DE2729166C3 - Synthetisches Lagerschmiermittel - Google Patents

Synthetisches Lagerschmiermittel

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Description

2. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 100 Gewichtsteile des Schmiermittels
91.5 bis 953 Gewichtsteile Polyisobuten 3.7 bis 7.5 Gewichtsteile mindestens eines Λ-Hydroxycarbonsäureeslers und
0.6 bis 1.2 Gewichtsteile mindestens einer ungesättigten Carbonsäure enthalten.
3. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Polyisobuten ein Gemisch aus mindestens zwei Polyisobutenen mit unterschiedlichen Kettenlängen enthält.
4. Lagerschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein mit Petroleum gemischtes Mineralöl als Lösungsmittel für das Polymethacrylat enthält.
5. Lagerschmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein mit Petroleum gemischtes polymethacrylathaltiges Mineralöl enthält, wobei das Verhältnis polymethacrylathaltiges Mineralöl zu Petroleum zwischen 2 :1 und 1 :2, insbesondere zwischen 1.2 : 1 und 1 :1.2 liegt.
6. Lagerschmiermittel nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es Ester enthält, deren Alkoholkomponente ein Alkohol aus der Gruppe
Äthanol
Propanol
Butanol
Pentanol
und deren Säurekomponente eine Säure aus der Gruppe
Glykolsäure
Milchsäure
Äpfelsäure
Weinsäure «
7. Lagerschmiermittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es Ester aus der Gruppe Glykolsäureäthylester
Glykolsäurepropylester ω
Glykolsäurebutylester
Milchsäureäthylester
Milchsäurepropylester
Milchsäurebutylester
Äpfelsäurebutylester en
Weinsäuredibutylester und
3-Hydroxybuttersäureäthylester enthält.
8. Walzenlagerschmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente C
ölsäure,
Linolsäure oder
Linolensäure
enthält
Die Erfindung bezieht sich auf ein synthetisches Lagerschmiermittel, insbesondere zum Schmieren von hochbeanspruchten Lager wie Stützwalzenlayer 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 eines Schmierfilmes zwischen den Walzenzapfen und den Schalenlagern. Der Flüssigkeitsfilm trennt den rotierenden Zapfen von der Lagerschale, verhindert die Berührung der beiden Metalloberflächen und überträgt die Walzenkräfte von den Walzen auf den Walzgerüstständer.
Bei Anlauf- oder Auslaufphasen oder bei sehr starken Belastungen im Walzenlager wird 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 im Lager unter Entwicklung von hohen Reibkräften, großen Wärmemengen und Metallabrieb. Dabei werden Temperaturen erzeugt, bei denen die Lagermetalle flüssig werden und die Selbstentzündungstemperatur der Walzöle erreicht werden kann.
In Folienwakgerusten werden als Walzenlagerschmiermittel beispielsweise Schwerölfraktionen mit Bleinaphthenat als Additiv verwendet. Durch Undichtigkeiten in den Lager-Abdichtungen besteht die Möglichkeit, daß das Folienwalzöl — üblicherweise mit Palmkernfett (ein Gemisch aus natürlichen Triglycericlen) als Druckkomponente mit Walzenlagerschmier-
mittel verunreinigt wird. Steigt nun der Walzenlagerschmiermjttel-Gehalt in einem Folienwalzöl über eine gewisse Konzentration, so 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.
Es sind Schmiermittel enthaltend Metallseifen (z. B. DE-OS 19 55 951) oder ein Metallsalz einer Carboxysäure (GB-PS 8 75 732) bekannt, welche weder verdampfbar noch oxidativ leicht abbaubar sind, so daß sie bei Entfettungsglühung als Rückstand auf der Lageroberfläche haften bleiben, was zur Fleckenbildung und Verklebung führt
. Es ist auch ein Schmiermittel für Walzlager bekannt (DE-OS 25 06 735), das nur die Verbesserung des elasto-hydrodynamischen Verhalten* bezweckt nicht aber die obengenannten Anforderungen erfüllen kann.
Der Erfinder hat sich 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 Verunreinigungen des Walzöles mit dem Walzenschmiermittel nicht zu Fleckenbildung nach dem Entfettungsglühen des Walzgutes führen dürfen.
