DE2732686A1

DE2732686A1 - Hybridschmiermittel

Info

Publication number: DE2732686A1
Application number: DE19772732686
Authority: DE
Inventors: Franklin G Reick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-20
Publication date: 1978-01-26
Also published as: DE2732686C2; GB1569387A; JPS5320066A; JPS6217000B2; US4127491A; FR2359200B1; CA1075222A; FR2359200A1

Description

Patentanwälte Dipl. Ing. i.':Li'.:?- Ni; ·\ντ> f.Ülller Dr- rer. mit. Yi:on ■ s i.üicudt _ _r

Df. - Ing. Han:: Leyh £- I I

lucile-Grahr.-StioBe 3d D 8 München 80

Franklin G. REICK

228 West Place, Westwood , New Jersey, V.St.A.

Michael EBERT

565 Alda Road, Mamaroneck , New York, V.St.A.

Hybrldschmiermlttel

Dr.Be/fi

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Die Erfindung betrifft allgemein die Schmierung und Schmiermittel und insbesondere ein Hybridschmiermittel, in welchem feste Schmiermittelteilchen in einem flüssigen Schmiermittelträger dispergiert sind, welcher eine kleine aber wirksame Menge eines Halogenkohlenwasserstofföls enthalten kann, welches mit der zu schmierenden Oberfläche reagieren kann.

Selbst die äußerst sorgfältig polierten Metallflächen besitzen winzige Vorsprünge und Eindrücke, welche einen Widerstand erzeugen, wenn die eine Oberfläche bezüglich der anderen bewegt wird. Die Anwendung eines flüssigen Schmiermittels auf diesen Oberflächen vermindert die Reibung dadurch, daß ein Ölfilm zwischen den Flächen ausgebreitet wird, was als hydrodynamische Schmierung bekannt ist. In einem Lager wird z.B. durch Drehung des Drehzapfens öl zwischen diesen und das Lager gezogen, so daß die beiden Metallflächen durch einen sehr dünnen Ölfilm voneinander getrennt sind. Der Reibungsgrad des Lagers hängt von der Viskosität des Öls, der Drehgeschwindigkeit und der Belastung am Zapfen ab.

Sollte der Zapfen seine Drehung nach einer Ruhepause aufnehmen, kann es passieren, daß er nicht genug öl an sich zieht, um die Flächen voneinander schwimmend zu halten. In diesem Fall würde die Reibung erheblich größer sein, da die Reibung von der Viskosität des Schmiermittels unabhängig ist und lediglich mit der Belastung und den öleigenschaften des restlichen Schmiermittels, die darin bestehen, dicht an den Metallflächen zu haften, in Beziehung steht. Dieser Zustand wird als "Grenzflächenschmierung" bezeichnet, da in diesem Fall die beweglichen Teile von einem Film von nur molekularer Stärke getrennt sind. Dies kann zu ernsthaften Beschädigungen aufgrund überhitzter Lagerflächen führen.

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Die beiden wesentlichsten Eigenschaften eines hydrodynamischen Schmiermittels sind dessen Viskosität und der Viskositätsindex, wobei die letzgenannte Zahl die Beziehung zwischen Viskosität und der Temperatur festlegt. Je höher der Index ist, desto geringer ist die Viskositätsänderung mit der Temperatur. Flüssige Schmiermittel wirken nicht nur in Richtung einer Reibungsverminderung, sondern führen auch die Wärme ab, die innerhalb der Maschine entwickelt wird, und wirken als Schutz gegen Korrosion.

Obwohl die Trennung von aneinander reibenden Oberflächen durch flüssige Filme das am meisten erwünschte Ziel einer Schmierung ist, ist es in der Praxis häufig nicht erzielbar. Lager, die für eine volle Flüssigkeitsschmierung ausgelegt sind, erleben tatsächlich beim Anlassen und beim Anhalten eine Berührung in Richtung fest-gegen-fest während des größten Teils der Arbeltsphasen. Feste Oberflächen, die miteinander in reibender Berührung stehen, sind durch Reibungskoeffizienten gekennzeichnet, die zwischen 0,04 (Polytetrafluoräthylen auf Stahl) und 1OO (reine Metalle im Vakuum) schwanken. Im Gegensatz zur Flüssigkeitschmierung ist die feste Schmierung gewöhnlich von Abnutzung der aneinander reibenden Teile begleitet. Die optische Inspektion der Oberflächen nach dem Aneinanderreihen zeigt in jedem Fall eine mikroskopische Beschädigung des Metalls sowohl wenn es nicht geschmiert ist, wie auch im geschmierten Zustand.

Typische feste Schmiermittel sind weiche Metalle, wie Blei, die »chichtförmigen Kristallgitter, wie Graphit und Molybdändisulfid, sowie die kristallinen Polymere, wie Polytetrafluoräthylen. Für ein gutes Schmierverhalten der zu schmierenden Körper ist eine integrale Verbindung der festen Schmiermittel an die Körperflächen wesentlich.

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Unter den schweren Arbeitsbedingungen, die gewöhnlich bei Automobilgetrieben und bei Verbrennungsmotoren angetroffen werden, ist eine hydrodynamische oder Flüssigkeitsschmierung zur Erzielung einer minimalen Reibung und Abnutzung ungeeignet, da eine Trennung der aneinander reibenden Oberflächen durch einen flüssigen Film nicht durch alle Arbeitsphasen möglich ist. Somit ist das ideale Schmiermittel für eine Maschine oder einen anderen Mechanismus mit beweglichen Teilen ein solches, das hydrodynamische Schmiereigenschaften mit Feststoff-Schmiereigenschaften kombiniert. In dieser Weise wird bei einer angemessenen Trennung zwischen den aneinander reibenden Oberflächen ein flüssiger Schutzfilm zwischen diese Teile geschoben und dann, wenn die Oberflächen miteinander körperlichen Kontakt haben, wird die Reibung zwischen den Flächen durch Schichten des ab ten Schmiermittels, das an die Oberflächen gebunden ist, auf ein Minimum gebracht.

In der Theorie können diese Idealzustände am besten annäherungsweise dadurch erreicht werden, indem die aneinander reibenden Maschinenteile mit festen Schmiermittelschichten ausgekleidet werden, die integral mit diesen Schichten verbunden sind, wobei gleichzeitig Gebrauch gemacht werden kann von einem Schmieröl, das nicht nur als Mittel für die hydrodynamische Schmierung sondern auch zur Kühlung der aneinander reibenden Teile dient. Außerdem kann das öl synthetische organische Chemikalien enthalten, um andere Funktionen auszuüben, die einer Abnutzung entgegenwirken und die Korrosion verhüten.

Die praktische Schwierigkeit bei der Erzielung dieser Idealverhältnisse liegt darin, daß die mit festen Schmiermitteln beschichteten Teile, wie eine Polytetrafluoräthylenschicht, sehr aufwendig sind und deshalb erheblich zu den Gesamtkosten der Maschine beitragen. Außerdem haben bei mit Polytetrafluoräthylen beschichtete Teile, die unter sehr verschleißfreudigen Bedingungen arbeiten, die festen Schmierstoffschichten, die an diese

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Teile gebunden sind, eine relativ kurze Lebensdauer, so daß es nicht lange dauert, bis das einzige Schmiermittel, das in der Maschine wirksam bleibt, das flüssige Schmiermittel darstellt.

