DE2426576A1 - Nichtschaeumendes schmieroel - Google Patents

Nichtschaeumendes schmieroel

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DE2426576A1 DE19742426576 DE2426576A DE2426576A1 DE 2426576 A1 DE2426576 A1 DE 2426576A1 DE 19742426576 DE19742426576 DE 19742426576 DE 2426576 A DE2426576 A DE 2426576A DE 2426576 A1 DE2426576 A1 DE 2426576A1
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Description

Patentanwälte Liedl, Dr. Pontani, Nöth, Zeitler
München 22, Steinsdorfstraße 21-22, Telefon 089/29 84 62
B 6775
BORG-WARNER, (AUSTRALIA) LTD. 77, Selville Street, Fairfield, New South Wales / Australien
J/G
Nichtschäumendes Schmieröl
Diese Erfindung bezieht sich auf die Verhinderung der Schaumbildung bei Schmieröl.
Häufig schäumt nach längerem Gebrauch das Schmieröl in Automobildifferentialen und in den Getriebegehäusen von Industriemaschinen, Wenn das Schmieröl schäumt, so vergrößert sich sein Volumen und ein Teil des Öls wird durch Entlüftungslöcher und ähn-
409851/0878
lichen Öffnungen aus dem Getriebegehäuse hinausgedrängt. Das Schäumen verursacht nicht nur einen Verlust des Öls, sondern verhindert auch die angemessene Schmierfunktion des Öls, wodurch eine rasche Abnutzung der verschiedenen Bestandteile der Zahnradverbindungen entsteht.
Es ist festgestellt worden, daß eine Schaumbildung entsteht, wenn im Schmieröl in einem Getriebegehäuse eine Zeitlang Wasser enthalten war. Die Schaumbildung wird nicht durch das Wasser selbst verursacht, denn es wird keine Schaumbildung beobachtet wenn das Schmieröl zusammen mit absichtlich zugegebenem Wasser aufgerührt wird. Versuche zeigen, daß das im Schmieröl enthaltene Wasser mit den Stahloberflächen der Zahnradverbindungen und anderen Bestandteilen innerhalb des Getriebegehäuses reagiert, um Eisenhydroxid zu bilden. Die Geschwindigkeit, mit der diese Reaktion stattfindet, hängt ab von der Temperatur und es kann eine beträchtliche Zeit dauern, ehe das Eisenhydroxid in erheblichen Mengen vorgefunden wird. Da das gebildete Eisenhydroxid basisch ist, reagiert es mit den verschiedenen Säurenzusätzen, die üblicherweise in Schmierölen enthalten sind. Es hat sich herausgestellt, daß sich unter diesen Zusatzmitteln Additive des Schwefel- und insbesondere des Phosphortyps befinden, die mit dem Eisenhydroxid ein Reaktionsprodukt bilden, in dessen Gegenwart das Schmieröl nach genügender Aufrührung Schaum bildet. Die genaue Beschaffenheit dieses Reakfionsproduktes ist nicht bekannt und dieses Reaktionsprodukt wird im nachfolgenden allgemein a^s metallische Salze bezeichnet. Die in Schmierölen normalerweise enthaltenen Wassermengen können sich erheblich voneinander unterscheiden. Die zu dieser Erfindung führenden Versuche zeigten, daß 0,05 % Wasser genügen, um zu darauffolgender Schaumbildung zu führen.
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Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Verhinderung der Schaumbildung in Schmierölen.
Im allgemeinen läßt sich die Neigung zur Schaumbildung bei Schmierölen und insbesondere bei Schmiermitteln für Getriebegehäuse ändern und die Schaumbildung verhindern durch den Zusatz gewisser Substanzen zum Öl. Im einzelnen wird die Bildung von schaumerzeugenden metallischen Salzen bei den Schmiermitteln verhindert durch den Zusatz von gewissen Substanzen, die im allgemeinen als Entwässerungsmittel bezeichnet werden können, die fähig sind mit dem Wasser zu reagieren. Noch mehr im einzelnen wird die Schaumbildung bei Schmierölen sogar unter strengen Bedingungen durch die Zugabe von relativ geringen Mengen gewisser Entwässerungsmittel verhindert.
