DE1954452C3 - Schmiermittel - Google Patents

Description

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Komponente 2 in einer Menge von 0,1 bis 20 Gewichtsprozent enthält.

3. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente 4 polysulfidierten Phosphor enthält.

Die Erfindung betrifft Schmierstoffe auf Basis von Mineral- oder Syntheseöl bzw. Schmierstoffkonzentrate mit wesentlich verbesserten Eigenschaften.

Mit der Entwicklung der Technik nehmen auch die Anforderungen zu, welche an Schmierstoffe gestellt werden. Seit langem werden daher die Grundschmierstoffe, wie Mineral- oder Syntheseöle sowie halbfeste und feste Schmierstoffe durch Zusatz von Verbesserungsmitteln den erhöhten Beanspruchungen angepaßt. Die hierfür entwickelten Zusatzmittel verbesserten zwar die Grundschmiermittel hinsichtlich der gewünschten Eigenschaften, wie z. B. Verminderung des Abriebs, Verbesserung der Schmierfilmhaftung, Erhöhung der Oxydationsbeständigkeit, Herabsetzung der bei der Reibung auftretenden Temperaturen u. dgl., genügen jedoch den in neuerer Zeit auftretenden Anforderungen nicht mehr. Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Schmierstoffes, welcher die Eigenschaften von Schmierölen und anderen Schmierstoffen weiter verbessert und damit auch den höchsten gestellten Anforderungen gerecht wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Schmiermittel auf der Basis von Mineral- oder Syntheseöl, bestehend aus

1. Mineral-oder Syntheseöl,

2. wenigstens einem Ester einer epoxydierten Fettsäure mit 10 bis 18 C-Atomen mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen,

i. einem Alkyl-, Aralkyl- oder Aryldithiophosphal von Zink, Blei, Zinn, Wolfram, Molybdän, Niob oder Lanthan und gegebenenfalls

4. einer Schwefelphosphorverbindung.

Aus der GB-PS 8 19 169 ist die Herstellung einer Schwefelphosphorverbincliing durch Umsetzung eines MiMalldithiophosphats mit einem organischen Epoxyd, wie Propylenoxid, bekannt. Das Produkt soll sich als Schmiermittelzusatz eignen. Derartige Schwefelphosphorvorbindungcn allein führen jedoch nicht zu einer deutlichen Verbesserung der obigen Eigenschaften.

Entsprechendes gill für die CiB-PS 8 I8%2, welche ebenfalls die Herstellung einer Schwefelphosphorverbindung durch Umsetzung von Thiophosphorsäure mit einem organischen Epoxyd in äquivalenten Mengen offenbart

Aus der US-PS 29 00 342 schließlich ist bereits eine Schmierölzusammensetzung bekannt, die aus Mineralschmieröl und einer bestimmten Menge eines Alkylesters einer epoxydierten Fettsäure mit 8 bis 22 C-Atomen besteht. Eine derartige Schmierölzusammensetzung weist jedoch unbefriedigende Eigenschaften auf, wie die weiter unten beschriebenen Vergleichsversuche zeigen. Demgegenüber wird durch die Kombination der Bestandteile des erfindungsgemäßen Schnäermittels eine ausgeprägte synergistische Wirksamkeit erzielt, wobei sich die Wirkungen der einzelnen Bestandteile vielfach potenzieren.

Die epoxydierten Fettsäureester sind bekannt Sie werden erfindungsgemäß in Mengen zwischen 0,1 % bei normalen Schmierstoffen bis zu 20% bei Schmierstoffzusatzkonzentraten angewendet. Der bevorzugte Bereich für gewöhnliche Schmiermittel, wie Motorenöle, Getriebeöle u. dgl., liegt zwischen 1 und 3 Gewichtsprozent.