Um eine Schmiermittelwirkung hervorzubringen, die sowohl auf festen Schmierstoffteilchen, wie auf flüssigen Schmiermitteln beruht, ist in der US-PS 3 933 656 ein modifiziertes ölschmiermittel vorgeschlagen worden, das für eine Verbrennungsmaschine geeignet ist, die mit einem ölfilter versehen ist, sowie auch für viele andere Anwendungen geeignet erscheint, bei denen eine wirksame Schmierung über alle Arbeitsphasen erforderlich ist. Dieses modifizierte Schmiermittel wird durch größere Mengen eines üblichen Schmieröls dargestellt, das mit kleineren Mengen einer wässrigen Dispersion von Polytetrafluoräthylenteilchen im Bereich unter 1 .um in Kombination mit einem Neutralisiermittel, das die Dispersion stabilisiert und die Agglomerierung und Koagulation der Teilchen verhütet, vermischt ist. Somit ist das modifizierte Schmiermittel in der Lage, durch das ölfilter zu passieren, ohne daß die festen Teilchen vom öl abgetrennt werden, in welchem sie dispergiert sind.

Wie in der genannten eigenen US-PS ausgeführt wurde, läuft eine Verbrennungsmaschine, bei der dieses modifizierte Schmiermittel verwendet wird, fortschreitend glatter, wenn die inneren Flächen eine Beschichtung von Tetrafluoräthylen annehmen . Somit wird eine feste Schmiennitte!beschichtung aus Polytetrafluoräthylen auf die aneinander reibenden Teile durch das zirkulierende flüssige Schmiermittel aufgebracht. Dieses modifizierte Schmiermittel hat viele bedeutsame Vorteile. Wie bereits in der genannten US-PS angeführt, vermindert es den Verschleiß und verlängert daher die Lebensdauer der Maschine, sie ermöglicht eine scharfe Verminderung der Emission von die Luft verunreinigenden Stoffen und bewirkt ebenfalls eine erhebliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauchs, wobei der letztgenannte Faktor bei der weltweiten Brennstoff-Mangellage von überragender Bedeutung ist.

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Bel den modifizierten Schmiermittel der genannten US-PS wird eine stabilisierte wässrige Dispersion von festen Schmiermittelteilchen (Polytetrafluoräthylen) mit dem Schmieröl In der Maschine selbst vermischt. Wegen des vorhandenen Wassers neigt die wässrige Dispersion bei cfer Einführung in das öl dazu, in ziemlich große Kügelchen aufzubrechen, anstatt gleichmäßig dispergiert oder im öl homogenisiert zu werden. Somit ist das modifizierte Schmiermittel zwar zur Verminderung der Reibung wirksam, aber nicht so wirksam, wie es sein würde, wenn eine gleichmäßigere Dispersion vorläge.

Auflerdem bleiben die Beschichtungen aus Polytetrafluoräthylen, die sich an der Oberfläche der inneren reibenden Metallteile bilden, nicht immer sicher in allen Flächen daran gebunden. Während die festen Schmiermittelbeschichtungen auf einigen Flächengebieten häufig im Laufe des Arbeitens der Maschine erneuert werden, sprJd^kndererseits dieser Faktor auch gegen die volle und wirksame Nutzbarmachung der modifizierten Schmiermittel der genannten US-PS.

Hinsichtlich der vorstehenden Ausführungen ist das Hauptziel der Erfindung die Schaffung eines Hybridschmiermittels, wobei eine stabilisierte kolloidale Dispersion von festen Schmiermittelteilchen (Polytetrafluoräthylen) gleichmäßig in einem flüssigen Schmiermittel als Träger dispergiert ist unter Bildung eines Hybridschmiermittels, das bei der Verdünnung mit einer größeren Menge eines üblichen flüssigen Schmiermittels

(öl oder Fett) in der Umgebung von aneinander reibenden Oberflächen derart wirkt, daß eine Schicht von festem Schmiermittel auf diesen Oberflächen ausgebildet wird.

Ein ins Auge springendes Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß aneinanderreibende Oberflächen, auf welche das Hybridschmiermittel aufgebracht wird, fortwährend sowohl eine

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Feststoffschmierung, wie eine Flüssigkeitsschmierung genießen, wodurch unter allen Arbeitsbedingungen die Reibung auf einem Minimum gehalten wird, ohne Rücksicht auf den Schweregrad der Arbeitsbedingungen.

Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung die Schaffung eines Hybridschmiermittels des genannten Typs, welches eine kleine aber wirksame Menge eines HalogenkohlenwasserstoffÖls umfaßt, was zur Imprägnierung der mikroskopischen Hohlräume und rauhen Stellen an einer typischen Reibungsfläche wirkt (selbst an einer solchen, die hochpoliert ist), mit Polytetrafluoräthylenteilchen einer Größe unter 1 /tun , wodurch eine integral mit dieser Fläche verbundene feste Schmierstoffschicht geschaffen wird, die außerordentlich glatt und überaus schlüpfrig ist.

Kurz dargestellt werden diese Ziele bei einem Hybridschmiermittel erreicht, bei welchem eine wässrige Dispersion von kolloidalen Teilchen (Polytetrafluoräthylen) mit einem die Ladung stabilisierenden Mittel behandelt wird und dann mit einem flüssigen Schmiermittel als Träger unter Bildung einer Emulsion vermischt wird.

Um die Groß« der Kugelchen in der Emulsion zu vermindern, wird ein dispergierend wirkendes Polymerisat zugesetzt, wodurch eine homogenisierte Emulsion geschaffen wird, zu welcher ein Adsorbtionsmittel und oberflächenaktives Mittel zugefügt wird, das eine Affinität für die aneinander reibenden Flächen hat, auf welche das Schmiermittel angewendet werden soll, wodurch diese Flächen einer Imprägnierung durch die Polytetrafluoräthylenteilchen zugänglich werden und die Verschmelzung der Teilchen an dieser Oberfläche ermöglicht wird, um eine feste Schmiermittelschicht zu schaffen.

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Ebenfalls umfaßt das Hybrldschmlermlttel gemäß der Erfindung eine kleine aber wirksame Menge eines Halogenkohlenwasserstoff Öls, das in der Richtung wirkt, daß die MetalIflachen, die geschmiert werden, fluoriert werden, um diese Flächen einer Imprägnierung durch Polytetrafluoräthylenteilchen besser zugänglich zu machen. Das Hybridschmiermittel kann weiterhin ein neutrales synthetisches Bariumsulfonat enthalten, das dazu dient, die Langzeitstabilität der Polytetrafluoräthylen-Dispersion zu verbessern und dadurch das Absitzen der Teilchen zu inhibieren.

Die Verwendung eines Hybridschmiermittels als Additiv für übliches Kurbelgehäuseöl in einem Dieselmotor oder einer Verbrennungsmaschine ergibt eine wesentlich verbesserte Wirkung, eine erhöhte Kilometerleistung für eine vorgegebene Brennstoffmenge, schnellere Kaltstarts und Abwesenheit von Verzögerungen. Der Zusatz vermindert die Reibung und den Abrieb, koaguliert jedoch niemals und verstopft auch nicht die ölfilter. Da das Hybridschmiermittel es ermöglicht, bei niederen Leerlaufgeschwindigkeiten und mit sehr mageren Luft/Brennstoffgemischen zu arbeiten, wird die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid aus dem Auspuff stark vermindert und dadurch das Abladen von die Luft verunreinigenden Stoffen in die Atmosphäre auf einem Minimum gehalten.

