DE2729166A1 - Synthetisches lagerschmiermittel - Google Patents

Synthetisches lagerschmiermittel

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang
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SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG P 010 04
Synthetisches Lagerschmiermittel
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Telegrammo patomus munrtien
Patentanwalt Dr-Inn R I b^dnann posi»ch«o< Mun^n394ιβ802
UlCl liai I Wail U\ .-|| iy. Π. LlCJOCJyciny Bank Reus^el ft Co München 2603007
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG
P 010 04
Synthetisches Lagerschmiermittel
Die Erfindung bezieht sich auf ein synthetisches Lagerschmiermittel, insbesondere zum Schmieren von hochbeanspruchten Lager wie Stützwalzenlager von Walzgerüsten.
Die Fabrikation/von metallischen Folien erfolgt meistens mit Hilfe von Quartowalzgerüsten im Kaltwalzverfahren. Dabei wird die Walzkraft durch die obere und untere Stützwalze auf die beiden Arbeitswalzen aufgebracht. Die dabei auftretenden grossen Kräfte werden über die vier Walzenzapfen der Stützwalzen auf die Walzenlager und weiter auf den Walzengerüstständer übertragen. Die tribologischen Vorgänge, die bei der Schmierung von belasteten und drehenden Walzenlagern auftreten, sind folgendermassen vereinfacht darstellbar:
Der Walzenzapfen aus hartem Walzenstahl liegt eingebettet in einer Schale aus weichem Lagermetall. Das mit Dichtungsringen nach der Walzenseite geschlossene Lager wird mit einem Schmiermittel gespült. Diese Einrichtung bewirkt die Ausbildung
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eines Schmierfilmes zwischen den Walzenzapfen und den"Schalenlagern. Der Flücsigkeltsfilm trennt den rotierenden Zapfen von der Lagerschale, verhindert die Berührung der beiden Metalloberflächen und überträgt die Walzcnkräfte von den Walzen auf den WaIzgerüstständer.
Bei Anlauf oder Auslaufphasen oder bei sehr starken Belastungen im Walzenlager v/ird der Schmierfilm teilweise durchbrochen, so dass sich die metallischen Oberflächen von Zapfen und Walzenlager berühren. In
diesem Mischreibungsbereich bewirken die dem Schmiermittel zugegebenen spezifischen Druckzusätze, dass keine "Kaltverschweissung" der beiden Metalloberflächen eintritt. Diese Additive - bestimmte im Schmieröl gelöste organische Substanzen - reagieren mit den durch die Reibung hochaktivierten Metalloberflächen unter Bildung von Reaktionsschichten, welche die Metallkontakte unterbinden und den Verschleiss der Lager verhindern.
Durch extreme Belastungen, bei denen das Schmiermittel eine direkte Berührung der Metalloberflächen nicht mehr verhindern kann, erfolgt im Grenzreibungsbereich ein rascher Verschleiss der Oberflächen
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im Lager unter Entwicklung von hohen Reibkräften, fjrofssen Wärmemengen und Meta] labrjeb. Dabei werden Temperaturen erzeugt, bei denen die Lagermetalle flüssig werden und die Selbstentzündungstcmperature der Walzöle erreicht werden kann.
In Folienwalzgerüsten werden als Walzenlagerschmiermittel beispielsweise Schwerölfraktionen mit Bleinaphtenat als Additiv verv/endet» Durch Undichtigkeiten in den Lager-Abdichtungen besteht die Möglichkeit, dass das Folienwalzöl - üblicherweise mit Palmkernfett (ein Gemisch aus
natürlichen Trigiycerideh) als Drüekkompohonte - mit Walzenlagerschmietmittel verunreinigt wird. Steigt nun der Walzenlagerschmiermittel-Gehalt in einem Folienwalzöl über eine gewisse Konzentration, eo muss nach der Entfettungsglühung der Folienrollen mit klebenden Folienbahnen gerechnet werden. Beim Entfettungsglühen von dünnen Bändern führt der Lagerschmiermittelgehalt der Walzöle zu braunen Flecken und Rändern auf den Oberflächen des Walzgutes.
Der Erfinder hat eich demnach die Aufgabe gestellt, ein synthetisches Lagerschmiermittel zu schaffen, mit dem ein Anfressen der Walzenlager selbst unter sehr hohen Belastungen vermieden werden kann, wobei auch grosse Ver-
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unreinigungen des Walzöles mit dem Walzenschmiermittel nicht zu Fleckenbild ting nach dem Entfettungsglühen des Walzgutes führen dürfen.
