DE3126133A1

DE3126133A1 - Verfahren zur bremsgeraeuschminderung bei oelscheibenbremsen

Info

Publication number: DE3126133A1
Application number: DE19813126133
Authority: DE
Inventors: Timothy R. 94903 San Rafael Calif. Erdman; Thomas V. 94901 San Rafael Calif. Liston
Original assignee: Chevron Research and Technology Co; Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1981-07-02
Publication date: 1982-04-01
Also published as: BR8104299A; GB2079779B; US4331222A; ZA813856B; AU540201B2; CA1150162A; GB2079779A; FR2486093A1; FR2486093B1; AU7238381A; JPS5751794A

Description

Die Erfindung betrifft Schmierölzusammensetzungen, insbesondere solche Schmierölzusammensetzungen, die als Funktionsflüssigkeit in Systemen verwendbar sind, in denen Kupplungsvorgänge, Hydraulikflüssigkeiten und/oder Schmierungen von sich relativ zu einander bewegenden Teilen erforderlich sind, und betrifft speziell Funktionsflüssigkeiten, die zum Schmieren von schweren Maschinen, insbesondere-von Hochleistungstraktoren, und zur Minderung der Bremsgeräuschentwicklung in diesen Maschinen verwendet wird. '

Durch die Verwendung von schweren Maschinen wie Traktoren ist die Nachfrage nach Hochleistungs-Schmiermittelzusammensetzungen gestiegen. Moderne Traktoren weisen viele hilfskraftunterstützte Teile auf, beispielshalber die Hilfskräftbrems- und die Hilfskraftlenkanlage. Bei der Hilfskraftbremse oder Servobremse werden meist Scheibenbremsen verwendet, da diese eine größere Bremsfähigkeit besitzen. Zu den bevorzugten Scheibenbremsen gehören die Naßbremsen, die in einem Schmiermittel eingetaucht und deshalb von einfressendem Dreck und Schmutz isoliert sind.

Diese Bremsen haben jedoch zumindest ein Problem, nämlich ihr Klappern und Kreischen, das sehr unangenehm ist und dann auftritt, wenn die Bremsen niedergedrückt werden. In der Vergangenheit wurde den Bremsschmierzusammense.tzungen zur Minderung der Klapper- und Kreischgeräusche reibungsmodifizierende Mittel wie Dioleylwasserstoffphosphit beigemengt. Die Schmiermittelzusammensetzungen, denen dieses Zusatzmittel beigemengt wurde, leiden an sehr hohen Verschleißraten, und zwar insbesondere bei hohen Temperaturen.

Eine weitere Verwicklung, das Bremsgeräusch zu eliminieren, ergab sich aus dem Wunsch, dieselbe Funktionsflüssigkeit nicht nur für die Bremsschmierung, sondern auch für die Schmierung der anderen Traktorenteile wie dem hydraulischen und mechanischen Antrieb, den Traktorwechselgetrieben, Getrieben und Lager und dgl. zu verwenden- Somit muß die Funktionalflüssigkeit als Schmiermittel, als Kraftübertragungsmittel· und als Wärmeübertragungsmedium wirksam sein. Eine zusammengesetzte Flüssigkeit zu schaffen, die alle diese Bedürfnisse erfüllt und dabei Bremsgeräusche verhindert, trifft auf große Schwierigkeiten.

Im US-PS 3 649 538 wird ein Verfahren zum Schmieren von Aluminium bei der Aluminiumformung beschrieben. Das hier verwendete Schmiermittel besteht aus einem Mineralöl und 0,1 bis 30 Vol. % C₁₀-C₃₀I,2-Diol.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß bestimmte öllösliche Alkandiole als geeignete reibungsverändernde Mittel wirksam werden, die als Zusatz zum'Schmieröl günstige Lärmunterdrückungseigenschaften besitzen.