Ein Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung umfaßt ein festes Schmiermittel in Form von mikrofeinen Teilchen von Polytetrafluoräthylen (PTFE). Da diese Teilchen leicht duch ein ölfilter gehen und zwischen dicht gearbeiteten Metallflächen, wie solchen, die bei hydraulischen Ventil-Hebern vorkommen, durchgehen müssen, ist es wesentlich, daß die Teilchen in einer Größe unterhalb 1 ,um vorliegen. Daher sind als Ausgangsmaterial für das Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung Dispersionen von Polytetrafluoräthylen geeignet, wie sie unter der Bezeichnung

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"Teflon" Dispersionen TFE-42 und T-30 der Firma DuPont im Handel sind, deren Teilchengrößen im Bereich von 0,05 bis 0,5 ,um liegen. Ebenfalls geeignet ist eine kolloidale Dispersion der Firma Imperial Chemical Industries, Ltd., die unter der Bezeichnung "Fluon" ADO 58 TFE im Handel ist.

Techniken zur Herstellung von Tetrafluoräthylenpolymerisaten und deren Dispersionen sind in der US-PS 2 23O 654 und 534 058 sowie 2 478 229 beschrieben. Diese kolloidalen wässrigen Dispersionen von Polytetrafluoräthylen sLnd alle sehr instabil. Die Firma DuPont, der Hersteller von Dispersionen unter der Bezeichnung "Teflon" stellt hierzu folgendes fest:

"Die Teflon 42-Dispersion sitzt bei längerem Stehen oder Erwärmen oberhalb 65,6°C (150°F) ab. Sie kann durch sanftes Rühren erneut dispergiert werden. Grundmaterial , das über einen unbestimmten Zeitraum gelagert wird, sollte wenigstens alle zwei Wochen durch Umkippen oder Rollen des Behälters erneut dispergiert werden. Es sollte ein Rühren mit hoher Geschwindigkeit oder eine heftige Rührbewegung urmieden werden, da hierdurch eine irreversible Koagulation erfolgt. Die Dispersion sollte vor der Atmosphäre geschützt werden, um ein Koagulieren durch Trocknen zu verhindern. Sie sollte gegen Gefrieren zu jeder Zeit geschützt sein, um eine irreversible Koagulation zu verhindern."

"Die Dispersion T-30 und ähnliche wässrige Dispersionen sind hydrophobe Kolloide, die negativ geladene Teilchen aufweisen. In einer Dispersion, bei welcher 60% in Form von Feststoffen vorliegt, liegen etwa 0,9 g Teflon je cm der Lösung vor."

Es ist wesentlich, daß der Grund für diese den Dispersionen

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innewohnende Instabilität verständlich gemacht wird. Obwohl die kolloidalen Teilchen im allgemeinen eine negative Ladung in einer wässrigen Dispersion tragen, sind die Ladungen nicht gleichmäßig verteilt. Die negative Ladung variiert über die Partikelfläche und die Teilchen verhalten sich daher im wesentlichen als mikroskopische Elektrete mit sowohl quasi-positiven, wie negativen Ladungen. Demzufolge ziehen sich die bipolaren Teilchen gegenseitig an und es tritt eine Agglomerierung auf. Eine hohe Scherkrafteinwirkung, Wärme, die Brown'sehe Molekularbewegung, adsorbierte Gase und die Teilchendichte werfen jeweils Schwierigkeiten bei instabilen Polytetrafluoräthylen-Dispersionen auf.

Es wurde in einem Dunkelfeldmikroskop beobachtet, daß die Teilchen in einer instabilen Polytetrafluoräthylen-Dispersion zu Klustern oder kugelförmigen Klumpen zusammenwachsen, die sich als große Gesamtteilchen verhalten. Dieses Wachstum oder diese Agglomerierung schreitet fort, bis die Oberflächenladung gleichmäßig wird. In einigen Fällen vereinigen sich die Teilchen in linearen Ketten unter Bildung von langen faserartigen Zusammenballungen.

Unter dem Mikroskop erscheint die instabile Dispersion im jungfräulichen Zustand (d.h. frisch aus dem Reaktor) als nebelartige Dispersion dispergierter Teilchen. Unter Rühren oder Schütteln schreiten die Teilchen fort, sich zu agglomerieren. Unter hoher Scherkraft und Stoßkräften konsolidieren sich die Agglomerate in eine zähe, gummiartige Masse, die als öladditiv ungeeignet ist, da sie leicht aus dem zirkulierenden ölsystem herausgefiltert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei der Herstellung des Hybridschmiermittels gemäß der Erfindung die folgenden Schritte durchgeführt:

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Schritt Nr. 1

Die wässrige Dispersion von kolloidalen Teilchen aus Polytetrafluoräthylen muß zunächst stabil gemacht werden, um die Agglomerierung der Teilchen zu verhindern. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein Fluoratome enthaltendes oberflächenaktives Mittel verwendet, das in Richtung einer Neutralisation oder Stabilisierung der Oberflächenladung der Teilchen wirkt, um diese gleichmäßiger zu machen und hierdurch Elektret-Wirkungen zu verhüten, die eine Agglomerierung verursachen.

Die besten Resultate werden erhalten, wenn die Dispersion aus Polytetrafluoräthylen, die behandelt werden soll, aus dem Druckreaktor entnommen wird, unmittelbar nach der Polymerisation. Die Teilchen aus Polytetrafluoräthylen sind äußerst hydrophob und durch Luft werden die Teilchen besser als Wasser benetzt. Aus diesem Grunde werden die Lösungen gewöhnlich mit einer Mineralölschicht verladen, um Gase abzuhalten und die Agglomerierung zu verzögern. Während das Hybridschmiermittel hergestellt wird, kann man handelsübliche Polytetrafluoräthylen-Dispersionen verwenden, die verladen und gelagert worden sind, sofern diese Dispersionen weitgehend frei von Agglomeraten sind. Es ist jedoch besser, mit Dispersionen zu beginnen, die unmittelbar aus dem Reaktor kommen, um die Agglomerierungsgefahr zu umgehen.

Fluoratome enthaltende oberflächenaktive Mittel sind erhältlich, die anionisch, kationisch oder nicht-ionisch sind. Unter diesen fluor-oberflächenaktiven Mitteln befinden sich Produkte wie Zonyl (DuPont), Fluorad (3M) und Monoflor (ICI). Zonyl ist ein modifiziertes nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel vom Typ des modifizierten Polyäthylenglykols. Für die Anwendung als Motorschmiermittel wurden gute Ergebnisse mit einem anionischen Fluoratome enthaltenden oberflächenaktiven Mittel erzielt, das von der Firma ICI unter der Bezeichnung MF 32 im

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Handel erhältlich ist. MF 32 oder Monflor 32 der Firma ICI ist von besonderem Interesse, da es sich um eine anionische Fluoratome enthaltende Chemikalie handelt, deren Zusammensetzung 30 Gewichtsprozent aktive Feststoffe in Diäthylenglykolmonobutylather ist.

Es wurde gefunden, daß die Ladungsneutralisation und Stabilisierung der Dispersion aus Polytetrafluoräthylen auch mittels positiv geladener Kolloide von Aluminiumoxid (ALON der Firma G.L. Cabot) durchgeführt werden kann. Ebenfalls wurde Ammoniumsulfid als wirksam bei der Bildung einer stabilen Dispersion aufgefunden. Diese positiv geladenen Teilchen werden an das negative kolloidale Polytetrafluoräthylen adsorbiert. Da Alluminiumoxid in Form eines kolloidalen Pulvers vorliegt, führt es keine wesentlichen Schleifeigenschaften dem Schmiermittel zu. Dieses, die Ladung neutralisierende Mittel wird als brauchbar für bestimmte spezielle Hochtemperaturanwendungen gehalten.

