DE2027403C2

DE2027403C2 - Dauerschmierfett

Info

Publication number: DE2027403C2
Application number: DE2027403A
Authority: DE
Inventors: Alfred 2101 Meckelfeld Haak; Robert Dr. 2100 Hamburg Rost
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1970-06-04
Filing date: 1970-06-04
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE2027403A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Dauerschmierfett für stoßbelastete Stahl/Stahl- oder Stahl/Kunststoff-Verbindungen oder -Gelenke.

Im Kraftfahrzeugbau werden in zunehmendem Maße wartungsfreie Trag- und Führungsgelenke eingesetzt, die im allgemeinen aus einer Kunststofftragschale, vorzugsweise aus Polyurethan, mit einer sich darin bewegenden Stahlkugel und einer Kunststoffumhüllung, aus vorzugsweise synthetischem Kautschuk,- wie Chlorbutadien/Acrylnitrilmischpolymerisat bestehen. Eine Dauerschmierung derartiger Gelenke mit handelsüblichen Schmierfetten ist Insbesondere bei hohen Drücken, extremen Außentemperaturen und bei größerer mechanischer Beanspruchung wegen des hohen Verschleißes nicht möglich.

Man hat zwar versucht, für die Füllung derartiger Gelenkverbindungen Fette einzusetzen, die einen Zusatz an Lithium-12-hydroxystearat und dispergiertes MoIyIrdändisulfid enthalten. Diese Fette haben jedoch den Nachteil, daß entweder die Kunststoffe angegriffen werden oder daß Schäden an der Stahlkugel durch mangelhafte Schmierung, durch Kavitation oder durch Korrosion entstehen, was insbesondere dann der Fall ist, wenn durch Undichtigkeiten Wasser In das Gelenk eindringt.

Es sind zwar aus der GB-PS 7 08 908 und US-PS 30 15 623 Natrium- oder Lithiumfette mit einem Gehalt au Bleloleat zur Erhöhung der Hochdruckeigenschaften bekannt, jedoch sind derartige Fette In Verbindung mit Kunststofftellen ungeeignet. Das gleiche gilt für Fette gemäß DE-PS 9 47 728 mit einem Gehalt an gemischten Metallselfen auf Basis von Naphthensäuren und/oder Hydroxystearinsäuren. Aus der DE-AS 10 40 164 sind Schmierfette bekannt, die Metallsalze von Essigsäure zusammen mit Seifen hochmollkularer Carbonsäuren enthalten, wobei neben Erdalkallen als Metalle Zink- und

Bleisalze und -seifen nur dann eingesetzt werden sollen, wenn flüssige Fette oder Öle gewünscht werden; diese Fette sind genausowenig wie Schmierfette gemäß DE-AS 10 64667 mit einem Gehalt an Lithium- und Calciumkomplexen kaum in Gegenwart von Kunststoffen einzusetzen. Das gleiche gilt auch für Schmierfette mit Lithium- oder Alkaliseifen gemäß DE-AS 10 75 777 und US-PS 28 42 494, die nur äußerst geringe Menge an Zink^ oder Zinndlstearat enthalten sollen.

ίο Die Erfindung hat'slch die Aufgabe gestellt, geeignete Dauerschmierfette der angegebenen Art vorzuschlagen, weiche keine Korrosion hervorrufen und wegen ihrer guten Schmiereigenschaften einen wartungsfreien Dauerbetrieb derartiger Trag- und Führungsgelenke ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schmiermittel, insbesondere Dauerschmierfett für stoßbelastete Stahl/Stahl- oder Stahl/Kunststoff-Verbindungen oder Gelenke, gemäß Hauptanspruch vorgeschlagen, wobei ein besonders bevorzugtes Schmierfett In Anspruch 2 aufgeführt ist. Es ist überraschend, daß Schmiermittel, die zusätzlich noch 5 bis 50 Gew.r* an nicht quellenden oder gering quellenden Salzen von gestättigten Mono- oder Dicarbonsäuren mit 14 bis 30 C-Atomen und mehrwertigen Schwermetallkationen enthalten, eine derart gute Korrosionsbeständigkeit zeigen, wie sich aus den Vergleichsversuchen zeigt.