Das erfindungsgemässe Lagerechmiermittel ist dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Schmiermittels
86.9 bis 97.5 Gewichtsteile Polyisobuten 2.1 bis 11.2 Gewichtsteile mindestens eines Esters
eines C_bis C5 Alkohols mit einer dl-Hydroxymonocarbonsäure oder eineret-Hydroxydicarbonsäuren und
0.4 bis 1.9 Gewichtsteile mindestens einer einfach
oder mehrfach ungesättigten C13- bis C1--1 Carbonsäure enthalten.
Bevorzugt setzen eich 100 Gewichtsteile des Schmiermittels zusammen aus:
91.5 bis 95.3 öewichtateilen fcolyisobutan
3.7 bis 7.5 Gewichtsteilen mindestens einest -Hydro- ' slycarbOnsäureesters, und
0/6 bis 1,2 (Jewichtsteilen mihdestens einer ungesättigten Carbonsäure.
Die Herstellung der Schmiermittel erfolgt durch einfaches Mischen der Komponenten entsprechend der verlangten Zusammensetzung. Zur Erleichterung der Mischoperationen können die viskosen Schmierkomponenten erwärmt werden.
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Umfangreiche Betriebsveröüche mit Verschiedenen Schmiersystemen haben ergeben, dass die erfindungsgemässen Lagerschmiermittel in allen bekannten Schmiersystemen (z.B. Kreislaufschmierung und verschiedene Verlustschmiersysteme bei Kugel/Rollen- und Kegellager) unter voller Ausnutzung ihrer Vorteile eingesetzt werden können. Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz der erfindungsgemässen Schmiermittel in Oelnebel- und Tropf-Luft-Schmiersystemen erwiesen.
Völlig überraschend hat sich auch ergeben, dass das bis anhin bei Schalenlager als gegeben betrachtete "Losbrechen" der Walzen beim Anfahren im kalten Zustand mit den erfindungsgemässen Schmiermitteln weitgehend verhindert werden kann. Versuche haben gezeigt, dass die Tendenz zum "Losbrechen" der Walzen ohne Beeinträchtigung der erfindungsgemäss gegebenen Vorteile weiter vermindert werden kann, wenn das Polyisobutan ganz oder teilweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat oder durch ein Gemisch von in Mineralöl gelöstem Polymethacrylat und Petrol ersetzt wird. Im zweiten Fall soll das Verhältnis "Polymethacrylatlösung" : Petrol ungefähr 2:1 bis 1:2, vorzugsweise 1,2:1 bis 1:1,2 betragen. Die derartig verwendeten polymethacrylathaltigen Mineralöle sind marktübliche Produkte (z.B. VISCOPLEX SV 36, Röhm GmbH), und werden allgemein als Schmieröladditive zur S^ockpunkterniedrigung und zur Erhöhung des Viskositätsindexes verwendet.
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Die erfindungsgemäss zur Bildung des hydrodynamischen Schmierfilms verwendeten Polybutane sind ebenfalls käufliche Produkte, z.B. INDOPOL L 10 und INDOPOL H 100 (AMOCO CHEMICALS). Die Viskositätslage der erfindungsgemässen Lagersdhmiermittel kann in einem relativ grossen Bereich durch einfaches Mischen von Polybutanen mit verschiedener Kettenlänge verändert werden. Beispielsweise kann durch Aendern des Mischungsverhältnisses der beiden oben erwähnten INDOPOLE bei €0° C ein Viskositätsbereich von 10 bis 5000 cSt eingestellt werden.
Die direkte Berührung von Walzenzapfen und Walzenlager wird primär durch den hydrodynamischen Schmiereffekt der als Basis der erfindungsgemäusen Schmiermittel dienenden Polybutane verhindert. Bei hohen Belastungen kann dieser hydodynamische Schmierfilm durchbrochen werden, wobei "Fresser" entstehen, die im Extremfall zu Kaltverschweissen von Zapfen und Lager führen. Dies kann verhindert werden durch die erfindungsgemäss vorgesehene Zugabe von JL-Hydroxymonocarbonsäureestern, denen die Aufgabe zufällt, beim Durchbrechen des hydrodynamischen Schmierfilms durch tribochemische Reaktionen eine "Reaktionsschicht" aufzubauen. Die für diese Aufgabe vorgesehenen Schmiermittel-Additive werden aus diesem Grund auch als "Reaktionsschichtbildner" bezeichnet·
Es hat sich gezeigt, das· Ali Bäter bevorzugte solche zu ver-
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ή J» β
wenden sind, deren Alkoholkomponente ein Alkohol aus der Gruppe
Il
Äthanol
Propanol
Butanol
Pentanol
und deren Säurekomponente eine Säure aus der Gruppe Glykolsäure
Milchsäure
Apfelsäure
Weinsäure
ist. Als besonders vorteilhaft haben eich aus diesen Kombinationsmög.lichkeiten Glykolsäureäthylester Glykolsäurepropylester Glykolsäurebutylester Milchsäureäthylester Milchsäurepropylester Milchsäurebutylester Apfelsäurebutylester Weinsäuredibutylester und 3-Hydroxybuttersäureathylester erwiesen.