Schritt Nr. 2

Die stabilisierte wässrige Dispersion von Polytetrafluoräthylen, die in Schritt Nr. 1 hergestellt wurde, wird dann mit einem flüssigen Schmiermittelträger vermischt, vorzugsweise einem solchen, der derselbe ist oder voll verträglich ist mit dem Schmieröl in der Maschine oder dem Motor, zu welchem das Hybridschmiermittel zugesetzt werden soll. Durch Vermischen der stabilisierten wässrigen Polytetrafluoräthylen-Dispersion mit dem Träger wird eine Emulsion gebildet.

Zu diesem Zweck kann Gebrauch gemacht werden von z.B. Quaker State 10W-40 SAE Schmieröl, Shell X-1OO- oder Uniflo-Öl. Somit kann dann, wenn z.B. Quaker State-Öl gewöhnlich im Kurbelgehäuse des Motors verwendet wird, das gleiche Ul als Träger für die Dispersion verwendet werden.

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Schritt Nr. 3

In der Emulsion, die in Schritt Nr. 2 gebildet worden war, wird die wässrige Dispersion durch den ölträger in Form relativ großer KUgelchen verteilt. Es ist zweckmäßig, daß diese Emulsion homogenisiert wird. Hierzu wird sie einer Turbulenzbehandlung unterworfen, um die KUgelchen aufzubrechen und ihre Größe zu verringern und eine feine gleichmäßige Dispersion von kolloidalem Polytetrafluoräthylen im flüssigen Schmiermittelträger zu schaffen.

Um ein solches Homogenisieren zu fördern, wird ein polymeres Dispergiermittel, wie ACRYLOID 956 der Firma Röhm und Haas, verwendet. Dieses Dipergiermittel, das allgemein als Mittel zur Verbesserung des Viskositätsindexes oder als Dispergiermittel für Schlämme verwendet wird, ist ein Polyalkylmethacrylat-Kopolymerisat in einem von Lösungsmitteln befreiten neutralen Trägeröl. Zu diesem Zweck brauchbar ist auch ein polymeres Dispergiermittel GANEX V516 der Firma GAF.

Wenn das Hybridschmiermittel als Zusatz zu Fett verwendet werden soll (z.B. für Radlager, Karrosseriechmierstellen usw.), anstelle in Motorschnieröl, wird das Trägeröl mit Geliermitteln behandelt, wie den fettbildenden Stearaten von Zink, Barium, Aluminium und Kalzium. Hierbei handelt es sich um Metallsalze von höheren organischen Monocarbonsäuren. Geeignete Stearate zu diesem Zweck sind solche der Witco Chemical Corporation, Organics Division, New York.

Um eine sehr feine Teilchendispersion in der Emulsion zu erhalten, wird dieser Schritt vorzugsweise in zwei aufeinanderfolgenden Stufen durchgeführt. In der ersten Stufe wird ein Teil des Dispergiermittels in das hochviskose Acryloid mittels Scherkräften eingearbeitet, wonach die Restmenge zugesetzt wird.

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Schritt Nr. 4

Als Ergebnis bei der Durchführung der Schritte 1 bis 3 wird nun eine homogenisierte Emulsion erhalten, in welcher stabilisierte Teilchen aus Polytetrafluoräthylen gleichmäßig in einem flüssigen Schmiermittelträger dispergiert vorliegen. In der Schlußstufe wird zu dieser Emulsion ein oberflächenaktives Adsorbtionsmittel zugefügt, das dazu führt, daß die aneinander reibenden Oberflächen, die geschmiert werden sollen, einer Imprägnierung durch die kolloidalen Teilchen des festen Schmiermittels zugänglich werden, wobei die imprägnierten Teilchen an diese Oberflächen anschmelzen und darauf überaus glatte und stark schlüpfrige Schichten schaffen.

Wenn die zu schmierenden Oberflächen aus Metall sind, ist das oberflächenaktive Mittel ein solches, das für Metall angemessen ist. Ein bevorzugtes oberflächenaktives Mittel zu diesem Zweck ist Surfy-nol 104 der Firma Airco Chemicals and Plastics. Es handelt sich um ein weißes, wachsartiges, festes tertiäres acetylenisches Glykol, das eine Affinität zu Metall hat und als Netzmittel wirkt. Es verbessert die Adhäsion auf Metall wegen der hervorragenden Netzkraft.

Wegen der Wirkung dieses nicht-ionischen Adsorbtionsmittels mit oberflächenaktiven Eigenschaften auf Metallflächen werden die kolloidalen Teilchen von Polytetrafluoräthylen in dem Hybridschmiermittel, das während des Arbeitens in Kontakt mit diesen Oberflächen gebracht wird, in die körnigen Zwischenräume oder Hohlräume im Metall einimprägniert und daran verschmolzen.

Bei aneinander reibenden Oberflächen, etwa von Stahl gegen anodisch oxidiertes Aluminium ,

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arbeiten saure Phosphatester gut, wie GAFAC, nämlich freie Säuren von komplexen Phosphatestern der Firma GAF. Diese können mit Aminosilanen oder Propargylalkohol neutralisiert werden, wobei Schmiermittel mit ungewöhnlich niedriger Oberflächenreibung gebildet werden.

Geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen unter leichter Belastung ist Pegosperse, ein Polyäthylenglykol, oder 2OO ML, ein Monolaurat, die beide von der Firma Glycol Chem, Inc., hergestellt werden. Weiterhin geeignet ist IGEPAL CO52O der Firma GAF (Gsieral Aniline * Film Corp.), ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel (Dodecylphenoxy-polyoxyäthylen), das den Vorteil hat leicht durch Wasser entfernt zu werden. Dies ist dann nützlich, wenn die zu schmierende Oberfläche, wie eine solche einer Dose, die in einer Dosenherstellungsmaschine geformt wird, später gereinigt werden muß.

Die Wahl dieses oberflächenaktiven Mittels ist somit von der Art der zu schmierenden Oberfläche diktiert. Das ausgewählte oberflächenaktive Mittel muß eine Affinität zu dieser Oberfläche besitzen und in Richtung einer Benetzung dieser Oberfläche wirken, um die Teilchen aus Polytetrafluoräthylen anzuziehen.

Im folgenden wird eine bevorzugte Formulierung gemäß der Erfindung wiedergegeben:

A. Ausgangsmaterial ist 20 g einer wässrigen Dispersion von kolloidalem Polytetrafluoräthylen (17% Gewichtsprozent Feststoff) unmittelbar aus der Polymerisationsreaktion.

B. Hierzu wird ein Fluorkohlenwasserstoff als oberflächenaktives Mittel (Zonyl) zugefügt (20 Tropfen) zu der Polytetrafluoräthylen-Dispersion und die Dispersion wird

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sanft vermischt, damit eine Adsorption stattfindet und eine stabilisierte Dispersion von Polytetrafluorethylen erhalten wird.

C. Die stabilisierte Dispersion wird dann mit 100 g eines ölträgers, wie Quaker State 10W-40 SAE unter hoher Scherkraft zu einer Emulsion verarbeitet.

D. Die Emulsion wird dann mit einem Polymerisat als Dispergiermittel (100 g Acryloid 956) unter Anwendung hoher Scherkraft homogenisiert.