Demzufolge betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Geräuschminderung zwischen Scheibenbremsen unter Öl durch Schmieren der Kontaktflächen der Bremsen mit einer Zusammensetzung, die als Hauptanteil ein Schmieröl aufweist, das eine zur Geräuschminderung effektive Menge eines Alkan-1,2-diols der Formel:

R-CH- CH₀

OH OH

enthält, in der R ein Alkyl ist, das 3 bis 28 Kohlenstoff atome und Mischungen derselben enthält.

Die Alkan-1,2-diole der Formel I, die erfindungsgemäß verwendbar sind, sind solche, die von 8 bis 28 Kohlenstoff atome, vorzugsweise deren 10 bis 20 aufweisen. Einzelne Alkan-1,2-diole können verwendet werden, beispielsweise Oktadekan-1,2-diol, Eicosan-1,2-diol und dgl., wobei jedoch eine Mischung aus mehreren Diolen vorteilhafter ist. Typische;Gemische umfassen 1,2-Diole der Alkane mit 10 bis (einschließlich) 28 Kohlenstoffatomen, 1,2-Diole der Alkane mit 12, 14, 16, 18 und 20 Kohlenstoffatomen, 1,2-Diole der Alkane mit 15 bis (einschließlich) 20 Kohlenstoffatomen, 1,2-Diole der Alkane mit 15 bis (einschließlich) 18 Kohlenstoffatomen·, 1,2-Diole der Alkane mit 20 bis (einschließlich) 24 Kohlenstoffatomen und 1,2-Diole der · Alkane mit 24, 26 und 28 Kohlenstoffatomen usw.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Diole sind entweder im Handel erhältlich oder können durch die bekannten .Verfahren leicht aus den entsprechenden 1-Olefinen dargestellt werden. Beispielshalber wird das.Olefin zunächst mit einem Peroxid wie Benzoylperoxid oder' Peroxydessigsäure reagiert, um ein Alkan-1,2-epoxid zu bilden, das leicht mittels Säuren- oder Basenkata*- lyse zu einem Alkan-1,2-Diol hydrolisiert wird. In einem anderen Verfahren wird das Olefin zunächst zu einem 1,2-Dihaloalkan halogeniert und dann durch Reagieren zunächst mit Natriumazetat und dann mit Natriumhydroxid zu Alkan-1,2-diol hydrolisiert.

1-Olefine stehen zum thermischen Kracken von Wachsen zur Verfugung. Durch dieses Verfahren werden Olefine aller Kohlenstoffzahlen geschaffen. 1-Olefine mit einer geraden Zahl an Kohlenstoffatomen werden durch die bekannte Äthylen-"Wachstums"-Reaktion bereitet. Die nach beiden Verfahren gewonnenen Olefine sind in ihrer Struktur im wesentlichen geradlinig und weisen nur wenige oder gar keine Verzweigungen auf. Lineare

Olefine werden zur Umwandlung in Alkan-1,2-diole bevorzugt.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten Zusammensetzungen enthalten einen Hauptanteil eines Schmieröls und von etwa 0,2 Gew. % bis 5 Gew. % Alkandiol der Formel I, besser 0,5 Gew. % bis 4 Gew. % und am besten 1 bis 2 Gew. % unter Zugrundelegen des Gewichts, der Gesamtzusammensetzung. Der optimale Alkandiol-Anteil innerhalb dieser Bereiche wird geringfügig abhängig vom Basisöl und anderen im Öl vorhandenen Zusätzen variieren. ' .

Zusatzmittelkonzentrate fallen auch in den Rahmen des Erfindungsgedankens. In der Konzentratzusatzform ist Diol in einer Konzentration von 5 bis 50 Gew. % vor^ handen.

Die Schmiermittelzusammensetzungen werden bei Verwendung herkömmlicher Techniken durch Beimischen der zweck~ mäßigen Menge des gewünschten Alkan-1,2-diols zum Schmieröl dargestellt. Werden Konzentrate angesetzt., ist der Anteil an Kohlenwasserstofföl im allgemeinen begrenzt, sollte jedoch ausreichend bemessen sein, die benötigte Menge Alkan-1,2-diol zu lösen. Im allgemeinen, weist das Konzentrat genügend Diol auf, um eine nachfolgende Lösung mit 1 bis 10mal mehr Schmieröl zu ermöglichen.

