadditive, Antikorrosionsadditive, Dispergiermittel, Farbstoffe u. a.

Zum Vergleich der Mitzieheigenschaften von verschiedenen Flüssigkeiten ist es notwendig einen Slan-

,o dard für die Messung festzulegen. Es wurden zahlreiche Verfahren und Techniken zur Vermessung des Reibungskoeffizienten, Trennung der rollenden Kontaktoberflächen durch einen Flüssigkeitsfilm. Weil sich sich diese Techniken jedoch im Hinblick auf die Arbeitsweise und das Meßverfahren unterscheiden, ist tine ideale Beziehung, hinsichtlich relative: oder absoluter Größe der Zahlen durchweg nicht erhältlich. Es wurden jedoch mit bestimmten Typen von Teemaschinen übereinstimmende Ergebnisse erreicht, und diese können erfolgreich für Vergleichsmessungen verwendet werden.

In der technischen Literatur ist eine Testmaschine beschrieben, die längsdruck belastete Kugellager zur Bestimmung des Mitziehkoeffizienten benutzt. (Vergleiche «Effect oft Lubricant Composition on Friction as Measured with Thrust Ball Bearings« von F. G. R ο u η d s (J. Chem. and Eng. Data, Bd. 5, Nr. 4, S. 499 [1960"|). Diese Maschine mißt das Drehmoment, das von einer zentralen Antriebsachse auf einen Drehmomcntenarm über zwei Längskugellager übertragen wird, die in die Testflüssigkeit eingetaucht werden. Die Lager sind axial befestigt und können gedreht werden, während sie einer axialen Stoßbelastung unterworfen werden. Die Stoßbelastungen werden hydraulisch oder durch Zusammendrücken von kalibrierten Belleville-Federn erzeugt. Ein an der Antriebsachse angebrachtes Tachometer mißt die Drehgeschwindigkeit. Thermoelemente, die in die Kugeln des Testkugellagers eingebettet sind, messen die Temperatur der Testflüssigkeit, die bu verschiedenen, vorausbestimmten Temperaturen durch Erhitzen oder Kühlen der Mantelflüssigkeit in einem, die Testkammer umgebenden Gehäuse konstant gehalten wird.

Die einzelnen Kugeln neigen sich ebenso um eine Achse, drehen sich parallel zur Kugellagerhauptachse, und rollen auch längs der Kügellaufbahn. Im Endergebnis tragen rollende und gleitende Bewegungen zum Mitziehen bei. Das Abgangdrehmoment wird mit dem Drehmomentenarm gemessen, der zwischen den beiden Kugellagern befestigt ist. Dieses gemessene Drehmoment wird dann in Werte des Mitziehkoeffizienten für den zu bewertenden Trnctanten übertragen. Die mit dieser Maschine erhaltene.. Koeffizienten sind vergleichbar mit Werten, die in tatsächlichen Mitziehantrieben gemessen wurden. Daher isi dde Maschine zur Beurteilung von Priifflüssigkeiter geeignet.
Das Bewertungsverfahren für Mitzieheigenschafter einer Flüssigkeit, wie der oben angegebenen Maschine besteht im Einsetzen eines neuen Kugellagersatze in die Testflüssigkeit und der darauffolgenden Messun] des Drehmoments, das über die Kugellager als Funk tion von Last, Geschwindigkeit und Flüssigkeits temperatur übertragen wird. Um die Beeinflußun einer Meßflüssigkeit auf die nächste zu vermeider wird für jeden Test ein neuer Kugellagersatz benutz Während des Versuchs läßt man die Maschine s

14

lange unter Testbelastungen und -temperaturen arbeiten, bis stabile Mitzichwerte erreicht werden. Dies dauert, abhängig von der Testfiüssigkeil, mehrere Minuten bis mehrere Stunden.

Die Werte der in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten Mitziehkoeffizienten sind mit diesem Meßverfahren unter Benutzung der Längskugellager-Testmaschine, wie sie oben angegeben wurde, ermittelt worden. Es zeigte sich bei den Zahlen, hinsichtlich der Wiederholbarkeit von Versuchen mit dieser Maschine, unter Verwendung von hydraulischen Belastungsmitteln, daß für die gleiche Testflüssigkeit bei gegebenen Testbedingungen die Standardabwcichung bei jedem gemessenen Mitziehkoeffizienten im allgemeinen geringer als 3% seines Wertes ist.

Zur Bestätigung der in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Mitziehdalen wurden die meisten, der hier aufgezählten Verbindungen ebenso in einer Rollscheibenmaschine geprüft, einer Vorrichtung, die nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Im allgemeinen wurden gute Wechselbeziehungen /.wischen den Mitzichwerten der Längskugellager-Testmaschine und der Rüllscheibenmaschine erhalten.

In der oben angegebenen Literatur werden, bezogen auf die Längskugellager-Testmaschine, Versuchsergebnisse für Mineralöl;, synthetische öle und Mineralöle mit Additiven angegeben. Die geprüften, synthetischen Flüssigkeiten sind beispielsweise Fettsäuren, Alkohole, Ester. Silicone und halogenierte Verbindungen, wie chloriertes Biphcnyl. Unter den Additiven findet man Säuren und Alkohole, Schwefel- und Chlorverbindungen, Stickstoffverbindungen, Phosphorverbindungen und metallorganische Verbindungen. Es wird gezeigt, daß sowohl das Basisöl als auch der Additivtyp eine ausgeprägte Wirkung auf das Mitziehen ausübt, öle auf Naphthenbasis ergeben beispielsweise höhere Mitziehwerte als öle auf Paraffinbasis.