E. Diese Homogenisierung wird mit weiteren 100 g Acryloid fortgesetzt.

F. Die homogenisierte Emulsion wird dann unter Anwendung geringer Scherkraft mit 30 g Surfy-nol 440 behandelt, ein oberflächenaktives Adsorbtionsmittel für Metallflächen. Surfy-nol ist das Warenzeichen der Firma Airco Chemical and Places für eine Gruppe von organischen oberflächenaktiven Mitteln, die acetylenische Alkohole oder Glykole oder ihre äthoxilierten Derivate darstellen, wachsartige oder pulversisierte Feststoffe oder Flüssigkeiten sind, die nicht schäumen und nicht-ionisch sind.

Anwendungen;

Ein Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung kann in dm Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine eines Automobils angewendet werden, wobei das Hybridschmiermittel mit demjenigen Ul verdünnt wird, das im Kurbelgehäuse vorliegt. Verdünnungsversuche haben gezeigt, daß relativ kleine Mengen des Hybridschmiermittels einen profunden Effekt auf die Schmiereigenschaften von Standard-Schmierölen ausüben.

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Wirksame Ergebnisse wurden mit einem Verdünnungsverhältnis eines Hybridschmiermittels des Typs, der in der typischen Formulierung angegeben ist, mit Quaker State 10W-40 SAE Schmieröl im Bereich von etwa 1:10 bis 1:40 erreicht.

Wenn das Hybridschmiermittel zum Kurbelgehäuseöl zugefügt wird, wird eine erhebliche Verbesserung bei den Arbeitseigenschaften des Fahrzeugs festgestellt. Diese Verbesserung wird noch dramatischer im Laufe der Zeit, wenn stark haftende Schichten von Polytetrafluoräthylen oder Hautbildungen aus diesem Stoff sich an den aneinander reibenden Oberflächen der inneren Arbeitsteile der Maschine bilden. Diese Haut heilt sich selbst und wird selbst bei einer Verletzung im Laufe des weiteren Arbeitens regeneriert.

Wenn gleichzeitig sowohl feste wie flüssige Schmierstoffe angewendet werden, wird die Reibung drastisch vermindert und es wird möglich, das Luft-Brennstoff-Gemisch im Vergaser der Maschine zu einem derartigen Ausmaß abzumagern, wie es bisher nicht möglich erschien und die Geschwindigkeit des Motors im Leerlauf auf einen Wert weit unterhalb der normalen Arbeitsgeschwindigkeit zu senken, wodurch eine ausgeprägte Verminderung der Emission von Luftverunreinigungen und eine verbesserte Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauchs erreicht werden. Weil der Abrieb auf ein Minimum gedrückt wird, ist die Lebensdauer der Maschine verlängert.

Das Hybridschmiermittel ist ebenfalls brauchbar bei der Metallverarbeitung und Metallformgebung verschiedener Arbeitsrichtungen sowie bei allen Gelegenheiten, wobei aneinander reibende Oberflächen eine Rolle spielen und es vorteilhaft ist, eine feste und flüssige Schmiermittelwirkung zu kombinieren.

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In Vergleichsversuchen für den Abrieb (Stahl gegen Aluminium), die mit einem üblichen Maschinenöl als Vergleichsöl durchgeführt wurden (QS 1OW-40), wobei das Vergleichsöl an der Arbeitsfläche eines sich drehenden Schleifrads aus Stahl verwendet wurde, das gegen ein flaches Stück anodisch oxidiertes Aluminium gehalten wurde, ergab sich ein schneller Temperaturanstieg auf über 1OO°C , wobei Freßerscheinungen und ein Versagen in etwa 15 Minuten auftraten. Andererseits wurde die Festigkeit gegen das Fressen mit dem Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung unter den gleichen Versuchsbedingungen mehr als 4 Stunden aufrechterhalten, wobei der Temperaturanstieg in diesem Zeitraum nicht viel höher als 60°C betrug. Eine Fotografie des Aluminiumstucks vor Durchführung des Versuchs mit einem Hybridschmiermittel, aufgenommen mit einem Elektronenmikroskop, zeigte eine anscheinend rauhe körnige Oberfläche, während nach dem Schleiftest die gleiche Oberfläche in 10 000-fächer Vergrößerung glatt war und die Fläche radüal von einer Schicht aus Polytetrafluorethylen umgeformt war, wobei diese Schicht die öffnungen der Oberfläche ausfüllte.

In der Praxis kann für bestimmte besonders stark beanspruchte Anwendungen, wie bei Dieselmotoren oder Militärfahrzeugen, zu diesem Zweck ein Gemisch des Hybridschmiermittels gemäß der Erfindung mit einem festen Schmiermittel, wie Graphit angewendet werden.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt eines Hybridschmiermittels gemäß der Erfindung besteht darin, daß beim Zusatz zum üblichen Schmieröl einer Verbrennungskraftmaschine Anlaß gegeben wird, daß gleichmäßige und wiederholbare ölverbrauchswerte erhalten werden, wie sie vorher nicht erzielbar waren. So wurde in einem Artikel der Society of Automotive Engineers, "Effects of Oil Composition on Oil Consumption—Orrin et al. (Automotive Engineering Congress, Detroit, Mich., 11.-15. Januar

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1971) festgestellt, daß die "meisten Forscher darin übereinstimmen, daß eines der Hauptprobleme des Ölverbrauchs dasjenige ist, daß die Maschinen nicht in gleicher Menge Ul verbrauchen, wenn sie abgestellt und erneut angelassen werden."

Während dieser Artikel feststellt, daß "die Gründe für dieses Phttnomen unbekannt sind, trotz 40 Jahren Forschung" wird in dem gleichen Artikel auf eine Tatsache hingewiesen, die offenbar wenigstens teilweise auf diese fehlende Wiederholbarkeit hinweist. Der Artikel stellt nämlich fest, daß "bei ölen niedriger Viskosität bei bestimmten Motorbedingungen eine Grenzflächenschmierung angenähert erreicht wird".

Wie vorher ausgeführt, befinden sich die aneinander reibenden Oberflächen unter den Bedingungen der Grenzflächenschmierung in wirksamen Kontakt miteinander und in der Umgebung eines Motors können die Teile sich festfressen und aneinander haften, wodurch das erneute Starten schwierig wird, was dazu führt, daß typische Verbrauchseigenschaften für Maschinenöl ungleichmäßig sind. Tatsächlich ist es gemäß der Literaturstelle "Analysis * Lubrication of Bearings" von Shaw (McGraw Hill, 1949) äußerst erwünscht, daß metallischer Kontakt vermieden wird, weil dieser unweigerlich zu zerrissenen und abgeschliffenen Lagerflächen führt. Infolge der Erfindung, durch die die Teile in der Maschine mit einem festen Schmiermittel einen Schutzüberzug erhalten, wird dieser Nachteil vermieden und die Maschine arbeitet jederzeit glatt.

In der Literaturstelle "Design of Film Bearings" von Trumpler (McMillan, 1966) wird in dem Abschnitt auf Seite 210 über "Grenzflächenschmierung" herausgestellt, daß während einer Kontaktzeit von einigen zehntausendstel Sekunden örtliche Temperaturen in der Größenordnung von 982°c (1800°F) an der Berührungsstelle der Gleitflächen eines Lagers erreicht wurden,

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obwohl die Gesamtmenge des Metalls relativ kühl blieb.

