DE19622906A1

DE19622906A1 - Schmierfettzusammensetzungen

Info

Publication number: DE19622906A1
Application number: DE19622906A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl Chem Dr Loderer; Dieter Dipl Chem Dr Sohn; Herbert Dipl Ing Kardinal
Original assignee: Klueber Lubrication Muenchen GmbH and Co KG
Current assignee: Klueber Lubrication Muenchen GmbH and Co KG
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-11
Also published as: US6265362B1; TW509720B; HK1018959A1; WO1997047710A1; AU734890B2; DK0902828T3; DE59704374D1; JP2000514105A; BR9709645A; EP0902828A1; EP0902828B1; CA2257368A1; BG63604B1; ES2159867T3; AU3093997A; ATE204601T1; CA2257368C; JP4098831B2; BG102993A

Description

Die Erfindung betrifft Schmierfettzusammensetzungen aus einem Grundölmischung, die aus einem Kohlenwasserstofföl und einem perfluorierten Polyalkyletheröl und einem kleinen Anteil Verdickungsmittel auf Basis einer Polyharnstoffverbindung sowie üblichen Additiven besteht, die bei Gebrauchstemperaturen von mehr als 180°C bis zu 250°C ein besonders geräuschdämpfendes Verhalten aufweisen sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Schmierfettzusammensetzungen.

Die Entwicklung von neuen Schmierstoffen muß mit der allgemeinen Weiterentwicklung der Technik einhergehen, die neue und höhere Anforderungen an die Schmierstoffzusammensetzungen stellt. Diesen Anforderungen sind die bekannten Schmierstoffe auf der Basis von Mineral- oder Syntheseölen nicht mehr gewachsen.

Anwendung finden Schmierstoffe in der Fahrzeugtechnik, Fördertechnik, dem Maschinenbau, der Bürotechnik sowie in industriellen Anlagen und Maschinen, aber auch in den Bereichen der Haushaltsmaschinen und der Unterhaltungselektronik.

In Wälzlagern sorgen die Schmierstoffe dafür, daß zwischen aufeinander gleitenden oder abrollenden Teilen ein trennender, lastübertragender Schmierfilm aufgebaut wird. Damit wird erreicht, daß die metallischen Oberflächen sich nicht berühren und somit auch kein Verschleiß auftritt. Daher müssen die Schmiermittel verschiedenen Anforderungen genügen, dazu gehören:

- extreme Betriebsbedingungen wie sehr hohe und sehr niedrige Drehzahlen und Belastungen,
- hohe Temperaturen, die durch hohe Drehzahlen und Belastungen oder durch Fremderwärmung bedingt sind,
- sehr tiefe Temperaturen durch geringe Eigenerwärmung der Lager in kalter Umgebung oder durch intensive Wärmeabfuhr an die kalte Umgebung,
- besondere Anforderungen des Anwenders an die Laufeigenschaften, z. B. geringe Reibung, Geräuscharmut, die Forderung nach extrem langen Laufzeiten ohne zwischenzeitliche Nachschmierung,
- ungünstige Umgebungsbedingungen und mangelnde Abdichtung der Lagerstelle und
- Kraftwirkung auf den Schmierstoff, z. B. Fliehkraft, Schwerkraft, Schwingungen.

Wichtige Kerngrößen für eine länge Funktionsdauer eines fettgeschmierten Wälzlagers im Hochtemperaturbereich sind neben der oberen Gebrauchstemperatur gemäß DIN 51825 das Geräuschverhalten des Schmierstoffes. Ein Schmierfett kann bei Umlaufteilnahme (Überrollung, Walkung) Schwingungen im Wälzlager anregen, die als "Schmierstoffgeräusch" in den Frequenzbändern 300 bis 1800 Hz und High 1800 bis 10 000 Hz, gegenüber den Lagergeräuschen im Frequenzband Low bei 50 bis 300 Hz liegen. Das Schmierstoffgeräusch wird von den Geräuschspitzen überlagert, die bei der Überrollung von harten Partikeln durch die Wälzkörper in Form von Stoßimpulsen auf dem Lagerring entstehen. Die Bewertung des Geräuschverhaltens erfolgt nach der SKF-Bequiet-Methode, die auf der statistischen Auswertung der Geräuschspitzen und dem Zuordnen zu Geräuschklassen BQ1 bis BQ4 basiert. Mit steigenden Werten der Geräuschklasse verschlechtert sich das Geräuschverhalten und die Lebensdauer der Wälzlagerung (H. Werries, E. Paland, FVA- Studie zum Thema "Geräuscharme Schmierfette", Universität Hannover 1994). So charakterisieren 100% Geräuschklasse BQ1 sehr gutes und niedrige Prozentwerte ausschließlich in Geräuschklasse BQ4 Geräuschklasse BQ4 sehr schlechtes Geräuschverhalten. Je besser das Geräuschverhalten eines Schmierfettes, desto geringer sind die durch den Schmierstoff erzwungenen Schwingungen der Lagerung. Dies ist gleichbedeutend mit einer geringeren Belastung des Wälzlagers und längerer Funktionsdauer der Lagerung.