Weiter hat sich gezeigt, dass die als Rostinhibitor wirkende ein- oder mehrfach Ungesättigte C,- bis C19 Carbonsäure vorteilhaft zur Gruppe
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Oelsäure Linolsäure Linolensäure gehört.
Zur Erreichung der optimalen Eigenschaften der erfindungsgemässen Schmiermittel hat es sich als günstig erwiesen, die einzelnen Komponenten, insbesondere die als Reaktionsschichtbildner wirkenden Ester, mindestens in der Qualität "rein" (purum bzw. purified) zu verwenden.
Nachfolgend wird die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemässen Lagerschmiermittel anhand von Untersuchungsresultaten näher erläutert.
Die Zusammensetzungen dfef den im folgenden beschriebenen Tests unterworfenen beispielhaften erfindungsgemässen Schmiermittel, ihre Dichte und Viskosität sind in Tabelle I aufgeführt.
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Tabelle I
Schmiermittelbezeichnung
Zusammensetzung
konzentration (Gew.-Teile)·
Dichte
Kinematische Viskosität (cSt)
20° C 50°C 60° Γ I 80° C
4661
α> ο co co *■» co
cn ro co
6461
4662
INDOPOL H INDOPOL L Glykolsäurebutylester Oelsäure
INDOPOL H INDOPOL L Glykolsäurebutylestei Oelsäure
INDOPOL H INDOPOL L Milchsäurebutylester Oelsäure
40
60
60
40
40
60
0.860
0.869
0.860
50
1098
138
346
62
33
86
51
17
39
20
Tabelle I (Fortsetzung)
OO O (O OO
σι κ> «ο
Schmiermittel-
Bezeichnung		 • 4665 Zusammensetzung Konzentration
(Gew.-Teile)		 Dichte
(g/cm3)		 Kiner.a
20° C		 .ische Vis
50° C		 • 62 kositSt
G0° C		 (cSt)
eo6 c
4663 INDOPOL H 100 40 0.860 466 77 49 24
INDOPOL L 10 60 -
Apfelsäurebutylester 6
Oelsäure 1
4664 INDOPOL H 100 40 0.864 561 85 53 25
INDOPOL L 10 60
Weinsäuredi-
butylester		 6
Oelsäure 1
INDOPOL H 100 40 0.858 405 40 20
INDOPOL L 10 60
3-Hydroxybutter-
säureäthylester		 6
Oelsäure
Tabelle I (Fortsetzung)
Schmiernutte1-
bezeichnung		 Zusammensetzung Konzentration
(Gew.-Teile)		 Dichte
(g/cn3)		 Kinemat
20° C		 iscr.e Vis
50° C		 ;kositat
60 C		 (CSt)
80° C 		<
4666 INDOPOL H 100 40 D 709 100 61 27
INDOPOL L 10 6P
Weinsäuredi-
äthylester »		 6 -
Oelsäure 1
556 V VISCOPLEX SV 36 35 0.867 707 231 174 109
Glykolsäure-
butylester 		5
Oelsäure 1
Petrol 38
1) Weinsäurediäthylester ist in Polyisobuten nur teilweise löslich.
,> "2729Ί66 η
Bei der Herstellung von metallischen Folien werden diese nach dem -letzten Walzschritt einer Glühbehandlung unterworfen» die unter anderem zum Ziel hat, auf der Metalloberfläche verbliebene Walzhilfsmittel-Rückstände zu entfernen. Diese Glühbehandlung wird wahlweise im Luftumwälzofen oder unter Stickstoff als Schutzgas durchgeführt. Da die Walzhilfsmittel während des Betriebes durch Undichtigkeiten der Walzenlager mit Lagerschmiermittel verunreinigt werden können/ ist.das Verhalten dieser Schmiermittel während des Glühens für die Herstellung insbesondere von Aluminium-Folien von entscheidender Bedeutung.
