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Schmierfett
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Die Erfindung betrifft ein Schmierfett, das für offene Zahnradgetriebe
geeignet ist.
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Schmiermittel für offene Getriebe stellen einen speziellen Schmiermitteltyp
dar und sind seit vielen Jahren im Handel erhältlich. Wie der Name besagt, sind
die zu schmierenden Getriebe zur Atmosphäre hin offen, so daß es notwendig sein
kann, daß sie über einen weiten Temperaturbereich und in Gegenwart von Feuchtigkeit
arbeiten müssen. Das Schmiermittel wird normalerweise auf die Zähne der Zahnräder
aufgetracht und muß die Fähigkeit haben, sich gleichmäßig auf den Zähnen auszubreiten,
ohne -abzutropfen. Bei einer Form der vorhandenen Schmiermittel wird Bitumen als
Grundbestandteil verwendet, und bei einer anderen Form wird ein Schmierölgrundöl
mit Ruß und ataktischem Polypropylen verdickt. Diese vorhandenen Schmiermittel sind
jedoch dunkelfarbig und daher schmutzig in der Anwendung und weisen keine Höchstdruckeigenschaften
(HD-Eigenschaften) auf.
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Gegenstand der Erfindung ist ein sauberes, hellfarbiges Schmierfett
mit Höchstdruckeigenschaften.
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Das Schmierfett gemäß der Erfindung, das zur Schmierung von offenen
Zahnradgetrieben geeignet ist, enthält ein Schmierölgrundöl, einen Ton als Verdickungsmittel,
eine Kombination eines Polymerisats und eines feinteiligen Minerals als Klebrigmacher
und Füllstoff und ein Alkaliborat als Höchstdruckzusatz.
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Das Schmierölgrundöl kann ein Mineralöl oder ein synthetisches Grundöl
sein. Der Einfachheit und Billigkeit halber wird vorzugsweise ein von Erdöl stammendes
Schmierölgrundöl verwendet. Das Grundöl kann somit ein aus Erdöl
erhaltenes
raffiniertes bl mit einer Viskosität von 1 bis 900 mm 2/s bei 400 sein.
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Der als Dickungsmittel dienende Ton kann zu dem Typ gehören, der auf
dem Gebiet der Schinierfettherstellung bekannt ist, d.h. ein kolloidaler Ton sein,
dessen Teilchen mit einer oleophilen Substanz umhüllt sind. Ein Beispiel eines Tondickungsmittels
ist ein Material, das aus Montmorillonitplättchen besteht, die mit einem quaternären
Ammoniumsalz umhüllt sind. Diese Materialen sind unter der Bezeichung "Baragel"
und "Bentone" im Handel.
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Der als Dickungsmittel dienende Ton kann in einer Menge von 2 bis
15 Gew.-% der Gesamtmasse vorhanden sein.
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Das Schmierfett kann ferner in üblicher Weise ein Dispergiermittel
für den als Dickungsmittel dienenden Ton, z.B.
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0,1 bis 3 Gew.-% Propylencarbonat, enthalten.
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Eines der bei tongedickten Schmierfetten auftretenden Probleme liegt
darin, Zusatzstoffe zu finden, die mit dem Ton und seinem polaren Uberzug verträglich
sind. Für Schmiermittel für offene Zahnradgetriebe ist jedoch ein tongedicktes Schmierfett
ohne Zusatzstoffe von geringem Wert.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung wurde gefunden, daß die Kombination
eines Polymerisats und eines feinteiligen Minerals eine Zusatzstoffkombination ist,
die mit dem Ton verträglich ist und dem Schmierfett gute Ausbreiteigenschaften verleiht,
ohne übermäßig starkes Abtropfen von den Zahnrädern zu verursachen. Es wurde gefunden,
daß das Verhältnis von Polymerisat zu feinteiligem Mineral in dieser Hinsicht wichtig
ist, und daß die erforderliche optimale gegenseitige Abstimmung von Eigenschaften
erzielt wird, wenn das Verhältnis von Polymerisat zu feinteiligem Mineral 1,5:1
bis 1:1,5, vorzugsweise 1:1 beträgt. Die Gesamtmenge jedes Materials kann 2 bis
20 Gew.-% der Gesamtmasse, vorzugsweise 3 bis 12 Gew.-% betragen.
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Als Polymerisat wird vorzugsweise ein Olefinpolymerisat mit elastischen
Eigenschaften verwendet. Geeignet als Polymerisat ist ein Polyisobutylen (z.B. ein
Material mit der Handelsbezeichnung "Vistanex") mit einem mittleren Molekulargewicht
von 40.000 (aus der Viskosität bestimmtes mittleres Molekulargewicht (Flory)), jedoch
wird ein ataktisches Polypropylen mit einem Molekulargewicht von etwa 30.000 und
einer Schmelzviskosität von 5000 bis 10.000 mPas bei 1700C und 2,7 s 1mehr bevorzugt.