Unter epoxydierten Estern einer Fettsäure mit 10 bis 18 C-Atomen im Rahmen der Erfindung werden sowohl die Ester epoxydierter Fettsäuren mit einwertigen Alkoholen als auch solche mit mehrwertigen Alkoholen, insbesondere, die Glyceride, verstanden. Bevorzugt werden die epoxydierten Ester von Fettsäuren mit einwertigen Alkoholen. Unter diesen wiederum werden bevorzugt die Alkylester, und zwar sowohl die n-Alkyl-, die iso-Alkyl- wie die Cycloalkylester von Fettsäuren mit 10 bis 18 C-Atomen. Beispiele für die Gruppe der besonders bevorzugten Verbindungen sind Cycloalkylepoxystearate wie Cyclopentylepoxystearat und Cyclohexylepoxystearat, epoxydiertes Butyloleat, epoxydieries Octyloleat u. dgl. Beispiele für andere epoxydierte Fettsäureester, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, sind epoxydiertes Sojaöl, epoxydiertes Leinöl sowie die epoxydierten natürlichen öle und Fette, die für einen hohen Gehalt an ungesättigten Fettsäuren bekannt sind.

Bei den obengenannten organischen Schwermetalldithiophosphaten können die Alkylgruppen auch Iso- und Cycloalkylgruppen darstellen.

Als Schwefelphosphorverbindungen kommen beispielsweise sulfidierter oder polysulfidierter Phosphor, Thiophosphate u.dgl. in Betracht. In diesen Verbindungen kann der Schwefel ganz oder teilweise auch durch Selen oder Tellur ersetzt sein. Eine andere geeignete Schwefelphosphorverbindung ist ein metallfreies Dithiophosphat mit einem Schwcfelgehalt von etwa 31,5% und einem Phosphorgehalt von etwa 1,75%.

Die organischen Schwermetalldithiophosphate und gegebenenfalls die Schwefelphosphorverbindungen können in den gleichen Mengenanteilen vorliegen, wie die epoxydierten Fettsäureester. Bevorzugt werden etwa 0,5 bis 4%.

Die Ergebnisse von Vergleichsversuchen, die den erfiridungsgemäß erzielten synergistischen Effekt belegen, zeigt die nachstehende Tabelle. Bei diesen Versuchen wurden die Komponenten 2 und 3 des erfindungsgoniäUen Mittels einmal hinsichtlieh ihrer chemischen Zusammensetzung variiert und andererseits zum einen allein in Kombination mit I und zum anderen in der Kombination I. 2 und i eingesetzt, wobei jeweils die Gesamtmenge der Komponenten 2 und 3, bezogen auf das Gewicht, unverändert blieb.

Tabelle

Versuch Nr. 1 2

10

6,5

1,5

8 8 8 8 8 1,5 1,5 2

-¹) 0,057 0,048 0,088 0,054 0,087 0,048

93 93 138 92 121 92

- 0,074 0,048 0,288 0,168 0,084 0,045

73 93 52 60 90

A. Zusammensetzung,

Gew.-%

Epoxyoctyloleat f

Epoxybutylstearat Epoxycyclohexyl-

stearat Pb-dihexyldithio-

phosphat Zn-dibutyldithio-

phosphat Sb-di-2-äthylhexyl-

dithiophosphat

Summe dei- Zusätze 1 Grundöl SAE 90 auf 100%

B. Eigenschaften
Reibbeiwert, μ

nach 24 Stunden
Temperatur, ⁰C

nach 24 Stunden
Abrieb, mg
Flächenpressung,

kp/mm²

') Nicht meßbar; bei μ >0,15 gefressen nach <1 min.
A Bei Belaststufe 3 gefahren. ³) Flächenpressung nicht meßbar.

Die Versuche wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt. In jedem Falle wurde mit Laststufe 5 gearbeitet. Wie die Ergebnisse der Versuche 1, 8, 9 und 10, die mit dem epoxidierten Ester allein durchgeführt wurden, also mit der Kombination 1 + ?, zeigen, erfolgte dabei innerhalb weniger als einer Minute nach Beginn des Versuchs ein Festfressen der aufeinandergleitendcn Metallteile. Es erwies sich als erforderlich, die Laststufe drastisch zu reduzieren. Die Versuche 9 und 10 wurden daher bei Laststufe 3 gefahren. Bei Versuch 9 konnte infolgedessen überhaupt keine Flächenpressung mehr gemessen werden, bei Versuch 10 war sie sehr gering.