In der europäischen Patentanmeldung EP-A 94 118 667.8 werden Schmierfette beschrieben, die auf einem Mineral- bzw. einem Syntheseöl auf Kohlenwasserstoffbasis in Mischung mit einem perfluorierten Polyalkylether mit einem organischen oder anorganischen Verdicker verdickt sind basieren. Die Gewichtsverhältnisse von Schmieröl und perfluoriertem Polyalkylether/Verdicker liegen im Bereich von 97 : 3 bis 80 : 20 und das Verhältnis von Schmieröl/perfluoriertem Polyalkylether liegt im Bereich von 95 : 5 bis 60 : 40. Mit diesen Schmierfetten wird eine Laufzeitverlängerung bei einer Gebrauchstemperatur von 170 bis 175°C bei Zumischung der perfluorierten Polyalkyletherkomponente erreicht.

Aus US-A 5 145 591 sind geräuscharme Schmierfette bekannt, die auf thermisch stabilen Polyphenylethern, alkylierten Phenylethern, Polyolestern und aromatischen Carbonsäuren basieren, die mit 5 bis 30 Gew.-% Di- und/oder Polyharnstoffen verdickt sind, die bei oberen Gebrauchstemperaturen von 180°C gemäß DIN 51825 verwendet werden können. Für Gebrauchstemperaturen, die über 180° C liegen, müssen zur Zeit Schmierfette verwendet werden, die vollständig auf perfluorierten Polyalkylethern basieren, die mit PTFE, anorganischen Verdickern, wie Bentoniten, Aerosolen oder Metallseifen bzw. Metallkomplexseifen verdickt sind, eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Schmierstoffzusammensetzung bereitzustellen, die den oben genannten Anforderungen entspricht, insbesondere unter Hochtemperaturbedingungen anwendbar ist und dabei ein sehr gutes Geräuschverhalten aufweist sowie lange Laufzeiten und keine Verschleißerscheinungen des Wälzlagers bewirkt.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schmierfettzusammensetzung bestehend aus einer Mischung aus einem Öl auf Kohlenwasserstoffbasis, einem perfluorierten Polyalkyletheröl und einem Di- und/oder Polyharnstoff als Verdickungsmittel sowie üblichen Additiven bereitgestellt wird.

Das Öl auf Kohlenwasserstoffbasis wird aus einem Ester einer aromatischen Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure, mit einem oder in Mischung vorliegenden C₇- bis C₂₂-Alkoholen, einem Polyphenylether oder alkyliertem Polyphenylether, einem Ester von Trimethylolopropan, Pentaerythrit oder Dipentaerythrit mit aliphatischen C₇- bis C₂₂-Carbonsäuren, C₁₈-Dimersäureestern mit C₇- bis C₂₂-Alkoholen, Komplexester, als Einzelkomponenten oder in beliebiger Mischung hergestellt.

Die perfluorierten Polyalkylether der erfindungsgemäßen Schmierfettzusammensetzungen haben die allgemeine Formel

A′-(O-CF₂)_v-(O-C₂F₄)_w-(O-C₃F₆)_x-(O-C₄F₈)_y-(O-CF₂CF(CF₃))_z-O-A′′

in der A′ gleich -CF₃, -C₂F₅, -C₃F₇, -CF₂T, wobei T H oder Cl entspricht, ist,
A′′ gleich A′ oder verschieden -CF₃, -C₂F₅, -C₃F₇, -CF₂T, wobei T H oder Cl entspricht, ist, und
v, w, x, y und z ganze Zahlen ≧ 0 sind.