Das hochviskose Grundöl bzw. naphthenbasische Schmieröl hat im allgemeinen eine Viskosität von 60 bis 250 cST bei 50° C und beispielsweise folgende Verteilung der aromatischen, naphthenischen und paraffinischen Anteile:

aromatisch gebundener
Kohlenstoff, C₄
naphthenisch gebundener
Kohlenstoff, Q_x
paraffinsich gebundener
Kohlenstoff, Q.

8-14 Gew.-* 30-40 Gew.-* 42-58 Gew.-*

Insbesondere bei Schmiermitteln für den Tieftemperaturbereich bis etwa -40° C ist es zweckmäßig, wenn ein Teil des Mineralöls durch ein synthetisches Öl, vorzugsweise ein oder mehrere Ester gesättigter Mono- und/oder Dicarbonsäuren mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen ersetzt wird.

Die als zweite Komponente im erfindungsgemäßen Schmiermittel eingesetzten Verdickungsmittel sind Alkallsalze und/oder Erdalkalisalze von· Cu-Cit-gesättlgten Mono- oder Dicarbonsäuren wie z. B. Llthlumstearat, Calclum(hydroxy)-stearat/Calciumacetat oder Lithlum-Cii-C]4-(hydroxy)-fettsäuresalze In Kombination mit Lithlumsallcylat, -acelat oder Lithiumborat.

Als dritte Komponente des erfindungsgemäßen Schmiermittels werden nlchtquellende bzw. schwachquellende Schwermetallselfen von gesättigten Cu-Cj₀ Fettsäuren, von Insbesondere Adipinsäure, Arachlnsäure, Behensäure, vorzugsweise Stearinsäure, sowie von Sebacinsäure, ferner von synthetischen Dicarbonsäuren, z. B. Hepladodecandlcarbonsäure, Dodecandlcarbonsäure, Tr!- methyldadiplnsäure oder von deren Gemischen verwendet. Ein Gehalt von bis zu 20 Gew.-* ungesättigten Säuren wie Ölsäure, kann von Vorteil sein.

Als Schwermetallkationen werden die Kationen von Metallen mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 5 bezeichnet, wobei Insbesondere Blei, Zink oder Zinn bevorzugt sind und Kadmium, Molybdän, Chrom, Elsen, Kobalt, Nickel oder andere Schwermetallkationen zur Seifenbildung ebenfalls dienen.

Gegebenenfalls kennen die erfindungsgemäßen Schmiermittel neber±.den Salzen aus gesättigten Fettsäuren noch bis zu 20 Gew.-% Seifen aus ungesättigten Fettsäuren und gegebenenfalls an sichbekannte Additive wie Oxydationsinhibitoren und Korrosionsschutzmittel, wie ■ Metallsallcylatev Sulfonate, Naphtenate, aromatische Amine oder andere Zusätze, wie Molybdänsulfid, Graphit, Phosphorsäureester und/oder Metalidialkyldithiophosphate enthalten.

Zur Charakterisierung der erfindungsgemäß eingesetzten nicht bzw. schwach quellenden Seifen dient die geringe Änderung der Penetrationswerte nach DIN 51804, die nicht wesentlich unter 20%, vorzugsweise nicht unter 10% der Werte des Grundfettes absinken sollen, wie die folgende Aufstellung zeigt

Penatrationswert

1. Grundfett mit 10% Lithium-12-oxysterarat 280
2a. nach Zusatz von 20% einer nicht

quellenden SeJe (Bleiadlpat) 270

2b. nach Zusatz von 20% einer schwach

quellenden Seife (ZInkstearat) 260

3. nach Zusatz von 20% einer ungeeigneten

quellenden Seife (Lithium-I2-oxysterart) 60

Beispiel 1

Es wurde ein Schmierfett A aus einem naphthenbasischen Mineralgrundöl mit einer Viskosität von 105 cST bei 50° C und 12% Q₁, 35% Qv und 53% C,. entsprechend der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Tabelle I