Im allgemeinen nimmt der Mitziehkoeffizient in dem Ausmaß ab, in dem ölletnperatur, Kugelgeschwindigkeit oder Last sich erhöhen, wie dies aus den Ergebnissen zu ersehen ist, die mit der Längskugellager-Testmaschine erhalten werden. Zu einem sinnvollen Vergleich der verschiedenen Flüssigkeiten, im Hinblick auf ihre Mitzieheigenschaften, müssen jedoch Standardtestbedingungen angewendet werden. Die in dem obigen Bericht angegebenen Zahlen wurden mit einer Flüssigkeitstemperatur von 93" C und unter einer Durchschnittshertzbeanspruchung von 28 100 kg/cm² gemessen. Die Bezeichnung »Hertz-Beanspruchung« bezieht sich auf die nominale Druckbeanspruchung in der Belastungszone. Die lineare Kugelgeschwindigkeit wurde verändert. Die bei der Längskugellagermaschine gemessenen Mitziehkoeffizienten lagen in einem breiten Bereich von 0,004 bis 0,061 bei allen hier ausgeführten Flüssigkeiten. Es wurde kein Koeffizient über 0,061 erreicht. Der mit 0,061 erhaltene maximale Koeffizient wurde bei Verwendung von Trifluorchloräthylenpolymerisat erhalten. Ein anderes synthetisches Schmiermittel, Fluoralk ylcamphorat, hatte einen Mitziehkoeffizienten von 0,058. Die Koeffizienten der anderen synthetischen Schmiermittel, wie der Silicone und Diester, fallen ungefähr in den Mineralölbereich von 0035 bis 0,055. Kondensierte Ringverbindungen sind in der vorausbezeichneten, technischen Beschreibung nicht in Betracht gezogen.

Die hervorragenden Mitzieheigenschaften der kondensierten RingverbindungLii werden durch die voraus beschriebene Längskugellager-Testmaschine aufgezeigt. Ausgenommen die Kugelgeschwindigkeit, waren die Testbedingungen die gleichen, wie bei dem oben angegebenen Aufsatz. Die Flüssigkeitstemperatur wurde bei 93 C gehalten, die Hertz-Beanspruchung betrug 28 100 kg/cm². Die bei den vorliegenden Teslbedingungen verwendete leicht höhere Geschwindigkeit verringert die erkennbare Verbesserung gegenüber den Flüssigkeiten nach dem Stand der Technik, weil der Milziehkoeffizient sich mit der Erhöhung der Geschwindigkeit verringert.

Die nachfolgende Tabelle gibt Zahlenangaben für den Milziehkoeffizienten für eine Anzahl von kondensierten Ringverbindungen. Die Testbedingungen sind oben angegeben. Ebenso ist der Prozentsatz der Verbesserung über den maximalen nominalen Koeffizienten nach dem Stand der Technik von 0,060, gemessen nach der Längskugellagermaschine, aufgezeigt. Diese Tabelle dient ausschließlich der Erläuterung und beinhaltet nicht die gesamten Verbindungen oder Klassen von Verbindungen, die nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind.

Tabelle 1

Mit/ichflüssigkcit

Bicyclo(4,4,0)-decan(cis),

cis-Decalin

Bicyclo(4.4.0)-decan(cis und trans),

eis- und trans-Decalin

2,3-Dimethylbicyclo(4,4.0)-decan,

2,3-Dimeth,ldecalin

x-( 1 -Methyläthyl)bicyclo(4,4,0)-

decan, Isopropyldecalin

X-(LI -dimethyläthyD-bicyclo-(4,4,0)-decan, t-Butyldecalin ...

Perhydrofluoren

Perhydrophenanthren

χ,χ,χ-Trimethylpenlacyclo-

[6,5,U²⁽'.0²V^l3]-tndecan, Perhydromethylcyclopentadien

(Trimeres)

Perhydrofluoranthen

o-Cyclohexyl-o^S-trimethylbicyclo(4,3,0)-nonan, 1-Cyclohexyl-1,3,3-trimethylhydrindan

x-Hexylperhydrofluoranthen

x-Cyclohexylperhydrofiuoranthen Poly(äthyl-1 -methyl ^perhydrofluoranthen

x-Isopropylperhydrofluoranthen Perhydrofluoren-x-cyclohexyl ... Perhydrofluoren-x-isododecyl ... 2-Cyclohexyl-bicyclo(4,4,0)-decan,

1-Cyclohexyldecalin

2-Cyclohexyl-x-methyl)-bicyclo-

(2,2,l)-heptan

Perhydropyren

Äthylperhydrofluoren

Mitzich- (ncffizicnl	Vo über 0,060
0.072	20
0.064	7
0,064	7
0,067	12
0,063 0,080 0,074	5 33 23
0,069 0,067	15 12
0,074 0,058 0,069	23 -3 If
0,066 0,066 0,067 0,062	H K i:
0,064
0,066 0,057 0,065	1

15 Fortsetzung	Mitzieh- koeffizieni	°o über 0.(160
Mitziehflüssigkeit	0.064 0.065 0.065 0.078 0.063 0.064 0.065	7 O 9 24 5 7 9
Perhvdroanthracen Bis-">-decalin l.2'-Dihvdrindan Perhydrocyclopentadientrimer .. l-Cyclohexyldecalin ^-Cvclohexyldecaün 4.5-Methylenperhydro- phenanthren

Aus den Zahlen der Tabelle I ist zu ersehen, daß die Mitziehflüssigkeiten der vorliegenden Erfindung für die beschriebenen Zwecke brauchbar sind. Es ist selbstverständlich, daß Verbindungen mit 2 bis 5 kondensierten Ringen hervorragende Mitziehflüssigkeiten sind. Sie bewirken einen Vorteil bei Mitziehvorrichtungen mit bedeutend erhöhter Drehmomentkapazität. Demgemäß stellen solche Mitziehflüssigkeiten mit 2 bis 5 kondensierten Ringen eine bevorzugte Klasse von Verbindungen dar.