Tabelle II gibt Auskunft über die Resultate praxisnaher ^ Glühtests. Zu Vergleichszwecken wurden konventionelle Schmiermittel der folgenden Typen mituntersucht:
Handelsprodukt A : Schalenlagerschmiermittel Handelsprodukt B : Oel-Nebel-Schmiermittel Handelsprodukt C : Getriebeschmieröl Handelsprodukt D : Getriebeschmieröl
Als Glühtest 1 wird ein Test bezeichnet, bei dem ein Tropfen des Schmiermittels zwischen zwei Aluminiumfolienabschnitten, die Verhältnisse beim Glühen von Coils simulieren soll. Nach der Glühbehandlung bei 400° C im Luftumwälzofen wird die Klebkraft zwischen den beiden Folienstücken, die Grosse eines auf die Folienoberfläche gegebenen Wassertropfens
- 809849/0529
- - 2V29166
und visuell die Fleckenbildung bestimmt. Für die Beurteilung der Fleckenbildung sind folgenden Güteklassen vorgesehen:
4 = starke Fleckenbildung 3 = Fleckenbildung
2 = schwache Fleckenbildung 1 = erkennbare Verfärbung 0 = keine Verfärbung
Zur Durchführung von Glühtest 2 wird ein Tropfen des Schmiermittels auf eine Folie die eine Vertiefung aufweist aufgetragen, die anschliesseh einer Glühbehandlung bei 400° C unterworfen wird. Dieser Versuch wird jeweils an zwei Vergleichsproben durchgeführt, wobei eine Probe im Luftumwälzofen und die andere Probe unter Stickstoff geglüht wird. Die Resultate dieser Versuche sind ebenfalls in Tabelle II aufgelistet, wobei die Beurteilung der Fleckenbildung gemäss den Kriterien in Glühtest 1 erfolgt.
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OO O CD 00
Tabelle II Glühtest 1 Klebkraft
g/44.4 mm 		Tropfentest
φ mm		 Fleckenbildung Glühtost 2
Schmiermittel-Bezeichnung >30 -. 4 Fleckenbildung
in Luft		 Fleckenbildur.'
in Stickstoff
3.5 7 0 4 4
Palmkernfett 34 - 4 0 3
Palmkernfett 10 % in Petrol 0,2 7 0 4 4
Handelsprodukt A *'* 4.5 3 0 4
Handelsprodukt A 10 % in
Petrol 		2.» 7 0 4 0
Handelsprodukt B >3O -· 4 1
Handelsprodukt B 10 % in
Petrol 		3.5 6 0 4 1
Zylinderöl 0.1 12 0 0 1
Zylinderöl 10 % in Petrol 0.1 12 0 3 1'·
Handelsprodukt C ^o. ι ■ 12 0 0 0
Handelsprodukt C 10 % in
Petrol 		^O. 1 11 0 4 1
Handelsprodukt D 0 ZLZ
Handelsprodukt D 10 % in
Petrol
Tabelle II (Fortsetzung)
O CD CO
Schmierr.it te !-Bezeichnung Klebkraft
g/4 4. 4r.n		 Glühtest 1 Fleckenbildung Glühtest 2
0 Tropfentest 0 Fleckenbildung
in Luft		 Fleckenbildung
in Stickstoff
INDOPOL H 100 •ö ■' 12 0 3 0
INDOPOL 10% in Petrol 0.02 12 0 0 0
6461 0.02 13 0 1 0
6461 10% in Petrol 0.02 13 0 0 0
4661 0.02 15 0 2 0
4661 10% in- PeUuI 0.02 15 0 1 0
4662 0.02 12 σ 1 0
4662 10% in Petrol 0.02 11 0 1 0 ' J^ ι
4663 0.02 12 0 3
4663 10% in Petrol 0.02 11 0 3 0-1
4664 0.02 12 0 4 0-1
4664 10% in Petrol 0.02 11 0 4 0-1
4665 0.02 12 0 4 0-1
4665 10% in Petrol 11 4 0-1 ro
OO
σ
co
OO
co
O
cn
ο N)
O CO
Tabelle II (Fortsetzung) Klebkraft
g/44.4mm		 Glühtest 1 Fleckenbildung Glühtest 2 Fleckenbildung
in Stickstoff
Schmiermittel-Bezeichnung 0.02 Tropfentest
φ [mm]		 0 Fleckenbildung
in Luft		 0
0.02 11 0 2 0
4666 2.6 12 0 2 1
4666 10 % In Petrol 0.09 15 0 4 1
556 V 0 15 0 4 0
556 V 10 % in Petrol 12 0
CJ) CJ)
•2729Π66
Tabelle III zeigt die Resultate des Reibverschleisstestes (BV-Testi nach Baist bei 60° C. Als Proben wurden Stahlstifte mit einer Stiftlänge von 1700 um und einem Durchmesser von /
5 mm eingesetzt. Die belastete Stiftoberfläche beträgt 12.6 mm2.