Das erfindungsgemäße Lagerschmiermittei ist dadurch gekennzeichnet, daß 100 Gewichtsteile des Schmiermittels
a) 86.9 bis 97.5 Gewichtsteile Polyisobuten, das ggf. ganz oder teilweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat ersetzt ist,
b) 2.1 bis 11.2 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2- bis Cs-Alkohols mit einer a-Hydroxymonocarbonsäure oder einer Λ-Hydroxydicarbonsäure, und
c) 0.4 bis 1.9 Gewichtsteile mindestens einer einfach oder mehrfach ungesättigten Cn- bis C|g-Carbonsäure enthalten.
Bevorzugt setzen sich 100 Gewichtsteile des Schmiermittels zusammen aus:
91.5 bis 95.3 Gewichtsteilen Polyisobuten
3.7 bis 7.5 Gewichtsteilen mindestens eines ix-Hydroxycarbonsäureesters, und
0,6 bis 1,2 Gewichtsteilen mindestens 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.
Umfangreiche Betriebsversuche 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 Ölnebel- und Tropf-Luft-Schmiersystemen erwiesen.
Völlig überraschend hat sich auch ergeben, daß das bis dahin 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 Polyisobuten 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. handelsübliches Schmieröladditiv auf der Basis Petrol/Polymethacrylat), und werden allgemein als Schmieröladditive zur Stockpunkterniedrigung und zur Erhöhung des Viskositätsindexes verwendet
H Die erfindungsgemäß zur Bildung des hydrodynamischen Schmierfilms verwendeten Polybutene sind ebenfalls käufliche Produkte, handelsübliches Produkt, bestehend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 320 und handelsübliches Produkt bestehend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 920. Die Viskositätslage der erfindungsgemäßen Lagerschmiermittel kann in einem relativ großen Bereich durch einfaches Mischen von Polybutenen mit verschiedener Kettenjänge verändert werden. Beispielsweise kann durch Ändern des Mischungsverhältnisses der Polybutene bei 60° C ein Viskositätsbereich von 10 bis 500OcSt eingestellt werden.
Die direkte Berührung von Walzenzapfen und Walzenlager wird primär durch den hydrodynamischen Schmiereffekt der als Basis der erfindungsgemäßen Schmiermittel dienenden Polybutene verhindert. Bei hohen Belastungen kann dieser hydrodynamische Schmierfilm durchbrochen werden, wobei »Fresser« J5 entstehen, die im Extremfall zu Kaltverschweißen von Zapfen und Lager führen. Dies kann verhindert werden durch die erfindungsgemäß vorgesehene Zugabe von Λ-Hydroxymonocarbonsäureestern, denen die Aufgabe zufällt, beim Durchbrechen des hydrodynamischen Schmierfilms durch tribochemische Reaktionen eine »Reaktionsschicht« aufzubauen. Die für diese Aufgabe vorgesehene Schmiermittel-Additive werden aus diesem Grund auch als »Reaktionsschichtbildner« bezeichnet.
Es hat sich gezeigt, daß als Ester bevorzugte solche zu verwenden sind, deren Alkoholkomponente ein Alkohol aus der Gruppe
Äthanol
Propanol
Butanol
Pentanol
und deren Säurekomponente eine Säure aus der Gruppe Glykolsäure
Milchsäure
Äpfelsäure
Weinsäure
ist. Als besonders vorteilhaft haben sich aus diesen Kombinationsmöglichkeiten
Glykolsäureäthylester
Glykolsäurepropylester
Glykolsäurebutylester
Milchsäureäthylester
Milchsäurepropylester
Milchsäurebutylester
Äpfelsäurebutylester
Weinsäuredibutylester und
3-Hydroxybuttersäureäthylester
erwiesen.
Weiter hat sich gezeigt, daß die als Rostinhibitor wirkende ein- oder mehrfach ungesättigte Cu- bis Cig-Carbonsäure vorteilhaft zur Gruppe Ölsäure
Linolsäure
Linolensäure
gehört.
Zur Erreichung der optimalen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schmiermittel hat es sich als günstig erwiesen, die einzelnen Komponenten, insbe- i<>
Tabelle 1
sondere die als Reaktionsschichtbildner wirkenden Ester, mindestens in der Qualität »rein« (purum) zu verwenden.