Zur Erläuterung der hervorragenden Eigenschaften 2s dieser Verbindungen in einer Testmaschine, in welcher die GröL"; der Mitziehelemente und der Umfang, 'es durch diese Elemente übertragenen Drehmom nts annähernd einer praktischen Vorrichtung entspricht, wurden 2 aus der Tabelle I ausgewählte Flüssigkeiten mit drei führenden, im Handel erhältlichen Mitziehflüssigkeiten in einer Rollenscheibenmaschine verglichen. Diese Maschine, die zum Vergleich des Flüssigkeitsverhaltens bei Getrieben mit veränderbarer Geschwindigkeit vorgesehen ist, enthält zwei gehärtete Stahlrollen, die gegeneinander belastet und mit jeder gewünschten Geschwindigkeit angetrieben werden können. Die Flüssigkeit wird zwischen die Rollen eingeführt und die Verhältnisse zwischen angewendeter Last, Oberflächengeschvvindigkeit der Rollen, relativer Rutschgeschwindigkeit zwischen den beiden Rollen und dem von der einen Rolle zur anderen durch den Kontakt zwischen denselben übertragenen Drehmoment, sind ein Maßstab für die tatsächliche Leistung der Flüssigkeit bei einem Getriebe mit veränderlicher Geschwindigkeit (Literaturhinweise für diese Rollscheibenmaschine, vgl. 1. M. A. Pl int: »Proceedings of the Inst, of Mech. Engrs., BO 180, Sten. 225,313 [1965 bis 1966]; 2. »The Lubrication of Rollers I« von A. W. Crook, Phil. Trans. A 250 387 [1958] und 3. »The Lubrication of Rollers, IV Measurements of Friction and Effective Viscosity« von A. W. C r ο ο k, Phil. Trans. A 225 281 [ 1963 a])'

Die beiden Testrollen aus l%igem Chn nkugellagerstahl werden an den Enden von Achsen getragen, die in Schwerlastkugel- und Rollenlagern laufen. Die Rollen, die auf 62 bis 65° Rockwell C gehärtet werden, haben einen Durchmesser von 15,24 cm und sind mit einer Kronenrändelung von 7.62 cm Radius zur Bildung einer umlaufenden Kontaktzone verschen. Die Rollen werden durch Festgewichte gegeneinander gedruckt, die über 10: 1 Hebelarme betätigt werden, wobei die oberen Rollenlager in einem Gleitlager geführt werden. Die Rollenachsen werden durch bewegliche Kupplungen mit einem Stirnradgetriebe verbunden, das auswechselbare Abnahmegetriebe hat. Durch Änderung da" Übersetzungsverhältnisse kann tangentialer Schlupf zwischen den Rollenoberflächen

35

40

45

55 entstehen, und es kann Kraft von einer zur andern übertragen werden. Die untere Achse des Getriebekastens wird durch einen Elektromotor über einen gezahnten Riemen angetrieben, wobei der Motor auf Drehzapfen zur Ermöglichung der Messung des zugeführien Drehmoments zur Maschine montiert ist. Der Getriebekasten ist ebenso auf Zapfen gelagert und die Drehmomentwirkung, die durch einen Hebelarm und ein Federgleichgewicht gemessen wird, wird zu dem zwischen den Rollen übertragenen Drehmoment in Bezug gebracht. Ein Bremszylinder, der für bestimmte Versuche, die merkliche Instabilität beinhalten, benötigt wird, kann an dem Drehmomeiuenarm des Getriebekastens angebracht werden. Die Rollen sind von einem Polymethylmethacrylatgehäuse umgeben, und die unter Prüfung stehende ölprobe. die ungefähr 100ecm beträgt, ist so in dem Gehäuse angeordnet, daß die untere Rolle in das öl eintaucht. Die Temperatur der Rollenoberfläche wird durch ein Chromaluminiumthermoelement gemessen, das am Ende einer Blattfeder getragen wird und leicht gegen den Rand der unteren Rolle drückt, während ein weiteres Thermoelement die Temperatur der ölprobe in dem Gehäuse angibt.

Antriebsgeschwindigkeit und übersetzungsverhältnis werden zur Bildung der gewünschten Rollen- und Schlupfgeschwiiidigkeiten ausgewählt, und man läßt die Maschine 6 bis 8 Minuten mit einer Last laufen, die auf die Rollen mit ungefähr Vb der vollen Testlast aufgebracht wird. Dies stellt sicher, daß die Lage" aufgewärmt werden und die parasitären Verluste einen stetigen Wert erreichen. Dann werden Ablesungen der verschiedenen Drehmomente und Temperaturen vorgenommen. Hierbei wird einerseits die gesamte Last von den Rollen entfernt, andererseits wird mit fünf unterschiedlichen Lasten zwischen Minimum und Maximum gemessen. Zuletzt wird eine nochmalige überprüfung der Drehmomente im Leerlauf, d.h. unter Entfernung der gesamten Last von den Walzen, bzw. Rollen, vorgenommen.

Oberhalb einer bestimmten minimalen Geschwindigkeit ist der Mitziehkoeffizient eine Funktion der Schlupfgeschwindigkeit, z. B. der Differenz der Geschwindigkeiten der beiden Rollenoberflächen. Im wesentlichen ist er von der Last und Durchschnittsgeschwindigkeit der Rollenoberflächen unabhängig. Bei einer praktischen Transmission für änderliche Geschwindigkeit liegen die Schlupfverhältnisse, die bei der Kraftübertragung von Bedeutung sind, gewöhnlich im Bereich von ungefähr 18,29 m/Minute bis 914 m/Minute. Für Vergleichszwecke ist daher als das beste Kriterium der Mitziehkapazität einer Flüssigkeit der Mittelwert des Mitziehkoeffizienten oberhalb des angeführten Schlupfbereichs anzusehen.