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Das feinteilige Mineral ist vorzugsweise Iiellfarbig.
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Bevorzugt als Mineral wird Zinkoxid, jedoch können auch andere geeignete
Minerale wie Talkum und Titandioxid verwendet werden. Der Ausdruck "Mineral" ist
in dem Sinne zu verstehen, daß er sowohl natürlich vorkommende als auch synthetische
Materialien umfaßt.
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Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Wahl des Höchstdruckzusatzes,
der ebenfalls mit dem als Dickungsmittel dienenden Ton verträglich sein muß und
vorzugsweise Höchstdruckeigenschaften, die über die bei bekannten Schmiermitteln
für offene Zahnradgetriebe vorhandenen Höchstdruckeigenschaften hinausgehen, verleihen
sollte.
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Es wurde gefunden, daß ein Alkaliborat allein gute Höchstdruckeigenschaften
verleiht. Es ist jedoch auch möglich, das Alkaliborat in Kombination mit einem aromatischen
Disulfid, insbesondere Dibenzyldisulfid, zu verwenden. Auch hier wurde gefunden,
daß das Gewichtsverhältnis von Borat zu Disulfid wichtig für die Erzielung optimaler
Höchstdruckeigenschaften ist. Das bevorzugte Gewichtsverhältnis von Borat zu Disulfid
beträgt 5:1 bis 7:1, vorzugsweise 6:1. Die gesamten Materialmengen können 2 bis
12 Gew.-% Borat und, falls vorhanden, 0,2 bis 2 Gew.-% aromatisches Disulfid, bezogen
auf das Gewicht der Gesamtmasse, betragen.
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Als Alkaliborat dient vorzugsweise Borax. Es wurde gefunden, daß das
Borat Rostschutzeigenschaften sowie Höchstdruckeigenschaften verleiht. Trotz seiner
Löslichkeit in Wasser wurde ferner gefunden, daß das Borat durch Feuchtigkeit nicht
in wesentlichem Maße ausgelaugt wird, und daß beim fertigen Schmierfett die Auswaschung
beim Wasser-Auswaschtest bei 790C (ASTM D1264 oder IP-Methode 215) weniger als 1
Gew.-% beträgt.
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Das Borat kann unter Anwendung der Methode, die für die Einarbeitung
von Alkalinitriten in tongedickte Schmierfette bekannt ist, in das Schmierfett eingearbeitet
werden#. Beispielsweise kann eine Lösung des Borats in Wasser mit einem Teil des
Schmierfett-Grundöls und einem Teil des als Dickungsmittel dienenden Tons in eine
Emulsion umgewandelt werden. Das Wasser kann dann abgedampft werden, wobei eine
Dispersion von Boratteilchen im Grundöl zurückbleibt, die dann mit dem restlichen
Grundöl und den übrigen Komponenten des Schmierfetts gemischt werden kann. Es wird
angenommen, daß die Größe der Boratteilchen vom Mengenverhältnis von Borat zu öl
abhängt. Bei einer Dispersion von etwa 50% Borat in öl können die Teilchen eine
Größe von etwa 1 bis 5 Fm haben, jedoch können Teilchen einer Größe von weniger
als 1 pm erhalten werden, indem die Konzentration des Borats in der Borat/öl-Dispersion
gesenkt wird.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
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Beispiel 1 Ein Schmierfett der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt:
Ton als Dickungsmittel 6,5 Gew.-% Propylencarbonat 0,9 Ataktische Polypropylen 5,0
Zinkoxid 5,0 Borax 5,0
Dibenzyldisulfid 0,8 Gew.-% Schmierfett-Grundöl
76,8 Der als Dickungsmittel dienende Ton war das unter der Bezeichnung "Baragel"
(Hersteller Berk Chemicals Ltd.) im Handel erhältliche Produkt. Das ataktische Polypropylen
hatte eine Schmelzviskosität von 5700 mPas bei 170°C 2,7 s 1, Es ist unter der Bezeichnung
~APPS" (Hersteller Chemie Linz AG) im Handel erhältlich. Das Zinkoxid hatte i eine
mittlere Teilchengröße von 0,2 pm und wurde unter der Bezeichnung "Zincoli Red Seal"
(Hersteller Morris Ashby Ltd.) im Handel beschafft. Der Borax war ein Natriumtetraborat
Na2 B4 07. 10 H20 von Laboratoriumsqualität (Hersteller BDH Chemicals Ltd.). Das
Grundöl war ein raffiniertes Mineralschmieröl mit einer Viskosität 2 40°C und einem
Viskositätsindex von von 30 mm /s bei 40 C und einem Viskositätsindex von 100.