Bei der Verwendung eines Hybridschmiermittels mit dem Zusatz von Graphit als festem Schmiermittel, gemäß der Erfindung, können solche hohen Temperaturen und Druckbedingungen eine Wechselwirkung zwischen Graphit und dem Polytetrafluoräthylen-Material hervorrufen, wodurch eine Graphitfluoridschicht auf den Gleitflächen hervorgebracht wird. Wie sich aus dem Artikel der Society of Automotive Engineers, "A Revie^of Solid Lubrication Technology", M.E. Campbell (National Farm Machinery Meeting, Milwaukee, Wisconsin, 13. bis 16. April 1971) ergibt, zeigt Graphitfluorid Reibungskoeffizienten, die gleich oder überlegen sind wie diejenigen von Molybdändisulfid und Graphit.

Es wurde bereits seit langem erkannt, daß je niedriger die Viskosität eines Schmieröls in einem Automobilmotor ist, desto besser die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauchs ist. Bei einem Motor vorgegebener Leistung gilt, daß je größer die Viskosität des Öls ist, desto größer derjenige Leistungsteil ist, der zur Überwindung der Adhäsionskräfte des Öls oder der Reibung der Flüssigkeit gebraucht wird. In dem Artikel von Zamboni, "Additive Engine Oils", Petroleum Education Institute, Los Angeles, 1945, wird festgestellt, daß bei einem vorgegebenen Automobil, welches ein öl SAE niederer Viskosität braucht, die Menge des Brennstoffverbrauchs 17,75 Meilen je Gallone beträgt, während beim gleichen Automobil, bei welchem öl SAE 60 verwendet wird (hochviskose) der Brennstoffverbrauch 14,1O Meilen je Gallone beträgt.

Andererseits werden häufig bei der Verwendung üblicher, niederviskoser öle Grenzflächen-Schmierbedingungen angetroffen, die zerstörerische Wirkungen auf den Motor ausüben. Aus diesem Grunde werden Schmieröle, die sich auf dem

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Markt befinden, auf einen Wert SAE 30 bis 40 bei normaler Arbeitstemperatur eingestellt, wodurch die Wirtschaftlichkeit bezüglich des Brennstoffverbrauchs verringert wird.

Mit einem Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung wird es jedoch möglich, von einem öl mit sehr niedriger Viskosität zu vollem Vorteil Gebrauch zu machen, ohne daß man Gefahr läuft, daß gegenteilige Grenzflächen-Schmierwirkungen auftreten, da die feste Schmiermittelschicht aus Polytetrafluoräthylen, die an den Gleitflächen gebildet wird, diese Wirkungen überwindet. Vorzugsweise sollte das Ul sehr niedriger Viskosität, das in Verbindung mit dem Hybridschmiermittel verwendet wird, ein synthetisches öl vom Typ Esterlube sein.

Es ist bekannt, daß oberflächenaktive Mittel auf der Basis von Fluorkohlenstoff-Verbindungen dann, wenn sie auf der Oberfläche eines Benzinvorrats an der Grenzfläche des Benzins und zur Luft vorliegen, Anlaß zu einer Hautbildung mit einer Oberflächenspannung geben, wodurch die Verflüchtigung des Benzins auf ein Minimum reduziert wird und Verdampfungsverluste niedrig gehalten werden. Bei dem Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung, bei welchem eine oberflächenaktive Fluorkohlenstoff-Verbindung verwendet wird als ladungsneutralisierendes Mittel für dieDispersion aus Polytetrafluoräthylen, werden Überschüsse dieses gleichen oberflächenaktiven Mittels eine molekulare Haut mit einer Oberflächenspannung an der Oberfläche des Schmieröls bilden, zu welchem das Hybridschmiermittel zugefügt wird, wodurch die Verluste durch Verdampfen vermindert werden.

Hybrldschmiennlttel mit Halogenkohlenwasserstofföl;

Bei einer verbesserten Formulierung, die im folgenden beschrieben wird, wird zusätzlich zu einer stabilisierten

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Dispersion von Polytetrafluoräthylen und anderen wesentlichen Bestandteilen des Hybridschmiermittels gemäe der Erfindung eine Zubereitung geschaffen, die außerdem eine kleinere wirksame Menge eines HalogenkohlenwasserstoffÖls enthält, vorzugsweise ein öl wie das Ul 10-24 der Firma Halocarbon Products Corporation, Hackensack, New Jersey, V.St.A.

Halogenkohlenwasserstofföle sind gesättigte, wasserstofffreie Chlorfluorkohlenstoff-Verbindungen, die chemisch inert sind, eine große thermische Stabilität aufweisen und gute Schmiereigenschaften besitzen, sowie eine hohe Dichte haben und Eigenschaften von nicht-polaren Verbindungen aufweisen. Sie werden hergestellt durch kontrollierte Polymerisationsverfahren und danach derart stabilisiert, daß die Endgruppen vollständig halogeniert und inert sind.

Während die Halogenkohlenstofföle hervorragende Schmiermittel sind und unmittelbar anstelle von UblJdien Schmiermitteln bei einigen Anwendungszwecken angewendet werden können, hat sich ihre Anwendung in Automobilmotoren und anderen Maschinen mit ähnlichen Metallen verboten.

Der Grund hierfür war, daß typische Verbrennungsmotoren Aluminiumkolben aufweisen und in einigen Fällen auch der Maschinenblock aus gegossenem Aluminium besteht. Die Verwendung von Halogenkohlenstoff-Schmiermitteln in Berührung mit Aluminium kann eine Zerstörungsreaktion einleiten. Tatsächlich ist in einem Buch "Halocarbon Chlorofluorocarbon Lubricants" der Halocarbon Products Corporation, 1970, angegeben, daß "die extrem hohen lokalisierten Temperaturen eines minimalen Ausfressens von Aluminium dafür bekannt sind, daß sie eine chemische Reaktion zwischen Chlorfluorkohlenstoffölen und Aluminium verursachen, deren Ergebnis eine Detonation ist. "

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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dient jedoch ein Halogenkohlenstofföl in dem Hybridschmiermittel, das dispergierte Teilchen aus Polytetrafluoräthylen enthält, zur Hervorbringung einer vorteilhaften Reaktion, denn diese Reaktion wirkt dann, wenn die relative Menge des Halogenkohlenstof fÖls sehr klein ist, zur Fluorierung der Metallfläche, die geschmiert werden soll. Im Falle von Aluminiumflächen ergibt dies eine Schicht aus einem komplexen Aluminiumfluoride welche dazu führt, daß die Metallfläche für die Teilchen aus Polytetrafluoräthylen stark aufnahmefähig wird, welche danach eine feste Schmiermittelfläche schaffen, die stark am Metall haftet und in Richtung einer minimalen Reibung wirkt.

Außerdem bildet sich dann, wenn das Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung Graphitteilchen sowie Halogenkohlenstof föl enthält, eine Graphitfluoridschicht auf den Metallflächen mit extrem geringer Reibung.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Hybridschmiermittels, das eine kleine, aber wirksame Menge Halogenkohlenstoff öl aufweist, ist das folgende:

Stufe Jit Die folgenden Substanzen werden gründlich miteinander vermischt: 1200 g Halogenkohlenstofföl (Ol 10-25 der Firma Halocarbon Products Corporation . Dfeees öl hat eine begrenzte Löslichkeit in Mineralölen)- sowie 1500 g Monoflor (nicht-ionisches oberflächenaktives Fluoratftme enthaltendes Mittel der Firma ICI, das öllöslich ist.)