Der Mittelwert des Mitziehkoeffizienten aus den Daten mit der Rollscheibenmaschine wird durch statistische Methoden aus den Werten des Mitziehkoeffizienlen einer Flüssigkeit ermittelt, die sich bei verschiedenen Lasten, mittleren Oberflächengeschwindigkeiten und Schlupfgeschwindigkeiten ergeben.

Die drei Mitziehantriebflüssigkeiten, die bei dem Rollscheibentest zum Vergleich mit den kondensierten Ringverbindungen der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, werden als Flüssigkeit »A«. »B« und »C« bezeichnet. Die Flüssigkeit »A« ist ein synthetischer, paraffinischer Kohlenwasserstoff mit einer Viskosität von 45 es bei 37,8°C und 6.7 es bei 99 C. Die

Flüssigkeit »Β« ist ein öl auf Naphthenbasis mit einer Viskosität von 47 es bei 37,8^CC und 6,6 es bei 99 C. Die Flüssigkeit »C« ist ein Mineralöl mit ähnlichen Viskositätseigenschaften. Die kondensierte Ringverbindung, als Flüssigkeit »D« bezeichnet, ist trimeres Perhydromethylcyclopentadien als Flüssigkeit »E« bezeichnet, Perhydrofluoren und als Flüssigkeit »F« bezeichnet, l-CycIohexyl-l^J-trimethylhydrindan.

Die Tabelle II zeigt die Ergebnisse dieses Vergleichstests, wobei die Überlegenheit der kondensierten Ringverbindungen der vorliegenden Erfindung leicht ersichtlich ist. Alle Zahlen beziehen sich auf eine Flüssigkeitstemperatur von 7FC und eine Hertz-Beanspruchur.g von 15 780 kg/cm². Der Mitziehkoeffizient ist der Durchschnittskoeffizient eines Bereichs von der Schlupfgeschwindigkeit von 1,52 bis 76,0 m Minute, 18,29 bis 914 m/Minute und mittlere Oberfiächengeschwindigkeiten von 235 bis 1415 m/ Minute.

Tabellen ^o

Ergebnisse des Rollenscheibentests

Flüssigkeit A
Flüssigkeit B
Flüssigkeit C
Flüssigkeit D
Flüssigkeit E
Flüssigkeit F

1 ■ Mitziehdurch-	% Zunahme
	gegenüber der
	Flüssigkeit »A«
	—
	-22
	-6
	+ 32
	+ 19
	+ 15
schnittskoeffizient
bei 71 C
0,069
0.054
0,065
0.091
0.082
0,079

Flüssigkeit »A«

Flüssigkeit »F«

2270 kg Normallast
m/Minute

304,8 m

0,051
0,067

609,6 m

914.4 m

0,047
0,063

0,045

0,062

6800 kg Normallast
m/Minute

304.8 m

0,052

0,063

609,6 m

0,045
0,057

914,4 m

0,039

0,053

30

Zur Erläuterung eines verbesserten Mitziehkoeffizienten in einer kennzeichnenden, mechanischen Vorrichtung wurde die vorausgehend als Flüssigkeit »F« bezeichnete Mitziehflüssigkeit in einem doppelten, toroidal variablen Geschwindigkeitsgetriebe, das zur Verwendung als Automobilgetriebe ausgelegt ist, geprüft. Ein Dynamometerteststand, der zur Messung des Mitziehkoeffizienten geeignet ist, wurde bei diesem Versuch verwendet. Zu Vergleichszwecken wurde die im Handel erhältliche Mitziehflüssigkeit, die hier als Flüssigkeit »A« bezeichnet wurde, unter ähnlichen Testbedingungen bewertet.

Die nachfolgende Tabelle III zeigt die Ergebnisse dieses Vergleichstests, wobei die Überlegenheit der kondensierten Ringverbindung der vorliegenden Erfindung (Flüssigkeit »F«) leicht zu ersehen ist. Alle Zahlen in der Tabelle III wurden bei einer Flüssigkeitstemperatur von 93° C abgenommen und die Walzengeschwindigkeit wurde von etwa 305 bis 915 m/Minute bei Normallasten von etwa 2270 bis 6800 kg variiert.

Tabelle III

Dynamometertestergebnisse

Mitziehkoeffizient bei 93°C

In den nachfolgenden Beispielen wird im einzelnen die Herstellung von kennzeichnenden Mitziehflüssigketten mit kondensierter Ringstruktur beschrieben. Im allgemeinen können die erfindungsgemäßen Flüssiskeiten i.. -h Standardverfahren für organische Synthesen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden. Beispielsweise werden viele, in der Erfindung offenbarten Flüssigkeiten durch katalytisch^ Reduktion eines geeigneten, aromatischen oder olefinischen Zwischenprodukts hergestellt. Während einige dieser Zwischenprodukte aus Kohlenteer oder Petroleum isoliert werden können, werden andere wiederum durch säurekatalysierte Alkylierung eines geeigneten, aromatischen Substrats mit einem Olefin hergestellt. Am re werden durch säurekatalysierte Dimerisation aromatischer Olefine oder du. di Diels-Alder-Kondensaüon von cyclischen Olefinen und Diolefinen hergestellt.