Das Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis, das in der Durchführung des Erfindungsgedankens verwendet werden kann, umfaßt eine große Vielzahl von aus synthetischen .oder natürlichen Ausgangsstoffen abgeleiteten Kohlenwasserstoffölen wie Naphthenbasis, Paraffinbasis und gemischten Basisölen, die aus der Raffination von Roherdölen gewonnen werden. Weitere Kohlenwasserstofföle, die aus Schieferöl, Teersand oder Kohle abgeleitet sind,

4 O »IR«

? » _η 7

.. IS ö '

sind gleichfalls verwendbar. Die Schmieröle können einzeln oder - falls mischbar - in Kombination verwendet werden. Sie haben im allgemeinen eine Viskosität im Bereich von 50 bis 5 000 SUS (Saybolt-UniversalSekunden), gewöhnlich von 100 bis 1 500 SUS bei 37,8⁰C. Die bevorzugten öle haben SAE-r-Werte von 10 bis 40 und besitzen Paraffinstruktur.

Bei einigen Traktorsystemen, in denen die Bremsflüssigkeit in einer getrennten Wanne bewahrt wird, stellt die Zusammensetzung von Kohlenwasserstofföl und Alkan-1,2-diol nach der Erfindung ein hierfür verwendbares Schmiermittel dar. Bei den meisten anderen Traktorsystemen, in denen eine gemeinsame Wanne für alle Funktionflüssigkeiten, beispielshalber des Getriebeschmiermittels, der Hydraulikflüssigkeit und dgl. verwendet wird, wird dem Schmieröl eine Anzahl von Zusätzen beigemengt, zu denen Antioxidantien, Dispergierungsmittel, Rostverhütungsmittel, Antischaummittel, KorrosionS'-schutzmittel, Verschleißschutzmittel, Viskositätsindex (VI)-Aufbesserer, Reibungskontrollmittel, Elastomer-Quellung smit te 1, EP-Schmiermittel, Fließpunkterniedriger und Metalldeaktivatoren. Alle diese Zusätze sind der Schmieröltechnik bekannt.

Bevorzugte Zusatzmittel sind Dispergierungsmittel· wie Al·kenyl·sukzinimide, insbesondere das Poiyisobutenylsukzinimid eines Polyäthylenpolyamins z.B. Tetraäthylenpentamin oder Triäthylentetramin. Derartige Dispergiermittel können im Fertigerzeugnis zu Konzentrationen· im Bereich von 0,5 bis 12%, vorzugsweise 2 bis 5% vorhanden sein.

Eine weitere Klasse bevorzugter Zusatzmittel sind die kohlenwasserstofflöslichen Detergentien wie Alkylpheate, Alkylbenzolsulfonate oder Alkansulfonate. Diese Detergentien sind vorzugsweise als Kal·ziumsal·z vorhan-

den, und zwar in Mengen von 10 bis 60, vorzugsweise 20 bis 50 Millimol Alkylphenol pro kg, und von 5 bis 25, vorzugsweise 10 bis 20 Millimol SuIfonat pro kg Fertigprodukt. Überbasische Phenate und Sulfonate können ebenfalls zur Verhinderung des Säureaufbaus verwendet werden. Derartige Substanzen enthalten einen Überschuß Kalzium, im allgemeinen als Kalziumkarbonat, das über der zum Neutralisieren der Kohlenwasserstoffphenole oder der Sulfonsäute enthaltenden Detergentien ' nötigen Menge vorhanden ist. Die überbasischen Phenate und Sulfonate sind im allgemeinen in der fertigen Zusammensetzung mit 50 bis 200, vorzugsweise 75 bis 150 Millimol pro kg des Produkts mengenmäßig vertreten.