Nachfolgend wird die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäßen Lagerschmiermittel anhand von Untersuchungsresultaten näher erläucert.
Die Zusammensetzungen der den im folgenden beschriebenen Tests unterworfenen beispielhaften erfindungsgemäßen Schmiermittel, ihre Dichte und Viskosität sind in Tabelle I aufgeführt.
Schmiermittelbezeichnung
Zusammensetzung
Konzen- Dichte
tration
(Gew.- (g/cm1)
Teile) Kinematische Viskosität (cSt)
200C 500C 60-C
4661 handelsübliches Produkt, beste- 40 0.860 273 50 33 17 hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, beste- 60 hend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
Glykolsäurebutylester 6
Ölsäure 1
6461 handelsübliches Produkt, beste- 60 0.869 1098 138 86 39
hend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, beste- 40 hend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
Glykolsäurebutylester 6
Ölsäure 1
4662 handelsübliches Produkt, beste- 40 0.860 346 62 51 20 hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, beste- 60 hend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
Milchsäurebutylester 6
Ölsäure 1
4663 handelsübliches Produkt, beste- 40 0.860 466 77 49 24 hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, beste- 60 hend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
Äpfelsäurebutylester 6
Ölsäure 1
4664 handelsübliches Produkt, beste- 40 0.864 561 85 53 25 hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
liirisctzinm
Schmier- Zusammensetzung Konz.cn- Dichte Kinematische Viskosität (cSl)
mittel- (ration
bezcich- Kiew.· (g/cnv'i 20°C WC bO°C 8O0C
nung Teile)
handelsübliches Produkt, beste- 60
hend aus einem Pols butengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
Weinsäuredibutylester 6
Ölsäure I
handelsübliches Produkt, beste- 40 0.858 4OS 62 40 20 hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, beste- 60
hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
3-Hydroxybuttersäureäthylester 6
Ölsäure 1
handelsübliches Produkt, beste- 40 ') 709 100 61 27 hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, beste- 60
hend aus einem Polybutengemisch
mit einem mittleren Molekulargewicht von 320
Weinsäurediäthylester 6
Ölsäure 1
V handelsübliches Schmiermittel- 35 0.867 707 231 174 109
additiv auf der Basis Petrol/
Polymethacrylat
Glykolsäurebutylester 5
Ölsäure 1
Petrol 38
') Weinsäurediäthylesler ist in Polvisobutan nur teilweise löslich.
Bei der Herstellung von metallischen Folien werden Als Glühtest 1 wird ein Test bezeichnet, bei dem ein
diese nach dem letzten Walzschritt einer Glühbehand- Tropfen des Schmiermittels zwischen zwei Aluminium-
lung unterworfen, die unter anderem zum Ziel hat auf w folienabschnitten, die Verhältnisse beim Glühen von
der Metalloberfläche verbliebene Walzhilfsmittel-Rück- Coils simulieren soll. Nach der Glühbehandlung bei
stände zu entfernen. Diese G'ühbehandlung wird 4000C im Lüfturnwälzofen wird die Klebkraft zwischen
wahlweise im Luftumwälzofen oder unter Stickstoff als den beiden Folienstücken, die Größe eines auf die
Schutzgas durchgeführt Da die Walzhilfsmittel wäh- Folienoberfläche gegebenen Wassertropfens und visuell
rend des Betriebes durch Undichtigkeiten der Walzenla- 55 die Fleckenbildung bestimmt Für die Beurteilung der
ger mit Lagerschmiermittel verunreinigt werden kön- Fleckenbildung sind folgende Güteklassen vorgesehen: nen, ist das Verhalten dieser Schmiermittel während des
Glühens für die Herstellung insbesondere von Alumini- 4 = starke Fleckenbildung
um-Folien von entscheidender Bedeutung. 3 = Fleckenbildung
Tabelle II gibt Auskunft über die Resultate praxisna- 60 2 = schwache Fleckenbildung
her Glühtests. Zu Vergleichszwecken wurden konven- 1 = erkennbare Verfärbung
tionelle Schmiermittel der folgenden Typen mitunter- 0 = keine Verfärbung sucht:
Zur Durchführung von Glühtest 2 wird ein Tropfen
Handelsprodukt A: Schalenlagerschmiermittel 65 des Schmiermittels auf eine Folie, die eine Vertiefung
Handelsprodukt B : Öl-Nebel-Schmiermittel aufweist aufgetragen, die anschließend einer Glühbe-
Handelsprodukt C: Getriebeschmieröl handlung bei 4000C unterworfen wird. Dieser Versuch
Handelsprodukt D: Getriebeschmieröl wird jeweils an zwei Vergleichsproben durchgeführt
ίο
wobei eine Probe im Luftumwälzofen und die andere Probe unter Stickstoff geglüht wird, die Resultate dieser Versuche sind ebenfalls in Tabelle Il aufgelistet, wobei die Beurteilung der Fleckenbildung gemäß den Kriterien in Glühtest 1 erfolgt.