Die Versuche 2, 4 und 6 der Tabelle zeigen die Resultate, die mit dem erfindungsgemäß verwendeten Additiv Nr. 3 allein erzielt wurden. Die Versuche 3, 5 und 7 zeigen schließlich die erfindungsgemäße Kombination I, 2 und J. Obwohl bei den Versuchen 3, 5 und 7 nur ca. 20% der Dithiophosphatmenge eingesetzt wurden, die bei den Versuchen 2, 4 und 6 verwendet worden war und durch eine gleiche Menge an Epoxyesler ersetzt worden war, wurden in jedem Falle doch wesentlich überlegene Eigenschaften erzielt. Dabei ist darauf hinzuweisen, daß der Abrieb niedriger wurde, obwohl regelmäßig die Flächenpressung dabei anstieg. Desgleichen war in jedem Fall nach 24slündiger Versuchsdauer ein deutlich besserer Reibbeiwert erzielt worden mit der Kombination I, 2 und 3, und /.umeist wurde auch die dabei aufgetretene Temperatur drastisch gesenkt.

Der erfindungsgemüße Schmierstoff weist, wie beieits erwähnt, wesentlich veibesserte Eigenschaften auf. Insbesondere wird durch den erliiuliingsgemäßeu Schmierstoff der Verschleiß herabgesetzt, die Haftfestigkeit des Ciren/schmieiTilmes verbessert, die Oxyda-6,5

1,5

!,5

1.5

8 6,5

0,0832)	0,0992)
90	90
5,8	4,2 10,5

tionsstabilität und damit die Lebensdauer des Schmierstoffes ausgeprägt erhöht und der Reibungskoeffizient und damit auch die Betriebstemperatur erniedrigt. Die mit dem erfindungsgemäßen Schmierstoff erzielten Reibkoeffizienten waren bisher nicht erzielbar. Besonders überraschend ist die Talsache, daß der erfindungsgemäße Schmierstoff seine vorzüglichen Eigenschaften in einem weiten Bereich unabhängig von der Viskosität entfaltet, z. B. von 2,5 bis 15 Engler bei 50⁰C. Dies hat zur Folge, daß nunmehr Schmierstoffe, d. h. Öle, niedriger Viskosität auch dort verwendet werden können, wo bisher hohe Viskositätsgrade unbedingt erforderlich waren wie bei Getrieben und Differentialgetrieben. Der erfindungsgemäße Schmierstoff macht es daher möglich, daß nunmehr beispielsweise in einem Kraftfahrzeug im Getriebe und Differentialgetriebe das gleiche öl verwendet werden kann wie im Motor. Diese überlegenen Eigenschaften, die erfindungsgemäß erzielt werden, ergeben sich auch aus den folgenden Beispielen.

Beispiel I

Es wurde eine Schmieröltestvorrichtung verwendet, bei der ein Kolbenbolzen von zwei Röllchen beaufschlagt wird. An Röllchen und Kolbenbolzen wird der aufgetretene Verschleiß unter den verschiedenen Versuchsbedingungen bestimmt. Darüber hinaus werden Reibbeiwert und Temperatur, die Flächenpressung bei Testende sowie der Zustand der Laiifspur und besondere Veränderung an den Röllchen festgestellt. Für die Versuche wurde eine Vorrichtung verwendet, die abgesehen von meßlechnischen Verfeinerungen dem unter der Bezeichnung l.ubrimeier von der 1 .ι Sommer und Klinge in Berlin hergestellten (icr.it entspricht.

Auf dem Lubrimeter wurde unter den unten angegebenen Bedingungen ein erfindungsgemäßer Schmierstoff mit zwei die Einzelkomponenten allein oder in anderer Zusammensetzung enthaltenden Schmierstoffen verglichen. Der zu Vcrgleichszwecken verwendete erste Schmierstoff bestand aus einem

Zusammensetzung, wie der im zweiten Vergleich verwendete Schmierstoff, enthielt jedoch zusätzlich noch 1,5% Bleidialkyl-dithiophosphat

Die Versuchsergebnisse und -bedingungen zeigt die ι nachstehende Zusammenstellung:

IVIlIlCl älgl UIlUUl vuiii ν iaftuaiiaiagt au Ju o/-\i-, ut.111 u,j /u metallfreies Dithiophosphat zugesetzt waren. Der	Zusam-	1. Vergleich	!.Bedingungen	starke Ölkohle	159 kg/mm2
zweite Schmierstoff enthielt bei sonst gleicher	epoxyd- in	0,785	Startbelastung, rechnerisch		0,6 m/Sek.
mensetzung noch zusätzlich 2% Cycloalkyl			Gleitgeschwindigkeit		2160 m
stearat.	Der erfindungsgemäße Schmierstoff hatte die gleiche		Reibweg		60 Min.
2. Ergebnisse	0,043	Versuchsdauer
	0,051			ErfindungsgemäBes öl
Abrieb, mg		2. Vergleich		0,040
Flächenpressung bei Versuchsende, kg/mm2	179	0,080	124
Reibwert, μ	170	90
nach 5 Minuten	glatt		0,028
nach 60 Minuten	0,043	0,022
Temperatur, 0C	0,036
nach 5 Minuten		171
nach 60 Minuten	135	154
Zustand der Laufspur	138	glatt
Bemerkungen	sehr glatt	an den Rollen
	wurden nur geringe
	Ölkohleansätze
	festgestellt

Beispiel 2

Wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben, wurden im Lubrimetergerät ein Schmieröl bekannter Zusammensetzung verglichen mit. einem erfindungsgemäßen Schmieröl sowie einem Schmieröl, bei welchem

1,5% Zinkdialkyldilhiophosphat. In einer weiteren Probe sonst gleicher Zusammensetzung war das epoxydierte Butyloleat ersetzt durch 2% Erdnußöl.

Versuchsbedingungen und -ergebnisse sind nachstehend angegeben:

bekannter Zusatz an Erdnußöl in gleicher	Menge	sowie	1. Bedingungen	Rollen	0,6 m/Sek.
verwendet wurde.			Gleitgeschwindigkcit	51 840 m
Das Grundöl von SAE 90 enthielt in jedem Fall 6,5% w	Bekanntes öl	Reibweg	24 Stunden
metallfreies Dithiophosphat. Das erfindungsgemäße öl	3,39	Versuchsdauer '	0,4
enthielt zusätzlich 2% epoxydiertes Butyloleat	20	Kreislaufmenge
2. Ergebnisse			Erdnußölhaltiges öl
	0,55	Erfindungsgemäßes öl	0,22
Abrieb, mg	0,079	0,068	58
Flächenpressung bei Versuchsende, kp/mm2	0,081	95
Reibbeiwert, μ			0,033
nach 1 Stunde	103	0,037	0,036
nach 12 Stunden	88	0,029	0,037
nach 24 Stunden	90	0,026
Temperatur, °C	feine Rillen		97
nach 1 Stunde	(graublau)	78	78
nach 12 Stunden	sehr starke	71	71
nach 24 Stunden	78	feine Rillen
Zustand der Laufspur	feinste Rillen	(blau) Ölkohle an den
		Rollen
Bemerkungen	und geringe Ölkohle
	feste Ölkohle an an den Rollen
	Bolzen und

Der Versuch zeigt, daß durch die erfindungsgemäße synergistische Kombination gegenüber einem bekannten verbesserten Schmieröl eine außerordentliche Verbesserung der Eigenschaften erzielt wird. So wird

der Abrieb von 3,39 mg auf 0,068 mg und der Reibbeiwert im Dauerversuch von 0,081 auf 0,026 μ herabgesetzt. Durch die nicht bekannte erdnußölhaltige Kombination wird /war ebenfalls eine erhebliche

7 8

Verbesserung erreicht, die jedoch bei weitern nicht die 2. Ergebnisse

Werte des erfindungsgemäßen Öls ergibt. So ist der

Abrieb immer noch mehr als dreimal so groß, und auch

der Reibbeiwert liegt um etwa 30% höher. Vergleich

Reibweg 720 m '

Versuchsdauer 60 Min. Abrieb, mg 0,194 0,105

Claims (4)

Patentansprüche: l. Schmiermittel auf der Basis von Mineral- oder Syntheseöl, bestehend aus

1. Mineral- oder Syntheseöl,

2. wenigstens einem Ester einer epoxydierten Fettsäure mit 10 bis 18 C-Atomen mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen,

3. einem Alkyl-, Aralkyl- oder Aryldithiophosphat von Zink, Blei, Zinn, Wolfram, Molybdän, Niob oder Lanthan und gegebenenfalls

4. einer Schwefelphosphorverbindung.