Beispiel 1

Perhydrophenanthren: Ein Gemisch von 2300 g Phenanthren, 23Og 65%igem Nickel-auf-Kieselgur-Katalysator und 3000 ml η-Hexan wurden in einem gerührten Druckkessel von etwa 111 Rauminhalt hydriert. Die Reduktion begann bei 140° und einem Anfangswasserstoffdruck von 170 kg/cm². Die Hydrierung wurde bei 170⁰C mit einem Wasserstoffdruck von 57,2 bis 163 kg/cm² und zuletzt bei 250 C mit einem Wasserstoffdruck von 106 bis 198 kg/cm² fortgesetzt. Der Katalysator wurde durch Filtrieren und das Hexan durch Destillation entfernt. Der reduzierte Kohlenwasserstoff wurde durch eine 2 χ 90 cm Füllkörperkolonne destilliert: s.p. 73 (0,4mm) bis 85° C (0,55 mm). Die Ausbeute an Perhydrophenanthren betrug 2.087g (n? = 1,5030; η'ί = 1,5008; df = 0,9458). Analyse: Berechnet für die Bruttoformel C₁₄H₂₄: 87,4% C, 12,6% H; gefunden: 87,3% C, 12,5% H.

Die Viskosität dieser Mitziehflüssigkeit, gemessen nach dem ASTM-Verfahren D 445-61, betrug 5,41 es bei 37,8° C und 1,81 es bei 99° C. Der Mitziehkoeffizient hatte einen Wert von 0,074, gemessen mit einer Längskugellager-Versuchsmaschine.

60

*) l-Cyclohcxyl-UJ-trimethylhydrindan.

Beispiel 2

2-Äthylperhyd:ofluoren: Ein Gemisch aus 2900 g (14,0MoI) 2-Acetylfluoren, 290g 65%igem Nickelauf-Kieselgur-Katalysator, und 2000 ml η-Hexan wurden unter hohem Druck in einem gerührten Druckkessel von etwa 111 Rauminhalt hydriert. Die Reduktion begann bei 160° C bei einem Anfangswasserstoffdruck von 142 kg/cm² und wurde bei 220°C fortgesetzt. Nach Entfernen des Katalysators durch Filtrieren und des Lösungsmittels durch Destillieren wurde der Rückstand unter reduziertem Druck durch eine 3 x 90 cm Füllkörperkolonne destilliert unter Bildung von 1877 g (65%iger Ausbeute) 2-Athylperhydrofluoren; Siedepunkt 110⁰C (3,0mm); 113⁰C (2,5 mm); η? = 1,4904; d? = 0,918. Analyse: Berechnet für die Bruttoformel C₁₅H₂₆: 87,3% C, 12,7% H; gefunden: 87,5% C, 12,5% H.

Die Viskosität dieser Mitziehflüssigkeit betrug 5,16 es bei 37,8° C und 1,71 es bei 99° C. Der Mitziehkoeffizient betrug 0,065 gemessen mit der Längskugellager-Versuchsmaschine.

Beispiel 3

l-Cyclohexyl-U^-trimethylhydrindan: Diese Verbindung wurde nach einem Zwei-Stufen-Verfahren erhalten, nämlich, durch Herstellung von 1-Phenyl-1,3,3-trimethylindan und durch anschließende Hochdruckreduktion desselben.

Stufe I
(Herstellung von l-Phenyl-l,3.3-trimethvHndan)

IO

Konzentrierte Schwefelsäure (5825 ml) wurde lanesam zu 8740 g zerstoßenem Eis zugegeben, das sich in einem 50-1-Reaktionskolben befand. Dieser war mit Schaufelrührer, Langrohrthermometer. Thermoelement, Tropftrichter und Rückflußkühler ausgestattet. Die Lösung wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und 2893ji (24,5 Mol) a-Metfi\lstyrol schnell zugegeben. Daf jemisch wurde kräftig gerührt und unter Rückfluß (132 C) 4 Stunden erhitzt. Ohne Unterbrechen des Rührens oder des Erhitzens wurden weitere 1500 ml konzentrierte Schwefelsäure mit einer Geschwindigkeit von 20 ml/Minute zugegeben. Das unter Rückfluß Halten wurde bei 144 C 12 Stunden fortgesetzt.

Nach Abkühlen des Reaktionsgemisches wurde die grüne wäßrige Schicht durch Abheben von der unteren weiüen festen organischen Schicht entfernt. Diese letztere wurde in Äther gelöst, mit Wasser und verdünnter Natriumbicarbonatlösung bis zur Neutralität gewaschen und dann über w .sserfreiem Calziumchlorid getrocknet. Der Äther wurde bei atmosphärischem Druck entfernt und das Pf idukt bei reduziertem Druck durch eine Vigreux-Kolonne destilliert. Das Umdestillieren über Natrium ergab als Produkt einen weißen kristallinen Feststoff, Schmelzpunkt 52 C, Siedepunkt 144° C (9 mm): Ausbeute 2516 g (87%).

Stufe II

Ein Gemisch aus 2516g (10,7MoI) 1-Phenyl-40 1,3,3-trimethylindan, 252 g 65%igem Nickel-auf-Kieselgur-Katalysator und 3500 ml η-Hexan wurde in einen gerührten Druckkessel von etwa 111 Rauminhalt eingebracht. Die Reduktion begann bei 90⁰C und einem Anfangswasserstoffdruck von 177 kg/cm². Die Wasserstoffabsorption war quantitativ. Der Katalysator wurde durch -filtrieren und das Lösungsmittel durch Destillation entfernt. Das Produkt wurde bei reduziertem Druck durch eine 2,3 x 92 cm große Drehbandkolonne destilliert. Das Produkt (1-Cyclohexyl-l,3,3-trimethylhydrindan) wurde als wasserklare Flüssigkeit, Siedepunkt 118° C (0,6 mm), 122" C (0,8 mm), n'g = 1,5055, d? = 0,944; Ausbeute 2263 g (85,5%) erhalten.

Die Viskosität dieser Mitziehflüssigkeit betrug 31,49es bei 37,8"C und 4,16cs bei 99°C. Der Mitziehkoeffizient betrug 0,074 gemessen mit der Längskugellager-Versuchsmaschini;.