StufeB: Das Gemisch von Stufe A wird gründlich mit 3,79 1 Quaker State Schmieröl (10W-40 SAE) vermischt, wobei eine nicht-wässrige Emulsion erzeugt wird, die im folgenden als Komponente I bezeichnet wird.

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Stufe C; Um eine wässrige verdünnte stabilisierte Dispersion von Polytetrafluoräthylen herzustellen werden 2400 cm einer Dispersion von Polytetrafluoräthylen (ADO/38 der Firma ICI und T-42 der Firma DuPont) und 2,5 Gewichtsprozent Monoflor verwendet. Das Monoflor 32 der Firma ICI wirkt als ladungsneutralisierendes Mittel und die erhaltene stabilisierte Dispersion wird anschließend mit destilliertem Wasser verdünnt, um den Feststoffgehalt auf 17 Gewichtsprozent zu vermindern.

Stufe D: Die stabilisierte Dispersion von Polytetrafluoräthylen, die gemäß Stufe C hergestellt worden war, wird anschließend gründlich mit 7,57 1 Quaker State-Schmieröl (10W-40 SAE) vermischt. Die erhaltene Emulsion der stabilisierten wässrigen PTFE-Dispersion in Ul ergibt die Komponente

Beim Vermischen der PTFE-Dispersion in Ol ist es wesentlich, daß das Mischen gründlich ist und trotzdem nicht übermäßig heftig, da dieses die Stabilität der Dispersion stören würde. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine rotierende Drahtbürste verwendet, die mit hoher Geschwindigkeit arbeitet (d.h. 36OO UpM) innerhalb eines Mischbehälters. Die Bürste wird mit einer kranzförmigen Anordnung von aufstehenden Borsten versehen, wobei das Ul in den Kern der Büste eingespeist wird und zentrifugal gegen die Peripherie durch das Borstendickicht getrieben wird, das dazu dient, die Dispersion in das Ul einzuarbeiten, ohne daß unerwünschte Schlagkräfte oder Scherkräfte auftreten. Die Drahtboraten, die die Büste bilden, verursachen in ihrer Gesamtheit in sehr gründliches Vermischen der Bestanteile.

Stufe E; Die Komponenten I und II werden anschließend miteinander vermischt und gründlich mit geringer Scherkraft mit 15,1 1 ACRYLOID 956 (warm) vermischt. Dieses polymere

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Dispergiermittel dient dazu, eine gleichmäßige homogene Emulsion zu bilden und die Bildung großer Kugeln zu verhüten.

Stufe F: Zu der homogenisierten Emulsion, die in Stufe E erzeugt wurde, werden 1000 cm Surfy-nol (Gemisch von 104/440 ia Verhältnis 2:1) zugefügt. Surfy-nol 104 ist fest bei Raumtemperatur, während Surfy-nol 440 bei dieser Temperatur flüssig ist.

Diese oberflächenaktiven Mittel haben eine Affinität für Metall und dienen als Netzmittel. Sie erleichtern die Adhäsion des Polytetrafluoräthylens an die reibenden Metallteile.

Stufe G; Wenn das Surfy-nol gleichmäßig in die homogenisierte Emulsion eingemischt worden ist, werden anschließend 1,36 kg neutrales Barium-Petronat (50-S) zugesetzt.

Dieser Bestandteil der Firma Witco Chemical Corporation ist ein synthetisches Bariumsulfonat niederer Viskosität, das leicht handhabbar ist und einen hohen Gehalt an Bariumsulfonat aufweist. Barium-Petronat 50-S ist öllöslich und besitzt die Fähigkeit, den Ausbreitungskoeffizienten zu erhöhen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verbessert es die Langzeitstabilität der Dispersion von Polytetrafluoräthylen und inhibiert dessen Absitzen.

Stufe H: Schließlich wird das erhaltene Gemisch in 11,4 1 Quaker State-Öl (10W-40 SAE) dispergiert. Hierdurch wird ein Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung hervorgebracht, das zu einem üblichen Schmiermittel zugefügt werden kann um dessen Schmiereigenschaften zu verbessern und die Bildung eines Überzugs von Polytetrafluoräthylen auf den reibenden Flächen, die geschmiert werden sollen, zu veranlassen.

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Weitere Anwendungen;

Das Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung kann auch zur Imprägnierung von porösen Lagern aus Graphit, Kohlenstoff, Bronze oder Aluminium verwendet werden, um deren Lagereigenschaften durch Zugabe der Teilchen aus Polytetrafluoräthylen mit niedriger Reibung auf die Lagerflächen zu verbessern. Wenn solche Lager mit einem wässrigen System von Polytetrafluoräthylen Imprägniert werden, verursacht der Dampfdruck des Wassers Schwierigkelten und ein heftiges Sieden begrenzt die verfügbare Druckdifferenz.

Mit den Teilchen von Polytetrafluoräthylen In einer Ulemulsion gemäß der Erfindung kann das zu Imprägnierende Lager In eine Vakuumkammer gebracht werden und es kann nach Anlegen eines Hochvakuums das Kammerventil geöffnet werden, wodurch dem Hybridschmiermittel gestattet wird, das Lager zu umspülen.

Nachdem das Hybridschmiermittel das Lager gesättigt hat, wird die Kammer gegenüber der Atmosphäre entlüftet, wobei die Teilchen von Polytetrafluoräthylen in die Poren des Lagers eingetrieben werden. Schließlich wird das Ul aus dem Lager verdampft, wobei die Teilchen aus Polytetrafluoräthylen innerhalb der Poren des Lagers verbleiben. Ein derart behandeltes Lager arbeitet bei niedrigen Temperaturen wegen der verminderten Reibung und hat eine verlängerte Lebensdauer.

Eine wesenltiche praktische Anwendung für ein Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung besteht in der Verwendung als Zusatz für ein niederviskoses Schmiermittel, insbesondere für handelsübliche niederviskose synthetische Schmiermittel, wie Mobil 1. Dieses Handelsschmiermittel gibt eine verbesserte Fahrleistung pro Treibstoff in einem Fahrzeug, dessen Maschine

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In Ordnung 1st, da die Energiemenge vermindert wird, die bei der Überwindung von ölkissen oder von Flüssigkeitsfriktion verschwendet wird.

Bei vielen Maschinen, die bereits verschlissen sind, gibt es jedoch zahlreiche kapillare Leckwege, durch welche ein niederviskoses öl, wie Mobil 1, seinen Weg findet, wodurch ein Ölverlust infolge Ausleckens sehr ernsthaft ist.

Wenn jedoch ein Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung zum niederviskosen öl zugefügt wird, durchdringen die Teilchen aus Polytetrafluoräthylen die Kapillaren und wirken in Richtung der Verstopfung der Leckagewege, so daß zusätzlich zur Verbesserung der Schmiermitteleigenschaften des niederviskosen Öls der Zusatz das Problem der Leckage aufhebt.