Die Kolonne "Beginn-Abrieb" enthfilt die Drücke in kg/12.6 mm2, bei denen ein erster Stahlabrieb feststellbar war. In der Kolonne "Beginn-Reibung" ist die Belastung aufgeführt, bei der das Einsetzen der Reibkraft festgestellt wurde. Als Grenzlast wird die Belastung bezeichnet, bei der erste "Fresser" auftreten, wobei der elektrische Widerstand des Schmiermittel-
films bereits auf einen so kleinen Wert abgefallen ist, dass auf eine lokale vollständige Zerstörung dieses Schmiermittelfilms geschlossen werden kann. Kolonne "Ende-Reibkraft" gibt Auskunft über die bei Erreichen der Grenzlast auftretende Reibkraft.
Die Gegenüberstellung der Resultate der erfindungsgemässen Schmiermittel mit den Resultaten des zu Vergleichszwecken untersuchten Handelsproduktes A zeigt deutlich das bessere Schmierverhalten der erfindungsgemässen Schmiermittel anhand der erst bei höheren Belastungen auftretenden Zerstörung des Schmierfilms.
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Tabelle III
* Abrieb
H 		Beginn Reibkraft Grenzlast
fa] 		Ende Reibkraft
H
Schmiermittel-
Bezeichnung		 140 40 230 Widerstand 25
Handelspodukt A 110 60 310 1 . 30
6461 50 150 540 2 20
4661 50 80 290 0.5 30
4662 100 100 290 0 30
4663 50» 50 310 0 30
4664 90 90 380 O.S 30
4665 70 70 430 0 30
4666 2O 50 350 0.5 20
•
556 V 		0
cn

Claims (1)

1. Synthetisches Lagerschmiermittel, insbesondere zum
Schmieren von hochbeanspruchten Lagem,wie Stützwalzenlagetfivon Walzgerüsten, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Schmiermittels
86.9 bis 97.5 Gewichtsteile Polyisobutan 2.1 bis 11.2 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2 bis C5 Alkohols mit einer »•-Hydroxymonocarbongäure oder einer d» -Hydroxydicarbonsäure,
0.4 bis 1.$ Gewichtsteile mindestens einfach oder mehrfach ungesättigten C13- bis C,g-, Carbonsäure enthalten.
Z... Lager schmiermittel nach * Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Schmiermittels
91.5 bis 95.3 Gewichtsteile Polyisobutan 3.7 bis 7.5 Gewichtsteile mindestens einesA-Hydro-
xycarbosäureesters, und
0.6 bis 1.2 Gewichtsteile mindestens einer ungesättigten Carbonsäure enthalten.
3. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, .
dadurch gekennzeichnet» dass als Polyisobutan
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* ORIGINAL INSPECTED
ein Gemisch aus mindestens zwei Polyisobutanen mit unterschiedlichen Kettenlänge verwendet wird.
]\. Lagerschmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis J>,
dadurch gekennzeichnet, dass das
Polyisobutan ganz oder teilweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat ersetzt ist.
5. Lagerschmiermittel nach . Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyisobutan ersetzende polymethacrylathaltige Mineralöl mit Petrol gemischt ist.
6. Lagerschmiermittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis polymethacrylathaltiges Mineralöl zu Petrol zwischen 2:1 und 1:2 liegt.
7. Lagerschmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis polymethacrylathaltiges Mineralöl zu Petrol zwischen 1,2:1 und 1:1,2 liegt.
8. Lagerschmiermittel nach einem i.der Ansprüche 1 bis 7><
dadurch gekennzeichnet,
dass Ester verwendet Werden, deren Alkoholkomponente ein Alkohol aus der Gruppe
Äthanol
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Propanol ' Butanol
Pentanol und deren Säurekomponente eine Säure aus der Gruppe
Glykolsäure
Milchsäure
Apfelsäure
Weinsäure ist.
9. Lagerschmiermittel nach ' Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ester zur Gruppe 'Glykolsäüreäthylester Glykolsäürepropylester Glykolsäurebutylester Milchsäureäthylester Milchsäurepropylester Milchsäurebutylester Apfelsäurebutylester Weinsäuredibutylester und 3-Hydroxybuttersäureathylester gehört.
. Walzenlagerschmlermittel nach Anspruch 1 oder 2,
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dadurch gekennzeichnet, dass die einfach oder mehrfach ungesättigten C,- bis C Säuren zur Gruppe
Oelsäure
Linolsäure
Linolensäure gehören.
11.Lagerschmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
, dadurch gekennzeichnet, dass
die einzelnen Komponenten in dot Qualität "rein" (purum bzw. purified) verwendet werden.
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