Beispiel 4

2,3-Dimethylbicyclo(4,4,0)-decan: Dimethyldecalin

Nach einer versuchten Reduktion von Dimethylnaphthalin, das frisch über Natrium destilliert wurde, erhielt man kein völlig reduziertes Produkt und es wurde das teil reduzierte Produkt nochmals über Natrium unter verringertem Druck destilliert: Siedeverlauf 55 (1,5 mm) bis 88°C (0,8 mm). Das Vorliegen von Teilreduktion wurde durch Aufnahme der Brechungsindizes der Schnitte (n^:g = 1,5092 bis n? = 1,5412) erhalten. Ein Gemisch von 2239 g teilreduziertem Dimethylnaphthalin. 224 g 65%igem Nikkel-auf-Kieselgur-Katalysator und 3000 ml n-Hexan, das in einem Druckkessel von 111 Inhalt enthalten war. wurde schließlich hydriert, wobei die Reduktion bei 137"Cund einem Anfangswasserstoffdruck vcn 156 kg' cm² begann. Die Reduktion wurde im Temperaturbereich von 125 bis 150⁰C bei einm Wasserstoffdruck von 110 bis 156 kg/cm² fortgesetzt.

Nach Entfernen des Katalysators durch Filtrieren und des Lösungsmittels durch Destillation wurde das Gemisch von Dimethyldecalinen durch eine 3 χ 90 cm Füllkörperkolonne fraktioniert. Das Produkt, Siedeverlauf 90 (20 mm) bis 126" C (18 mm). wurde bei einem Rückflußverhältnis von 10:1 gesammelt. Die Ausbeute an Dimethyldecalin betrug 1837g (n? = 1,4755; df = 0,8815). Analyse: Berechnet für die Bruttoformel C_nF₂₂: 86,7% C. 13.3% H; gefunden: 87,2% C, 12.7% H.

Der Mitziehkoeffizient dieser Verbindung betrug 0,064 gemessen mit einer Längskugellager-Versuchsmaschine.

Beispiel 5 Trimeres Perhydrocyclopentadien

Dimeres Cyclopentadien (1,5 kg, 11,3MoI) wurde 16 Stunden bei 155° C in einem 3-1-Druckkessel er hitzt, nach dem Verfahren, das von Staudinger und B r u s ο η, Ann., 447, 97 bis 110 (1926). beschrieben wurde; die gekühlten Reaktionspartner wurden gesammelt und der Druckkessel mit 400 ml Methylcyclohexan gewaschen. Die kombinierten Waschlaugen und Reaktionspartner wurden unter Vakuum konzentriert und 200 g zur voi ausgehenden Prüfung abgetrennt. Ungefähr 75% dieses Destillats war dimeres Cyclopentadien (Siedepunkt 60 C 0,25 mm). Das höher siedende Destillat (Siedepunkt 92 C/ 0,25 mm) zeigte bei der Analyse (Dampfphasen-Chromatographie) sowohl dimeres Cyclopentadien als auch das gewünschte trimere Cyclopentadien. Es wurden daher ungefähr 400 g dimeres Cyclopentadien von dem rohen Reaktionsgemisch unter Vakuum abdestilliert und das verbleibende Material hydriert, weil das Isolieren des Trimeren außerordentlich schwierig ist wegen dessen thermischer Instabilität, wobei Dimeres und Monomeres gebildet wurde. Das Gemisch von dimerem und tnmerem Cyclopentadien (900 g), 25 g 5%igem Rhodium-auf-Kohle und 250 ml Methylcyclohexan wurden bei 112 kg/cm² und 100⁰C während einer Zeitdauer von 1,5 Stunden in einem 2-1-Autoklav hydriert. Die Reduktion wurde bei 160° C (197 kg/cm²)2 Stunden durchgeführt, die Reaktionspartner gekühlt und filtriert und das Fillrat unter Vakuum konzentriert. Neuundzwanzig Fraktionen wurden in einen Siedebereich von 75 bis 100°C/0,05mm gesammelt, wobei die Fraktionen 25 bis 29 einschließlich als der gewünschte Kohlenwasserstoff gesammelt wurden. Die Analyse durch Dampfphasen-Chromatographie dieser Fraktion (Schmelzpunkt 31⁰C) zeigte einen größeren Bestandteil (Siedepunkt 95 bis 100°C/0,05mm; 155 g, 14% Ausbeute). Die Kernmagnetische-Resonanz-Analyse (KMR) des trimeren Perhydrocyclopentadien zeigte keine feststellbaren, vinylischen Protonen. Errechnet für die Bruttoformel C₁₅H₂₂: 89,04% C,

10.96% H. Molgewicht 202,3; gefunden: 89,08% C. 11,02% H. Molgewicht 201.

Die Viskosität dieses Traktanten, gemessen nach dem ASTM-Verfahren D 445-61, betrug 23,21 es bei 37.8⁰C und 4.292 es bei 99³C. Der Mitziehkoeffizient war 0,078, gemessen mit der Rollscheiben-Versuchsmaschine.

Beispiel 6

Bis-2-Decalin

IO

Im Handel erhältliches 2,2'-Binaphthyl (250 g 0,98 Mol), 15 g 5%iger Rhodium-auf-Kohle-Katalysa"-tor und 800 ml Methylcyclohexan wurden in einen 2-1-Autoklav eingebracht, dreimal gespült, auf 84,4 kg/ cm² unter Druck gesetzt und hinsichtlich Dichtigkeit geprüft. Das Material wurde auf 80^cC, 141 kg'cnr (Druck 141 kg/cm²') erhitzt, wobei eine exotherme Hydrierung einsetzte. Die Hydrierungsgeschwindigkeit wurde durch Beschickung unter Abfallen auf 70.3kg cm² bis auf Erhöhungen von 1^l kg cm' gesteuert. Die Hauptreduzierung wurde bei 100 bis 125 C während e-ner 2stündigen Zeitdauer, bei diesen Drücken durchgeführt. Nach dieser Behandlung wurden die Reaktionspartner auf 200 C. (211 kg. errr) für 6 Stunden erhitzt um die vollständige Reduzierung sicherzustellen. Das gekühlte Reaktionsgemisch wurde filtriert, überschüssiges Lösungsmittel unter Vakuum entfernt und die Konzentrate unter Vakuum destilliert, Siedepunkt 130 bis 155 C/0.02mm. Diese wasserfreie Flüssigkeit war frei von irgendwelchen Spüren von Ungesättigtheit, wie dies durch KMR-Analyse ausgewiesen wurde.