Entsprechenderweise wird die vorliegende Erfindung beschrieben als die eines Schmieröls mit verbesserter Resistenz gegenüber der Schaumbildung und die eines Verfahrens zur Verhinderung der Schaumbildung bei Schmierölen, das aus dem Zusetzen von Entwässerungsmitteln zum Schmieröl besteht.
Wie im vorgehenden besprochen, erscheint es, daß die Schaumbildung bei Schmierölen verursacht wird durch die Reaktion von Wasser und/oder sauren Bestandteilen der Schmieröle mit den metallischen Oberflächen von Zahnradverbindungen und Gehäusen, wodurch sich nach einer gewissen Zeit Eisenhydroxid md darauffolgend Eisensalze unbekannter Zusammensetzung bilden, welche ihrerseits die Schaumbildung fördern. Während die vorliegende Erfindung nicht an eine spezifische Theorie der Wirkungsweise der Erfindung gebunden sein soll, erscheint es, daß der Zusatz von gewissen Entwässerungsmitteln zum Schmieröl effektiv die Bildung dieser schaumerzeugenden Eisen- oder anderen metallischen
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Salze verhindert, entweder durch die Reaktion mit dem im Schmieröl vorhandenen Wasser oder durch die Bindung der metallischen Salze in einer Form, die der Schaumbildung .nicht förderlich ist.
Die besonderen Zusätze, die sich für die Zwecke dieser Erfindung als geeignet erwiesen haben, werden generell als Entwässerungsmittel bezeichnet, übliche Entwässerungsmittel, wie wasserfreies Kalium- oder Natriumsulfat, wasserfreies Kalziumchlorid, Kalziumoxid oder ähnliche Mittel sind besonders brauchbar. Da sie ionischen Charakter besitzen, lösen sich diese anorganischen Salze nicht im Schmieröl, aber sie dienen dem Zweck dieser Erfindung, wenn ihre Teilchengröße so klein ist, daß sie im Schmieröl dispergiert bleiben. Das Entwässerungsmittel kann auch eine öllösliche organische Verbindung oder eine Mischung solcher Verbindungen sein, worunter auch hygroskopische Derivate, die aus der Reaktion von Alkali- und Erdalkalimetalloxiden oder ihren Salzen mit Fettsäuren, gesättigten oder ungesättigten Dikarbonsäuren, Aminokarbonsäuren, Sulfo-, Sulfin- oder Sulfamidsäuren erhalten werden, fallen.
Beispiele dieser Verbindungen umfassen die Reaktionsprodukte des Kalziumoxids mit Fettsäuren, wie Ölsäure, Sebazinsäure, Linolsäure und ähnliche. Diese können am Ort innerhalb des Schmieröls durch den Zusatz des Metalloxids und der Fettsäure zum Öl hergestellt werden oder es kann die entsprechende Verbindung, z.B. Kalziumoleat, getrennt hergestellt und nachträglich dem Schmieröl zugegeben werden.
Es ist ersichtlich, daß irgendein Entwässerungsmittel verwendet werden kann, welches als solches wirkt, wenn es im Schmieröl dispergiert
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oder gelöst ist und welches die Schmiereigenschaften des Öls nicht nachteilig beeinträchtigt.
Die Menge des zu verwendenden Additivs hängt im Einzelfall vom verwendeten Additiv , vom Schmieröl und vom besonderen beabsichtigten Endzweck ab. Bestimmte dieser Additive sind schäumungsverhindernd wirksam bei einer so niedrigen Konzentration, wie 0,1 Gew. -%, während bei anderen eine so große Menge wie 5 Gew. -% benötigt wird, damit eine Wirksamkeit unter den Bedingungen eines !Strengen Betriebs und einer Feuchtigkeitsaussetzung über längere Zeit hinaus gegeben ist.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, bei denen die schaum verhindernde Wirkung mehrerer Additive bei 93° C (200(
ren D892-72, Folge II erwiesen wurde.
kung mehrerer Additive bei 93° C (200° F) mit dem ASTM Prüfverfah-
Beispiele 1 - ^.Laboratoriumsprüfung schäumungsverhindernder Mittel.