Bevorzugte Kettenbausteine sind
-(CF(CF₃)CF₂O)_z-,
(CF(CF₃)CF₂O)_z-(CF₂O)_v, wobei z/v ca. 40/1 beträgt,
(CF₂CF₂O)_w-(CF₂O)_v, wobei w/v ca. 3/2 beträgt und
(CF₂CF₂O)_w-(CF₂O)_v, wobei w/v ca. 2/3 beträgt.

Die bevorzugt eingesetzten perfluorierten Polyalkyletheröle sind thermisch stabile Öle mit niedrigen Verdampfungsraten bei 200°C wie handelsüblich erhältliche Aflunox-, Fomblin-, Krytox- oder Demnum-Öle, die in den erfindungsgemäßen Schmierfettzusammensetzungen eingesetzt werden. Nur mit perfluorierten Polyalkyletherölen lassen sich die Schmierfettzusammensetzungen herstellen, die den Anforderungen im Hochtemperaturbereich genügen.

Bei den Verdickungsmitteln handelt es sich um das Reaktionsprodukt aus einem Diisocyanat, vorzugsweise 2,4- Diisocyanatotoluol, 2,6-Diisocyanatotoluol, 4,4′- Diisocyanatodiphenylmethan, 4,4′-Diisocyantodiphenyl, 4,4′- Diisocyanato-3,3′-dimethyldiphenyl, 4,4′-Diisocyanato-3,3′- dimethyldiphenylmethan, einzeln oder in Mischung und einem Amin der allgemeinen Formel (H₂N)_xR, wobei R bei x = 1 ein Alkyl- oder Alkylenrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen oder ein Arylrest mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen einzeln oder in Mischung, oder R bei x = 2 ein Alkylrest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bzw. ein Arylrest mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen ist, oder R mit x = 1 und x = 2 eine Mischung ist. Das so verdickte Gemisch aus einem Öl auf Kohlenwasserstoffbasis und dem perfluorierten Polyalkyletheröl hat eine Konsistenz mit einer Penetration von 220 bis 385 × 0,1 mm.

Darüberhinaus enthalten die erfindungsgemäßen Schmierfettzusammensetzungen übliche Additive gegen Korrosion, Oxidation und zum Schutz gegen Metalleinflüsse, die als Chelatverbindungen, Radikalfänger, UV-Umwandler, Reaktionsschichtbildner und dergleichen wirken.

Die erfindungsgemäßen Schmierfettzusammensetzungen werden im Verhältnis von größer 60/40 von Öl auf Kohlenwasserstoffbasis und perfluoriertem Polyalkyletheröl gemischt und mit 5 bis 30 Gew.-% der Di- und/oder Polyharnstoffverbindung verdickt und enthalten bis zu 10 Gew.-% Additive und/oder bis zu 10 Gew.-% organische oder anorganische Festschmierstoffe. Diese Festschmierstoffe können z. B. Polyimide, PTFE, Graphit, Metalloxide, Bornitrid, Molybdändisulfid oder Phosphate sein.

Bei diesen zusammengesetzten Schmierfetten ist die Viskosität des Öls auf Kohlenwasserstoffbasis im Bereich von 10 bis 500 mm²/s und die des perfluorierten Polyalkyletheröls 10 bis 1500 mm²/s.

Darüberhinaus weisen die Schmierfettzusammensetzungen Tropfpunkte nach DIN ISO 2176 von < 240°C auf und sind gemäß DIN 51825 für obere Gebrauchstemperaturen bis zu 250° C geeignet.

Die erfindungsgemäßen Schmierfettzusammensetzungen werden entweder dadurch erhalten, daß das mit Di- und/oder Polyharnstoff verdickte Öl auf Kohlenwasserstoffbasis mit dem perfluorierten Polyalkyletheröl gemischt wird und anschließend über einen Hochdruckhomogenisator und/oder Dreiwalzenstuhl homogenisiert wird oder dadurch, daß das Öl auf Kohlenwasserstoffbasis mit dem perfluorierten Polyalkyletheröl gemischt wird und in dieser Mischung durch Synthese der Di- und/oder Polyharnstoffverbindung verdickt und anschließend über einen Hochdruckhomogenisator und/oder Dreiwalzenstuhl homogenisiert wird.

Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiele Beispiel 1 (B1)

In 700 g eines Dialkylphenyletheröls, das Alkylreste mit 8 Kohlenstoffatomen aufweist, werden 120,8 g eines Gemisches aus 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat mit 129,2 g Anilin umgesetzt. Nachdem die exotherme Reaktion abgeschlossen ist, wird der Sud auf 160°C aufgeheizt. Während des Abkühlens werden 20 g eines handelsüblichen Antioxidanten, 20 g eines handelsüblichen Verschleißschutzadditives und 10 g eines handelsüblichen Korrosionsschutzmittels zugesetzt. Anschließend werden 667 g eines perfluorierten Polyalkylethers mit einer Viskosität von 200 mm²/s bei 40°C zugesetzt. Der Fettsud wird durch einmalige Hochdruckhomogenisierung und anschließendes Walzen auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert. Man erhält auf diese Weise ein Fett der NLGI-Klasse 2 nach DIN ISO 2137. Dieses so erhaltene Fett wird auf einem Geräuschprüfstand geprüft. Gegenüber handelsüblichen Schmierfette wurde ein besonders geräuscharmes Verhalten gemessen.

Beispiel 2 (B2)

In einer zweiphasigen Mischung aus 800 g Esteröl, bestehend aus einem Ester der Trimellitsäure und einem Alkoholgemisch aus C₈- und C₁₀-Alkoholen, mit 1000 g perfluoriertem Polyalkylether mit einer Viskosität von 400 mm²/s bei 40°C werden 78,7 g Diphenylmethanisocyanat mit 81,3 g Octylamin in gleicher Weise wie in Beispiel 1 umgesetzt, mit 40 g handelsüblichen Zusätzen versehen und durch mehrmaliges Walzen auf einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert. Mit erhält auf diese Weise ein Fett der NLGI-Klasse 2 nach DIN ISO 2137 mit besonders geräuscharmen Verhalten.

Beispiel 3 (B3)

Die Schmierfettzusammensetzung wurde analog Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die vorgelegte Ölmischung aus 800 g Esteröl und 800 g perfluoriertem Polyalkylether bestand.

Man erhält auf diese Weise ein Fett der NLGI-Klasse 2 nach DIN ISO 2137 mit besonders geräuscharmen Verhalten.

Beispiel 4 (B4)

Die Schmierfettzusammensetzung wurde analog Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die vorgelegte Ölmischung aus 800 g Esteröl und 500 g perfluoriertem Polyalkylether bestand.

Beispiel 5 (BS)

Die Schmierfettzusammensetzung wurde analog Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die vorgelegte Ölmischung aus 800 g Esteröl und 200 g perfluoriertem Polyalkylether bestand.

Beispiel 6 (B6)

Die Schmierfettzusammensetzung wurde analog Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß dem vorgelegten 800 g Esteröl kein perfluorierter Polyalkylether zugegeben wurde. Man erhält auf diese Weise ein Fett der NLGI-Klasse 2 nach DIN ISO 2137 mit besonders geräuscharmen Verhalten.

Beispiel 7 (B7)

Die Schmierfettzusammensetzung wurde analog Beispiel 6 hergestellt, mit der Ausnahme, daß statt der 800 g Esteröl aus Trimellitsäure und C₈- und C₁₀-Alkoholen 800 g Esteröl aus Pyromellitsäure und C₈- und C₁₀-Alkoholen verwendet wurden.

In den folgenden Tabellen zeigen die hervorragenden Eigenschaften der nach den Beispielen 1 bis 7 hergestellten Schmiermittel.

In Tabelle 1 sind die Meßergebnisse hinsichtlich der Geräuschprüfung der nach den Beispielen 1 bis 7 hergestellten Schmierfettzusammensetzungen nach DIN ISO 2137 angegeben.

Tabelle 1

In Tabelle 2 sind die Gewichtsverhältnisse der Schmierfettzusammensetzungen, die in den Beispielen 1 bis 7 hergestellt wurden, angegeben.

Tabelle 2

In Tabelle 3 sind die Mischungsverhältnisse von Öl auf Kohlenwasserstoffbasis und perfluoriertem Polyalkyletheröl angegeben.