Die Viskosität dieses Traktanten, gemessen nach dem ASTM-Verfahren D 445-61, war 251,8 es bei 37.8 C und 11.02 es bei 99 C. Der Mitziehkoeffizient war 0,065, gemessen mit einer Längskugellager-Testmaschin*..

Beispiel 7 4,5-Methylenperhydrophenantren

4,5-Methylenphenantren (100 g, 0,52 Mol), 10 g 5%iger Rhodium-auf-Kohle-Katalysator und 800 g Msthyleyclohexan wurden in einen 2-1-Autoklav eingebracht. Es wurde dreimal gespült, auf 84,4 kg/cm² abgedrückt und auf Undichtheit geprüft. Das Material wurde auf 75"¹C, (Druck 120kg/cm²) erhitzt, wobei eine exotherme Hydrierung einsetzte. Die Hydrierungsgeschwindigkeit wurde gesteuert. Es erfolgte ein Abfallen des Druckes auf 70,3 kg/cm² oder ein Erhöhen des Druckes auf 141 kg/cm². Der größte Teil der Re duktion wurde bei 110⁰C, während einer Stunde, im Bereich dieser Drücke durchgerührt. Nach dieser Behandlung wurden die Reaktionspartner auf 210^c'C, (281 kg/cm²) 5 Stunden erhitzt, um die vollständige Reduktion sicherzustellen. Das gekühlte Reaktionsgemisch wurde filtriert, das überschüssige Lösungsmittel unter Vakuum entfernt und die Konzentrate unter Vakuum destilliert, Siedepunkt 93°C/0,04mm. Dieser weiße Feststoff, bei Zimmertemperatur eine »Schmiere«, war frei von Spuren von Ungesättigtheit, wie dies duren KMR-Analyse festgestellt wurde.

Die Viskositä* dieses Traktanten, gemessen nach dem ASTM-Vcrfahren D 445-61, betrug 2,683 es bei 99°C und 0,835es bei 204⁰C. Der MitziehkoefTizient e>5 war 0,071 und wir .Ie mit der Rollscheibenlestmaschine gemessen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von Gemischen verschiedener Verbindungen als"Mitziehflüssigkeiten. Es ist möglich, optimale Eigenschaften einer Mitziehflüssigkeit durch sinnvolle Auswahl der zu mischenden Verbindungen zu schaffen. Die Viskosität ist eine wesentliche Eigenschaft bei bestimmten Mitziehanwendungen, beispielsweise in Automobil-Mitzieh -Transmissionen. Die gewünschten Viskositätseigenschaften für eine Mitziehflüssigkeit entsprechen hierbei einer minimalen Viskosität von 5,0 es bei 99° C und einer maximalen Viskosität von 1800 es bei -178° C, gemessen nach dem ASTM-Verfahren D 445-61. Es wurde gefunden, daß viele Verbindungen, die hohe Mitziehkoeffizienten aufweisen, aber schlechte Viskositätseigenschaften besitzen, noch als Mitziehflüssigkeit verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Verbindung hoher Viskosität bei tiefer Temperatur Bestandteil eines sorgfältig ausgewählten Gemischs bilden, um den gewünschten Grad an Viskositätsverringerung zu erzielen, d. h., es soll auf diese .Veise ein Gemisch mit einem geeigneten Stockpunkt gev.onnen werden. Verbindungen oder Gemische, die geringe Viskosität aufweisen, können auf die gewünschten Anforderungen im Hinblick auf den Viskositätsindex (VI) gebracht werden.

Viele VI-Verbesserer sind zur Verwendung in den Mitziehflüssigkeiten geeignet. Gute Ergebnisse wurden gewonnen mit Polyalkyhnethacrylaten. die durch Polymerisation von Alkyl-methacrylaten erhalten worden sind. In diesen Polymerisaten können Alkylgruppen mit ungefähr 2 bis 16 Kohlenstoffatomen enthalten sein (beispielsweise Äthyl-, Propyl-, Butyl-. Amyl-, Hexyl- usw Gruppen und Gemische derselben). Die Alkylgruppen können gemischt vorliegen, z. B. Methylgruppen können neben Alkylgruppen mit 18 Kohlenstoffatomen in ein und demselben Gemisch enthalten sein. Die Zal.l der Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe richtet sich nach der Verträglichkeit des Polymerisates mit der besonderen zur Verbesserung der Viskosität vorgesehenen Flüssigkeit. Die Alkylgruppe ist vorzugsweise eine normale Alkylgruppe, kann aber ebenso eine verzweigtkettige oder Cycloalkylgruppe sein. Die molekulare Größe des Polyalkylmethacrylates sollte einerseits einen genügend hohen Betrag haben, der ausreicht die Viskosität des hergestellten Grundansatzes zu erhöhen, andererseits sollte er klein genug sein, um mit dem Grundansatz verträglich zu sein.