Die Versuche wurden mit einer 180 ml Ölprobe durchgeführt, welche das bezeichnete Additiv enthielt und in die ein Lufteinlaßrohr und ein Diffusionsstein eingeführt wurde. Nachdem das Öl mit einem erhitzten Ölbad auf 93 C (200 F) erhitzt worden war, wurde zwecks Schaumbildung 5 Minuten lang Luft mit einer Geschwindigkeit von 94 ml/min durch das Öl geleitet. Dann wurde das Volumen des gebildeten Schaums gemessen. Bei dem untersuchten Öl handelte es sich um gebrauchtes Öl, das den Differentialen und handgesteuerten f Tber tr agungs systemen von Kraftfahrzeugen mit einem Schäumungsproblem entnommen wurde. Jedes ^l wurde zuerst ohne Additiv im Schäumungsversuch untersucht, um als Bezugspunkt die anfänglichen Schaumbildungseigenschaften festzustellen.
409851/0876
6775
Tabelle I. Schaumbildungsversuche im Labor bei 93° C (200° F)
Beispiel
Nr.		 Öl Schaumbil
dung zu
Beginn		 ml nach
Stehen		 Additiv -
Verbindung Gew. -% 		0,2 Schaumbil
dung ml
1 Differential-
öl C.		 - 760 280 Na3SO4 0,2 0
INS Differential-
öl C.		 760 280 CaCl2 0,2
0,2		 0
3 Differential-
öl D.		 940 650 Na3SO4
+Ölsäure		 0,8 0
4 Differential-
öl C.		 760 280 CaO 0,9 0
5 Differential-
öl E.		 670 130 CaSO4 1,0 0
6 Differential-
öl D.		 940 650 CaOleat 1,0 0
7 Differential-
öl D.		 940 650 CaStearat 1,4 0
8 Differential-
öl C.		 760 280 CaStearat 1,9 0
9 Differential-
öl C.		 760 280 CaGluconat 2,3 0
10 Differential -
Ö1E.		 670 130 CaSulfan-
ilat		 0
Anmerkung:
Na0SO,, CaCl0 waren wasserfreie Laborreagenzien; CaOleat = Kalziumsalz der Ölsäure; CaStearat = Kalziumsalz der Stearinsäure; CaSulfanilat = Kalziumsalz der Sulfanilsäure.
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Die Daten der Tabelle I beweisen klar die Wirksamkeit dieser Verbindungen bei der Verhinderung der Schaumbildung. Es wurde kein Versuch unternommen, die noch wirksame Minimalmenge jeder Verbindung festzustellen, weil, wie bereits ausgeführt wurde, die anfänglichen Schäumungseigenschaften der Versuchsöle sehr unterschiedlich sind und darum auch die minimalen Mengen von Öl zu Öl sehr verschieden sein werden. Im allgemeinen wurde es jedoch festgestellt, daß bei den organischen Fettsäurederivaten Mengen, die unterhalb von ungefähr 0, 5 % lagen, relativ unwirksam waren, dagegen lagen die Grenzen der Wirksamkeit bei anorganischen Verbindungen, wie Natriumsulfat, in der Gegend von 0,05 %.
Versuche aus dem Anwendungsbereich wurden mit Differentialen und handgeschalteten Getriebekästen mehrerer Kraftfahrzeuge durchgeführt.