Mlneralgrundnl
LHhIum-12-hydroxystearat
Bariumsulfonat
Zinkdialkyldlthlophosphat

89,5 Gew.-% 5,8%
1,0%
3,7%

Diesem Schmierfett A wurde gemäß Erfindung jeweils 8 Gew.-% (Fett B), 16 Gew.-% (Fett C) und 24 Gew.-% (Fett D) ZInkstearat zugesetzt.

Die derart erhaltenen Schmierfette bewirkten überraschenderweise, daß die Kunststoffteile der untersuchten Gelenke sehr viel weniger angegriffen und die bei der Zersetzung von synthetischem Kautschuk der Gelenkumhüllungen entstehenden aggressiven Verbindungen derart gebunden wurden, daß keine Korrosionserscheinungen auftraten und Schäden auf der Gelenkstahlkugel durch Kavitation und Korrosion erheblich vermindert wurden. Darüber hinaus w ar das Lastaufnahmevermögen erheblich verbessert, so daß ein einwandfreier Dauerbetrieb der untersuchten Trag- und Führungsgelenke gewährleistet war.

Beispiel 2

Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet, wobei jedoch jetzt atf Stelle von ZInkstearat jeweils Zusätze von 20% einer nicht quellenden Seife aus Bleiadlpat, Zlnkarachinat bzw. -behenat und aus Zlnnbehenat zugesetzt wurden. Es wurdsn die gleichen vorteilhaften Ergebnisse wie in Beispiel 1 erzielt.

Vergleichsversuch 1

Zur Bestimmung des verbesserten Lastaufnahmevermögens wurden mit einer Tlmken-Prüfvorrlchtung gemäß ASTM D 2509 Fette gemäß Beispiel 1 mit steigendem Gehalt an ZInkstearat untersucht, wobei die folgenden Werte erhalten wurden:

Fett

Gehall an
Zinkstearat

Gutlast
mkg

Verschleiß
In "rag

A
B
C
D

0%

8%

16%

24%

20,4
24,9
34,0
34,0

2-3
2-3
1-2

Diese Werte zeigen, daß das Lastaufnabmevermögen bei den erfindungsgemäßen Fetten erheblich steigt, .ohne daß der Abrieb oder der Verschleiß wesentlich verschlechtert werden.

Vergleichsversuch 2

Die bessere Korrosionsverhinderung, die auf die Anwesenheit von Schwermetallseifen, insbesondere Zinkseifen zurückzuführen ist, ergibt sich aus den folgenden Versuchen.

Die Vergieichsversuche wurden mit den oben erwähnten Fettmischungen A, B, C und D gemäß Beispiel 1 nach DIN 51802 einmal mit frischem Fett und zum anderen In einem verschärften Test mit einem Fett durchgeführt, das 3 Wochen in Kontakt mit einem synthetischen Kautschuk (Neopren) bei SO⁰C belassen worden war. Die folgenden Ergebnisse der Tabelle II zeigen, daß selbst bei verschärften Korrosionsbedingungen die HCI- oder Chlorabspaltung, die im wesentlichen für die Korrosion verantwortlich Ist, praktisch nicht störte.

Tabelle II

Fett

Untersuchung mit
frischem Fen

verscharrter Test

A leichte Korrosion leichte bis mäßige

Korrosion
B Spuren von Korrosion Spuren "sis leichte

Korrosion
C keine Korrosion keine Korrosion bis

Spuren von Korrosion
D keine Korrosion keine Korrosion

Auch ein Zusatz von an sich bekannten Hochdruckzusätzen, wie Zinkdlalkyldithiophosphat, die bei erhöhten Temperaturen zerfallen und korrodierende Nebenprodukte entwickeln, wurde festgestellt, daß das Fett C keine Korrosion und nur in einem Fall geringe Spuren von Korrosion zeigte, und daß das Fett D überhaupt keine Korrosion zeigte, während das als Vergleich benutzte Fett A eine mittlere Korrosion hervorrief.