Tabelle II
Schmiermittel-Bezeichnung • Glühiest 1 Troplcntcst Fleckcn- CHülltest 2 Flccken-
Klcbkrall bildung Flecken- bildung
0 mm hildung in Stickstoff
g/44.4 mm in Luft
Palmkernfett >30
Palmkernleu 10% in Petrol 3.5
Handeisprodukt A 34
Handelsprodukt A 10% in Petrol 0.2
Handelsprodukt B 9.4
Handelsprodukt B 10% in Petrol 2.8
Zylinderöl >30
Zylindern! 10% in Petrol 3.5
Handelsprodukt C 0.1
Handelsprodukt C 10% in Petrol 0.1
Handelsprodukt D <0.1
Handelsprodukt D 10% in Petrol <0.1
handelsübliches Produkt, 0 bestehenri aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 920
handelsübliches Produkt, 0 bestehend aus einem Polybutengemisch mit einem mittleren Molekulargewicht von 920 10% in Petrol
4 0
4 0
4 0
3 0
4 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 Petrol 0.02 15 0 1 0
4662 0.02 12 0 1 0
4662 10% in Petrol 0.02 H 0 1 0
4663 0.02 12 0 3 0-1
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 0.02 11 0 4 0-1
4666 0.02 11 0 2 0
4666 10% in Petrol 0.02 12 0 2 0
556 V 2.6 15 0 4 1
556 V 10% in Petrol 0.09 15 0 4 1
Petrol
Tabelle III zeigt die Resultate des Reibverschleißtestes (RV-Test) nach Baist bei 600C. Als Proben wurden Stahlstifte mit einer Stiftlänge von 1700 μΓΠ und einem Durchmesser von 5 mm eingesetzt. Die belastete Stiftobeirfläche beträgt 12.6 mm2.
Die Kolonne »Beginn-Abrieb« enthält 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.
Tabelle 111 Beginn Reibkraft Ende Widerstand Reibkraft
SchmiermiUel- Abrieb Ik Pl Grenzlast [kp]
Bczeichnung |kp] 40 IM 1 25
140 230
Handels 60 2 30
produkt A 110 150 310 0.5 20
6461 50 80 540 0 30
4661 50 100 290 0 30
4662 100 50 290 0.5 30
4663 50 90 310 0 30
4664 90 70 380 0.5 30
4665 70 50 430 0 20
4666 20 350
556 V

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    10
    J. Synthetisches Lagerschmiermitte!, insbesondere zum Schmieren von hochbeanspruchten Lagern, wie Stützwalzenlagern von Walzgerüsten, dadurch gekennzeichnet, daß 100 Gewichtsteile des Schmiermittels
    a) 86.9 bis 973 Gewichtsteile Polyisobuten, das gegebenenfalls ganz oder teüweise durch in Mineralöl gelöstes Polymethacrylat ersetzt ist,
    b) 2.1 bis 11.
  2. 2 Gewichtsteile mindestens eines Esters eines C2- bis Cs-AIkohols mit einer Λ-Hydroxymonocarbonsäure oder einer oc-Hydroxydicarbonsäure, und
    c) 0.4 bis 1.9 Gewichtsteile mindestens einer einfach oder mehrfach ungesättigten Ci3- bis Ci9-Carbonsäure enthalten.
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