Ein Beispiel eines zur Verwendung in den Mitziehflüssigkeiter» geeigneten Viskositätsindcxverbesserers ist ein Copolymerisat, bestehend aus Butyl- und Lauryl-methacrylat mit einem Molekulargewicht von ungefähr 40000. Ein weiteres Beispiel isl ein Terpolymerisat von Butyl-methacrylat, Lauryl-methacrylat und Vinylpyrrolidon, mit einem Molekulargewicht von ungefähr 40 000. Ein weiterer Viskositätsindexverbesserer ist das Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht zwischen 20 000 und 40 000, das durch säurekatalysierte Polymerisation der Isobutylens hergestellt wird. Ein anderer Viskositätsindexverbesserer ist das Polyalkylstyrol, das durch Polymerisieren von AlkyLtyrol hergestellt wird, wobei die Alkylgruppe vorzugsweise Lauryl ist und wobei das Molekulargewicht 45 000 bis 50 000 beträgt. Ein weiterer in der vorliegenden Erfindung brauchbarer VI-Verbesserer ist ein Copolymerisat von Vinyl-Acetat und Alkyl-Fumarat mit einem Molekulargewicht zwischen 40 000 und 60 000.

Ein im Handel erhältlicher Viskositätsindexverbesserer wurde in einer 3volumprozentigen Menge verwendet. Die zulässige Konzentration eines Vl-Verbessercrs kann beträchtlich wechseln und die ausgewählte Menge ist natürlich eine Funktion des gewünschten Grads der Viskositätsänderung. Konzentrationen von 1 Volumprozent und 3 Volumprozent wurden geprüft, obwohl die Ergebnisse der ersleren nicht angegeben werden. Ein praktischer Bereich der Zugabe von Vl-Verbesserern für Mitziehflüssigkeiten der vorliegenden Erfindung liegt bei ungefähr 0,3% bis ungefähr 10 Volumprozent bezogen auf den Flüssigkeitsgrundansatz.

Beispiele

Perhydrofiuoranthen hatte eine Anfangsviskosität von 9,70 es bei 37,8° C und 2,59 es bei 99° C und einen Viskositätsindex von 111 nach dem ASTM-Verfahren D 567-53. Dem Basisansatz wurden 3 Volumprozent im Handel erhältlicher Viskositätsverbesserer zugegeben. Als Vl-Verbesserer fungierte ein Copolymerisat von Butylmethacrylat und Laurylmethacrylat Laurylmethacrylat mit einem Molekulargewichtsbercich von ungefähr 80 000 bis ungefähr 100000. Die Laurylgruppe bestand aus einem Gemisch von C₁₀- 2s bis C₁₈- normale Ketten. Die Zubereitung hatte eine Viskosität von 38,69 es bei 37,8°C und 10,21 es bei 99°C und einen Viskositätsindex von 169.

Aus dem Vorausgehenden ist zu ersehen, daß die Viskositätseigenschaften der Mitziehflüssigkeiten unter Verwendung von Vl-Verbesserern geändert werden können. Es ist demnach möglich, die-Mitzieheigenschaften der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten zu ändern. Hierbei ist ein wirksames Verfahren die Verwendung von Gemischen. Es wurde im allgemeinen gefunden, daß der Mitziehkoeffizient eines Gemischs annähernd gleich ist der Summe der Produkte des Koeffizienten und des Molenbruches der Konzentrationen der entsprechenden Komponenten. Dieses Verhältnis wird durch die Formel

erläutert, worin /, der Mitziehkoeffizient des Gemischs ist, worin /„, f_a und /,„ die Mitziehkoeffizienten der einzelnen Komponenten, worin C₁, c₂ und c„ die entsprechenden Konzentrationen der Komponenten in Mol/l in dem Gemisch, und worin C die Summe der in einem Liter Mitziehflüssigkeit (Gemisch) vorhandenen Mole der einzelnen Komponenten bedeutet.

Mit der oben angegebenen Formel ist es möglich, die Veränderung des Wertes des Mitziehkoeffizienten für den Grundansatz zu berechnen, die durch Hinzufügen solcher Additive erfolgt.

Unter den bereits angegebenen Alkyl- und Cycloalkylsubstituenten der kondensierten Ringverbindungen erwiesen sich als besonders brauchbar: Isopropyl, Diisopropyl, Cyclopcntyl, Methylcyclopentyl und Cyclohexyl. Verbindungen dieses als Mitziehflüssigkeiten brauchbaren Typs sind Mono-, Di- und Triiso pröpylpcrhydrophenanthren, Methylcyclopentylper hydrophenanthren und Cyclohexylperhydrofluoren.

3096:

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer organischen, kondensierten, gesättigten Verbindung, bestehend aus 2 bis 9 kondensierten Ringen mit insgesamt 9 bis 60 Kohlenstoffatomen, wobei bis zu 8 dieser Atome durch Sauerstoff-, Stickstoff-, Phosphor- und/oder Siliciumatome ersetzt sein können, oder einer Mischung solcher Verbindungen, gegebenenfalls zu- :o sammen mit üblichen Zusatzstoffen als Mitziehflüssigkeit.

2. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 1 enthakend als Substituenten Isopropyl. Diisopropyl. Cyclopentyl. Methylcyclopentyl und/ oder Cyclohexyl.

3. Verwendung von Decalin, 1 ,!'-Hydrindan, Perhydrophenanthren, Perhydrofluoren, Perhydrofluorenthen, Perhydroacenaphthen, Cyclohexyldecalin. trimerem Perhydrocyclopentadien oder Methylenperhydrophenanthren als Mitziehflüssigkeit gemäß Anspruch 1.

4. Verwendung eines einen Viskositätsindexverbesserer enthaltenden Gemisches nach Anspruch 1 als Mitziehflüssigkeit.

5. Verwendung eines Gemisches nach Anspruch 1, welches als Viskositätsindexverbesserer Polyalkylmethacrylat mit durchschnittlich 4 bis 12 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe in einer Menge von 0,3 bis 10 Volumenprozent, bezogen au; die Grundansatzverbindung, enthält, als Mitziehflüssigkeit.