Beispiel 11. Anwendungsversuche mit dem Differential eines Ford Falcon >
Das Hypoidgetriebedifferential eines Ford Falcon wies bei 25.800 km (16.000 Meilen) ein ernsthaftes Schäumungsproblem auf. Durch den Füllstutzen wurde eine ausreichende Menge wasserfreies Natriumsulfat eingeführt, um nach der Dispersion eine 0,25 %ige Mischung zu ergeben. Der Falcon wurde dann 64.400 weitere km (40.000 Meilen) gefahren, ohne daß weitere Schäumungsprobleme auftraten. Das Öl wurde abgelassen und eine volle metallurgische Inspektion der Getriebe durchgeführt. Es stellte sich heraus, daß alle Bestandteile normalen bis unternormalen Verschleiß aufwiesen. Bei einer Fahrstrecke von 64.400 km (40.000 Meilen) ergaben sich keine Schäumungsprobleme. Das öl wurde entfernt und einer Fchaumprüfung bei 93 C (200 F) im Laboratorium unterzogen. Es wurde keine Schaumbildung festgestellt.
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Beispiel 12. Anwendungsversuche unter Rennfahr bedingungen.
Wasserfreies Natriumsulfat wurde dem Öl der handgeschalteten Über tragung und des Differentials eines GTX Holden Torana zugesetzt, um Mischungen mit ungefähr 0,2 Gew. -% Natriumsulfat zu ergeben. Das Fahrzeug nahm dann am australischen Bathurst 500 Meilen-Rennen teil, ohne daß Schaumprobleme auftraten. Eine Untersuchung der Zahnradverbindungen nach dem Rennen ergab, daß der Verschleiß um sogar 50 % verringert worden war. Bei vorhergehenden Rennen wiesen gleichwertige handgeschaltete Übertragungen und Differentiale ernsthafte Schäumungsprobleme und extreme Abnutzung auf, wenn Schmieröle ohne schaumverhindernde Additive verwendet wurden.
Die Ergebnisse der Anwendungsversuche beweisen die Wirksamkeit der dieser Erfindung entsprechenden Additive bei der Verhinderung der Schaumbildung in Getriebeölen. Es erscheint, daß der Vorteil der Schäumungsverhinderung begleitet wird von einer brauchbaren Verringerung des Verschleißes der Bestandteile der Zahnradverbindungen, wodurch es naheliegend ist, daß die Wirksamkeit der Schmierung und die Schmierfähigkeit auch durch die besonderen, dieser Erfindung entsprechenden Additive erhöht werden.
Die Verwendung entwässernder Verbindungen in Schmierölen zur Reduzierung und Verhinderung von Schäumungsproblemen bei den Transmissionen und differentialen Transmissionen von Kraftfahrzeugen unter strengen Betriebsbedingungen ist hiermit aufgezeigt worden. Es ist zu erwarten, daß diese Materialien auch bei einer Vielfalt von ähnlichen Anwendungen, bei denen das Schäumen während der Verwendung von Schmierölen zu Schwierigkeiten führt, wirksam sind. Während die
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Erfindung bei der Verwendung von speziellen entwässernden Verbindungen als schaumverhindernde Additive erläutert worden ist, können äquivalente Stoffe verwendet werden.
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Claims (2)

Patentansprüche
1. Schmierölzusammensetzung, die gegenüber der Schaumbildung widerstandsfähig ist, gekennzeichnet durch ein Schmieröl und einen schäumungsverhindernden Zusatz einer oder mehrerer aus folgender Gruppierung ausgewählten Verbindung(en): Wasserfreie anorganische Salze, Alkali- und Erdalkalimetallsalze von Fettsäuren, aliphatische Dikarbonsäuren, Aminokarbonsäuren, Sulfosäuren, Sulfinsäuren und Sufamidsäuren.
2. Verfahren zur Verhinderung der Schaumbildung in Schmierölen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Öl ein Anteil einer aus folgender Gruppierung ausgewählten Verbindung zugesetzt wird: Wasserfreie anorg anische Salze, Alkali- und Erdalkalimetallsalze von Fettsäuren, aliphatische Dikarbonsäuren, Aminokarbonsäuren, Sulfosäuren, Sulfinsäuren und Sufamidsäuren.
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