Vergleichversuch 3

Um die Verbesserung des allgemeinen Verhaltens In einem Trag- und Führungsgelenk zu zeigen, wurden das Fett A und das Fett C In einem Radgelenkprüfstand mit 52" Ausschlag- und 30° Torsionswinkel bei 105 Doppelhüben/mln und einer spezifischen Belastung von 230 kp/cm'untersucht. Die Kugel bestand aus Stahl, während die Kugelschale aus Polyurethan gefertigt war; die Rauhtiefe betrug 1,5 bis 4μ. Zur Erschwerung der Prüfbedingungen wurde Wasser von Zimmertemperatur durch ein Loch im Kunststoffbalg geleitet. Es wurde das Axialsplel nach einer bestimmten Anzahl von Doppelhüben bestimmt, wie die Tabelle HI zeigt:

Tabelle ΙΠ

Anzahl der Doppelhttbe Axialspiel In mm Fett A Fett C

50 000
170 000
325 000
500 000

0,20
3,20

0,12 0,14 0,16 3,65

Diese Werte zeigen beim Interpolleren, daß Fett A bereits nach etwa 14Ü000 Doppelhaben ein Axialspiel von Ober 2 mm bewirkt und einen einwandfreien Betrieb des Radgelenkes danach nicht, mehr gewährleitstet, während man bezüglich des Fettes C nach etwa 400 000 Doppelhüben ein unzulässiges Axialspiel erreicht. Diese Werte zeigen deutlich, daß die Verbesserung des Verhaltens in einem Trag- und Führungsgelenk etwa 300% beträgt.

Beispiel 3

Es wurden Schmierfette analog Beispiel I hergestellt, wobei jedoch die Seifen die folgenden Säurekomponenten enthielten:

A: eine Mischung aus 87 Gewichtsteilen Stearinsäure

" und 14 Gewichtsteilen Ölsäure
B: eine Mischung aus 68 Gewichtstellen Stearinsäure, jeweils 6 Gewichtsteilen Adipinsäure, Behensäure

und Sebacinsäure sowie 14 Gewichtstellen Ölsäure
C: eine synthetisch hergestellte Dicarbonsäure, nämlich

Heptadodecandicarbonsäure
D: eine im wesentlichen aus Trimethyladipinsäure bestehende Fettsäure.

Die Zinksalze dieser verschiedenen Säuren und ebenso die Salze des BIeIs und Zinns dieser Säuren zeigten in den Schmierfcttgemischen im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie Schmierfette mit entsprechenden Gehalten an Zlnkstearat.

Claims

Patentansprüche:

1. Dauerschmierfett für stoßbelastete Stahl/Stahloder Stahl/Kunststoff-Verbindungen oder -Gelenke, bestehend aus

1) einem hochviskosen naphthenbasischen Schmieröl, das gegebenenfalls teilweise durch ein synthetisches Öl. vorzugsweise durch einen Ester oder ein Estergemisch' aus gesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren und ein- oder mehrwertigen Alkoholen ersetzt ist

2) einem Verdickungsmittel aus Alkali- und/oder Erdalkalisalzen einer C₎₄- bis C_2b-gesättigten Mono- oder Dicarbonsäure

3) zusätzlich noch 5 bis 50 Gew.-* nicht quellenden oder schwach quellenden Salzen aus gesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren mit 14 bis 30 C-Atomen und mehrwertigen Schwermeiaiikäuönen, gegebenenfalls

4) bis zu 20* Seifen aus ungsättigten Fettsäuren und gegebenenfalls

5) an sich bekannten Additiven.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Additive Oxydationsinhibitoren und/oder Korrosionsschulzmittel sowie Molybdändisulfid enthält.