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Das Schmierfett wurde in drei Stufen w-ie folgt hergestellt: Zuerst
wurde ein Konzentrat aus dem Dickungsmittel und dem Füllstoff durch# Dispergieren
von Zinkoxid, Ton (Baragel) und Propylencarbonat in 60% des Grundöls bei Umgebungstemperatur
hergestellt.
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Zweitens wurde der Borax in einem zweiten Mischgefäß in 20% des Grundöls
dispergiert. Der Borax wurde in Wasser bei 900C gelöst und dem Grundöl bei 900C
zugesetzt. Eine geringe Menge von Ton und Propylencarbonat wurden zugesetzt, um
die Wasser-in-Ol-Emulsion zu stabilisieren. Die Temperatur der Emulsion wurde dann
auf 1400C erhöht, während kräftig gemischt wurde, um das Wasser abzudampfen.
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Die hierbei erhaltene Dispersion von Borax in bl wurde dann auf 1000C
gekühlt und dem Fettkonzentrat zugesetzt.
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Abschließend wurde das Polypropylen im restlichen Grundöl gelöst.
Nach Auflösung des Polypropylens wurde die Temperatur des Gemisches auf 1200C gesenkt
und das Dibenzyldisulfid zugesetzt und gelöst. Das Gesamtgemisch wurde dann dem
Schmierfettkonzentrat zugesetzt.
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Das erhaltene Schmierfett wurde dann im Manton-Gaulin-Homogenisator
bei 138 bar homogenisiert, um ihm eine glatte Textur zu verleihen.
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Das Schmierfett wurde den folgenden Prüfungen unterworfen, um seine
Eignung als Schmierfett für offene Zahnradgetriebe zu bewerten: Prüfgerät mit offenem
Zahnradgetriebe Das Prüfgerät besteht aus einem Zahnrad, das von einem Antriebsritzel,
gegen das es leicht belastet wird, angetrieben wird. Die Zahnradachsen stehen senkrecht.
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Die folgenden Laufbedingungen werden angewandt: Zahnrad: Gußeisen,
3DP 40 Zähne, Breite 89 mm Ritzel: Stahl, 16 Zähne Drehgeschwindigkeit des Ritzels:
40 UpM Belastung: 16,95 Nm (12,5 lbf ft) Drehmoment-Belastung auf Zahnradwelle.
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Insgesamt 110 g Schmierfett werden auf das Zahnrad aufgebracht. Das
Fett wurd auf die angetriebene Fläche jedes Zahns des Zahnrades aufgetragen. Das
Prüfgerät wird dann zwei Stunden in Betrieb gehalten. Bei Beendigung der Prüfung
soll nur die minimale Menge Schmierfett von der Prüfmaschine abgetropft sein, und
die angetriebenen Flächen des Ritzels und Zahnrades sollen vollständig mit Schmierfett
bedeckt sein.
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Zahnradprüfmaschine (offen): abgetropfte Menge: 8,0 Gew.-% Bedeckung:
vollständige Bedeckung der Zähne Kegel-Penetration (IP-Methode 50/69): ungewalkt
= 235 gewalkt = 275 Prüfung der IIöchstdruckfestigkeit mit dem Vierkugel-Prüfgerät
(IP-Methode 239): Mittlere Hertz-Belastung = 67,9 kg
Belastung
bei Anfreßbegin = 158 kg Belastung beim Festfressen = 355 kg Auswaschprüfung mit
Wasser (IP-reethode 215) 79 C: unter 1,0 Gew.-% Dynamische Antirost-Prüfung (IP-Methode
220): Bewertung 2,2 Beispiel 2 Eine Reihe von Schmierfetten wurde auf die in Beispiel
1 beschriebene Weise hergestellt. Die einzige Variante waren die Verhältnisse und
Mengen von ataktischem Polypropylen und Zinkoxid.