Darüber hinaus enthält das fertige Schmiermittel vor-•zugsweise Höchstdruckzusatzmittel wie Alkyl'- oder Arylzinkdithiophosphate. Es werden vorzugsweise die Art Alkyl verwendet, bei der die Alkylgruppe von 6 bis 12 Kohlenstoffatome aufweist. Die vorhandene Gesamtmenge Zinkdialkyldithiphosphat liegt im Bereich von 3 bis 30,. vorzugsweise von 15 bis 25 Millimol Zink pro kg Fertigprodukt.

Die mit den oben erwähnten Zusätzen versetzten .Konzrentrate würden eine entsprechend höhere Konzentration des Zusatzmittels haben, so daß nach Verdünnung die endgültigen Konzentrationen innerhalb der oben angeführten Bereiche liegen würde. ■

Die nachstehend angeführten Zusammensetzungen wurden im Labor und im Feld an einem Traktor getestet. Der Labortest wurde auf einer SAE-Nr.2-Reibungsmaschine durchgeführt, die durch Auswechseln der Hochgeschwindigkeits-Elektromotoren durch Hydraulikmotoren von gemäßigter Geschwindigkeit verändert wurde. Der Prüfling war ein Sandwich einer gesinterten Bronzeplatte der General Metal Powder Cp. Diese Platte lag zwischen zwei Stahl-'

abstandsplatten, die in den oben erwähnten Apparat eingesetzt wurden. Die Testflüssigkeit - in einer . Menge von etwa 300 g - wurde dann in. die Testöl-Wanne gegeben. Die Testplatten wurden mit 50 Umdrehungen pro Minute gedreht. Eine kolbenförmige Bremse wurde bei einem beaufschlagten Druck von 18,2 kg angelegt; (hier nach .wurde der Test mit einem angelegten Bremsdruck von 34 kg wiederholt). Das Strain-Meßgerät des SAE-Nr.2-Apparats zeigte das Drehmoment durch Ablenken eines Zeigers an. Die Zusammensetzungen mit Hochbremsgeräusch zeigten eine Reihe von Ablenkungen, während die mit Niedrigbremsgeräusch im wesentlichen keine Ablenkung durch den Zeiger erbrachte. Zufriedenstellen de Zusammensetzungen sind solche, die eine Ablenkung von unter 5 mm ergaben.

Beispiel 1

Der oben beschriebene Test wurde mit einem nichtcompoundierten Midcontinent'-Paraffxnbasenmineralöl (Citcon 350 N) durchgeführt. Die Ablenkung betrug 36 mm, was auf ein Schmiermittel mit sehr hohem Bremsgeräusch hinweist. Diesem Basisöl wurden dann, um eine Konzentration von 1,5 Gew. % zu ergeben, Älkan-1,2-diol beigemengt, das etwa gleiche Gewichtsanteile Pentadekan-1,2-diol, Hexadekan-1,2-diol, Heptadekan-1,2-diol und . Oktadekan-1,2-diol aufwies; Die sich ergebende Zusammensetzung gab auf dem Drehmomentmeßgerät des oben er-■ wähnten Apparats einen Ausschlag von 2 mm, was keine bemerkbare Bremsgeräuschentwicklung anzeigt.'

Beispiel 2'

Ein Kohlenwasserstofföl bestehend aus 75 Gew. % Grundmischung von Beispiel 1 und 25 Gew. % eines ähnlichen

Öls von jedoch niedrigerer Viskosität (Citcon 200 N) wurde compoundiert mit etwa 4% einer herkömmlichen Schmierölzusatzpackung, die Dispergentien, Detergentien, Zink-EP-Schmiermittel und Hydroxester enthielt. Dieses compoundxerte öl wurde dann in dem abgeänderten SAE-Nr.2-Apparat geprüft. Die Ergebnisse hiervon sind in der Tabelle I aufgeführt. 'Hiernach wurden verschiedene Mischlingen aus Alkan-1,2-diolen in den (in Tabelle I) angezeigten Mengen dem compoundierten Öl beigemengt, und diese Mischungen wurden dann ebenfalls in demselben Apparat getestet. Die Resultate hiervon zeigt gleichfalls die Tabelle I.