Das Hybridschmiermittel ist von besonderem Wert in Verbindung mit handelsüblichen Kettensägen. Derartige, mit einem Benzinmotor angetriebene Sägen verwenden Pumpen, die öl auf die endlose Kette dosieren. Da Kettensägen plötzlichen, sehr schweren Belastungen ausgesetzt werden, neigt die Kette dazu, sehr heiß zu werden, weshalb jedes Versagen der ölzufuhr äußerst gefährlich sein kann. Selbst wenn eine Kettensäge korrekt mit gewöhnlichen Schmiermitteln betrieben wird, steigt die Temperatur der Kette häufig im Verlaufe des Sägens auf einen Wert, bei dem es notwendig wird, zur Verhütung eines Ketten-Abrisses mit dem Sägen aufzuhören. Wenn jedoch ein Hybridschmiermittel zum üblichen Schmieröl für die Kette zugefügt wird, vermindert die erhaltene Beschichtung mit Polytetrafluoräthylen auf den reibenden Metallflächen erheblich die Wärmestreuung und ergibt eine besser arbeitende Säge, deren Mechanismus nicht durch überhitzung zerstört wird. Außerdem ergibt die Reduktion eine erhöhte Kraft und eine überlegene Schneidfähigkeit der Säge.

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Ein weiterer bedeutender Aspekt der Erfindung besteht darin, daß sie es gestattet, eine kleinere Maschine zu verwenden, die mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeitet, wobei diese Maschine die Arbeit einer größeren Maschine, welche bei niedrigerer Geschwindigkeit arbeitet, übernimmt. Maschinen arbeiten gewöhnlich mit optimaler Wirksamkeit bei höherer als der spezifizierten Normalgeschwindigkeit. Wegen der Erhitzung, die mit gewöhnlichen Schmiermitteln auftritt, können jedoch optimale Hochgeschwindigkeits-Operationen nicht geduldet werden. Durch Zugabe des Hybridschmiermittels zu üblichen Maschinen-Schmierölen können jedoch höhere Normalgeschwindigkeiten und ein wirksameres Arbeiten ermöglicht werden.

Die Erfindung gestattet außerdem die Herstellung von luftgekühlten Motoren, wodurch die mit Schwierigkeiten verbundenen Wasserkühlsysteme bei typischen Verbrennungsmotoren überflüssig gemacht werden. Wie vorher ausgeführt, wirkt das Hybridschmiermittel dahingehend, daß die Reibung auf einen Wert vermindert wird, auf dem die Maschine viel kühler läuft als dies bei üblichen Schmiermitteln der Fall ist, wobei gleichzeitig eine Schicht von festem Schmiermittel auf den reibenden Flächen abgelegt wird. Dies ermöglichte in einer Reihe von Versuchen, ein Standard-Automobil mit einem üblichen Wasserkühlsystem ohne jedes Wasser im Kühler zu betreiben. Wenn die Maschinentemperatur hoch anstieg, erreichte sie doch nicht den Punkt, bei dem die Maschine fraß und zerstört wurde, was sonst unvermeidlich gewesen wäre.

Es ist bekannt, daß man Brennstoff einspart, wenn eine kleine Maschine die Arbeit der größeren Maschine tut. Außerdem werden schädliche Emissionen reduziert. In einem kürzlichen Werbeprospekt der Garrett Corporation wurde festge-

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stellt, daß durch Verwendung von Turboladern dieser Firma, die so angelegt sind, daß eine Maschine von 3,7 1 die Arbeit einer Maschine von 5,7 1 tut, die Fahrleistung je Brennstoff (miles per gallon) der Maschine um fast 2O% erhöht werden kann. Die Garrett Corporation stellt dazu fest, daß "wenn die gesamte Flotte von Automobilen in den USA kleinere Maschhen mit Turboladern benutzen würde, könnten 48 0OO 000 Tonnen öl pro Jahr eingespart werden." Es könnte durch Verwendung des Hybridschmiermittels in diesen Motoren eine noch erheblichere Ersparnis bewirkt werden.

Ein Hybridschmiermittel gemäß der Erfindung, das ein
Halogenkohlenstofföl umfaßt, wurde oben dargestellt und als bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es können noch weitere Änderungen und Abweichungen durchgeführt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

1. Hybridschmiermittel, das durch ein übliches flüssiges Schmieröl zu einem Arbeitsschmiermittel für reibende Oberflächen, wie solchen in Verbrennungsmaschinen oder anderen mechanischen Vorrichtungen mit sich drehenden oder bewegenden Teilen, verdünnbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß es folgende Bestandteile enthält:

A.) eine kolloidale Dispersion von Teilchen aus Polytetrafluoräthylen;

B.) ein Neutralisationsmittel, das der Dispersion

in einer Mange zugesetzt ist, welche die Dispersion gegen Agglomeration der Teilchen stabilisiert;

C.) ein flüssiger Schmierölträger, der mit der stabilisierten Dispersion zu einer Emulsion vermischt ist, wobei die Emulsion ein Dispergiermittel zur Homogenisierung enthält und

D.) ein Netzmittel, das der Emulsion zugesetzt ist und eine Affinität für die Reibflächen aufweist, um diese einer Imprägnierung durch die Teilchen zugänglich zu machen und die Teilchen an diese Oberflächen zu verschmelzen unter Bildung einer festen Schmiermittelschicht, wodurch die Oberflächen sowohl an der Festteilchenschmierung wie an der Schmierung durch flüssiges Schmieröl teilnehmen.

2. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Netzmittel ein Adsorbtionsmittel und gleichzeitig ein oberflächenaktives Mittel ist.

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QMOtNAL INSPECTED

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3. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchen der kolloidalen Dispersion eine Größenordnung von etwa 0,05 bis 0,5 ,um aufweisen.

4. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Emulsion ein Dispergiermittel zu deren Homogenisierung umfaßt.

5. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Neutralisiermittel eine oberflächenaktive Fluoratome enthaltende Verbindung ist.

6. Hybridschmiermittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das oberflächenaktive Mittel mit Fluoratomen ein anionisches oberflächenaktives Mittel ist.

7. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schmierölträger ein Schmieröl darstellt, das mit dem üblichen flüssigen Schmiermittel verträglich ist.

8. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es außerdem ein fettbildendes Stearat in dem Träger enthält, um dem Hybridschmiermittel fettartige Eigenschaften zu verleihen.

9. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Neutralisiermittel Aluminiumoxid ist.

10. Hybridschmiermittel nach Anspruch 2, dadurch g e -

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kennzeichnet , daß das oberflächenaktive Mittel ein organisches oberflächenaktives Mittel ist, das von einem acetylenischen Glycol gebildet wird.

11. Hybridschmiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das oberflächenaktive Mittel ein organisches oberflächenaktives Mittel ist, das durch Polyäthylenglycol gebildet wird.

12. Hybridschmierini ttel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das die Ladung neutralisierende Mittel Airanoniumsulfid ist, das eine positive Ladung zur Neutralisierung der negativen Ladung der Teilchen trägt.

13. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es außerdem eine kleine, wirksame Menge eines Halogenkohlenwasserstofföls enthält, das in Richtung einer Fluorierung der reibenden Flächen wirkt, um diese Flächen gegenüber den Teilchen aufnahmefähiger zu machen.

14. Hybridschmiermittel nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , daß es außerdem synthetisches Bariumsulfonat in einer Menge enthält, die zur Erhöhung der Langzeitstabilität der Dispersion ausreicht.

15. Hybridschmiermittel nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das übliche Schmiermittel eine niedrige Viskosität aufweist.

16. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß es außerdem Graphitteilchen enthält.

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17. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1 bis 16, dadurch

gekennzeichnet , daß die Teilchen in wässriger Dispersion mit etwa 17 Gewichtsprozent Feststoffen vorliegen.

18. Hybridschmiermittel nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchen im Größenbereich von unter 1 /um vorliegen.

19. Hybridschmiermittel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchen in einem Bereich von unter 0,05 ,um vorliegen.

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