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Jedes Schmierfett wurde auf seine Ausbreitbarkeit über die Zähne der
in Beispiel 1 beschriebenen offenen Zahnrad-Prüfmaschine und auf die Schmierfettmcnge,
die während der Prüfungen von den Zahnrädern abtropfte, geprüft.
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Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 genannt.
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Tabelle 1 Zinkoxid, Gew.-% 20 15 10 5 10 15 Polypropylen, Gew.-%
5 5 5 5 10 15 Abgetropfte Menge, % 15 10 9 3 11 27 Bedeckung ungenügende Be- Zahnräder
einige deckung der vollstän- blanke Zahnräder dig bedeckt Stellen auf den Zähnen
Betrachtet man die Ergebnisse in Tabelle 1 nacheinander von links nach rechts, stellt
man fest, daß mit sinkendem Verhältnis von Zinkoxid zu Polypropylen von 4:1 auf
1:1 eine stetige Verbesserung des Abtropfens und der Bedeckung vorliegt, wobei das
beste Ergebnis bei einem Verhältnis von 1:1 und je 5 Gew.-% erzielt wird. Wenn das
Verhältnis bei 1:1 gehalten und die Menge jedes Bestandteils erhöht wird, nimmt
jedoch das Abtropfen zu, und die Bedeckung wird weniger zuverlässig.
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Beispiel 3 Eine Reihe von Schmierfetten wurde auf die in Beispiel
1 beschriebene Weise hergestellt, wobei die einzige Variante die Verhältnisse und
Mengen des Borax und Dibenzyldisulfids waren. Jedes Fett wurde auf seine Höchstdruckbeständigkeit
unter Verwendung des Vierkugel-Prüfgeräts geprüft. Die Ergebnisse sind nachstehend
in Tabelle 2 genannt.
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Tabelle 2 Borax, Gew.-% 7,5 - 5,0 5,0 2,5 5,0 Dibenzyldisulfid, Gew.-%
- 2,2 0,5 1,0 2,0 0,8 Höchstdruckverhalten auf Vierkugel-Prüfgerät (IP 239/73) Mittlere
Hertz-Anpressung, kg 53,9 56,8 50,2 63,0 63,6 67,9 Belastung bei Anfreßbeginn, kg
141 79 126 141 89 158 Belastung bei Festfressen, kg 398 335 282 355 398 355 Die
Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, daß gute Höchstdruckeigenschaften bei Verwendung
von Borax allein erzielt wurden. Bei Verwendung von Gemischen von Borax und Dibenzyldisulfid
betrug das optimale Borax/Dibenzyldisulfid-Verhälthis etwa 6:1.
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Beispiel 4 Zwei Schmierfette wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene
Weise hergestellt, wobei jedoch kein Dibenzyldisulfid zugesetzt wurde. Beim Fett
A war das Weglassen des Dibenzyldisulfids der einzige Unterschied. Beim Fett B bestand
der zusätzliche Unterschied darin, daß der Füllstoff nach dem Polypropylen zugesetzt
wurde.
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Die Schmierfette wurden ebenfalls auf die in Beispiel 1 beschriebene
Weise geprüft. Die Zusammensetzungen der
Schmierfette und die Prüfergebnisse
sind nachstehend in Tabelle 3 genannt.
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Tabelle 3 Schmierfett A B Ton als Dickungsmittel, Gew.-% 7,2 10,5
Propylencarbonat, ~ 1,0 1,5 Ataktisches Polypropylen, ~ 5,0 5,0 Zinkoxid, 5,0 5,0
Borax, ~ 4,9 5,0 Schmierfett-Grundöl, ~ 76,9 73,0 Kegel-Penetration, ungewalkt 247
219 gewalkt 274 383 Offenes Zahnradprüfgerät, Betriebsdauer 2 Stunden, abgetropfte
Menge, Gew.-% 8,2 8,2 Bedeckung vollständig vollständig Höchstdruckverhalten auf
Vierkugel-Prüfgerät: Mittlere Hertz-Anpressung, kg 55,7 -Belastung bei Anpreßbeginn,
kg 141 -Belastung bei Festfressen, kg 251 -