Tabelle 3

Die Tabellen 1 und 2 zeigen, daß das Schmierfett B6 auf der Basis eines Esteröls, das mit Diharnstoff verdickt wurde, den Anforderungen an eine obere Gebrauchstemperatur von 180°C gemäß DIN 51825 um den Faktor 5 übersteigt, jedoch das Kriterium einer L₅₀-Laufzeit von mindestens 100 Stunden gemäß DIN 51825 auf der FAG FE-9 Wälzlagerprüfmaschine bei 200°C nicht annähernd erfüllt. Das Kriterium einer oberen Gebrauchstemperatur von 200°C nur mit thermisch sehr stabilen Diharnstoffetten auf Basis wird von Pyromellitsäureesters erfüllt (B7). Tabelle 3 zeigt, daß durch Zugabe von perfluoriertem Polyalkyletheröl eine obere Gebrauchstemperatur von 220°C gemäß DIN 51825 nur erreicht wird, wenn der Masseanteil von perfluoriertem Polyalkylether in Ölmischung mit Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis über 40 Gew.-% liegt.

Claims

1. Schmierfettzusammensetzung bestehend aus einer Mischung aus

(a) einem Öl auf Kohlenwasserstoffbasis, das aus einem Ester einer aromatischen Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure, mit einem oder in Mischung vorliegenden C₇- bis C₂₂-Alkoholen, einem Polyphenylether oder alkyliertem Polyphenylether, einem Ester von Trimethylolopropan, Pentaerythrit-oder Dipentaerythrit mit aliphatischen C₇- bis C₂₂-Carbonsäuren, C₁₈-Dimersäureester mit C₇- bis C₂₂-Alkoholen, Komplexester, als Einzelkomponenten oder in beliebiger Mischung hergestellt wird,
(b) einem perfluorierten Polyalkyletheröl der allgemeine Formel A′-(O-CF₂)_v-(O-C₂F₄)_w-(O-C₃F₆)_x-(O-C₄F₈)_y-(O-CF₂CF(CF₃))_z-O-A′′in der A′ gleich -CF₃, -C₂F₅, -C₃F₇, -CF₂T, wobei T H oder Cl entspricht, ist,
A′′ gleich A′ oder verschieden -CF₃, -C₂F₅, -C₃F₇, -CF₂T, wobei T H oder Cl entspricht, ist, und
v, w, x, y und z ganze Zahlen ≧ 0 sind,
(c) einem Di- und/oder Polyharnstoff als Verdickungsmittel, das das Reaktionsprodukt aus einem Diisocyanat und einem Amin der allgemeinen Formel (H₂N)_xR ist,
(d) üblichen Additiven und
(e) organische und anorganische Festschmierstoffe ausgewählt aus Polyimiden, PTFE, Graphit, Metalloxide, Bornitrid, Molybdändisulfid und Phosphate.

2. Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mischungsverhältnis der Ölkomponenten von Kohlenwasserstofföl und perfluoriertem Polyalkyletheröl größer als 60/40 ist, die mit 5 bis 30 Gew.-% Di- und/oder Polyharnstoff verdickt sind und der bis zu 10 Gew.-% Additive und/oder bis zu 10 Gew.-% organische oder anorganische Festschmierstoffe hinzugegeben werden.

3. Schmierfettzusammensetzungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Öls auf Kohlenwasserstoffbasis im Bereich von 10 bis 500 mm²/s und die des perfluorierten Polyalkyletheröls 10 bis 1500 mm²/s liegt.

4. Schmierfettzusammensetzungen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfpunkte nach DIN ISO 2176 größer als 240°C sind.

5. Verfahren zur Herstellung der Schmierfettzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie entweder dadurch erhalten werden, daß das mit Di- und/oder Polyharnstoff verdickte Öl auf Kohlenwasserstoffbasis mit dem perfluorierten Polyalkyletheröl gemischt wird und anschließend über einen Hochdruckhomogenisator und/oder Dreiwalzenstuhl homogenisiert wird oder dadurch, daß das Öl auf Kohlenwasserstoffbasis mit dem perfluorierten Polyalkyletheröl gemischt wird und in dieser Mischung durch Synthese der Di- und/oder Polyharnstoffverbindung verdickt und anschließend über einen Hochdruckhomogenisator und/oder Dreiwalzenstuhl homogenisiert wird.

6. Schmierfettzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Anwendungen für obere Gebrauchstemperaturen von mehr als 180°C bis zu 250°C gemäß DIN 51825.