4	(2)	5.	(5)	ί *
8	(6)			»9 1
4	(2),	3	(5)	t ti
3	(3)			* * - IP
4	(2),		3 » 4 ft
			.λ":

Tabelle ΐ· ' .

Effekt von Alkan-1,2-diolen auf Bremsgeräuschsimulierung im Labor

Lauf ' · Maximale Ablenkung (1)

'Nr. ' Alkan-1 ,2-diol, . % bei 18,2 kg bei 34 kg ·

1 Keine (6) ' · — 11 (2), 8 (2) 12 (2), 11 (3)

2 Tetradekan-1-, 2-diol, 1 .0 7 (4) 6 (3)

3 Tetradekan-1,2-diol, ■ ' 2.0 4 (5)

4 Gemisch aus C₁₁-C₁₄ (inkl.)-1,2-diole, 1.0 8 (3)

5 Gemisch aus C₁₁-CJ; (inkl;)-1,2-diole, 2.0 2 (3), 3 (2)

6 Gemisch aus c'^-c'g (inkl.)-1,2-diole, 1.0 5 (2)

7 Gemisch aus c'^-C-jg (inkl.)-1 ,2rdiole, 2.0 2 (2), 3 (5)

1) Ausschlagsmessungen wurden mehrmals bei 18,2 kg und, 34 kg Druckbeaufschlagung durch- -+ geführt. In einigen Fällen wurde eine zweite Versuchsreihe zu e,inem späteren Datum „'f durchgeführt. ' ■ '■·*.»

2) Durchschnitt von 4 Versuchen '■■

3) Durchschnitt von 5 Versuchen

4) Durchschnitt von 6 Versuchen

5) Durchschnitt von'3 Versuchen

6) 3,7% einer 44% Polyisobutenylsukzinimid in öllösung; 12,5'mMol/kg eines Gemischs aus
Kalziumalkansulfonaten und Kalziu'malkylbenzolsufonaten; 37 mMol/kg überbasischen Kalziumsulf onat; 45 mMol/kg karbonisiertes, sulfurisiertes Kalziumalkylphenat; 16,5 mMol/ OO kg eines gemischten Zinkdialkyldithiophosphats; 6 mMol/kg Zink-bis (dialkylphenyl)di- —-> thiophosphat; 0,2% einer· 50%igen Lösung Zi'nkdialkyldithiokarbamat in Öl; 0,025% eines. NO Polyglykol-Sulfonsäurereaktionsprodukts; 0,2% Pentaerythritolmonooleat. ' cn

■ ' ·' .OO

Die vorstehend aufgeführten Ergebnisse zeigen in Verbindung mit Beispiel I, daß das Vorhandensein von Alkan-1,2-diolen der Formel I oder Gemenge aus diesen in BremsSchmiermitteln Bremsgeräusche beträchtlich vermindern. Darüber hinaus zeigen diese Experimente, daß das weitere in der Flüssigkeit vorhandene Zusatzmittel· den endgültigen Pegel des Bremsgeräuschs beeinflußt. In allen Fällen hat sich jedoch erwiesen, daß die Alkan-1,2-diole den Pegel der Bremsgeräusche herabsetzen. . ·

Beispiel 3

Im Feldtest wurde ein Fordtraktor, Modell 6600, mit einer- mittelmäßig bis . schweren Bremsgeräuschentwick*-· lung (101-102 Dezibel) mit einem handelsüblichen compoundierten Normalöl dazu verwendet, die Formulierungen mit den Alkan-1,2-diolen der Formel I zu testen.' Für diese Tests wurde ein Basisschmieröl mit den üblichen Sukzinimiddispergentien, Sulfonatdetergentien und Zinkdialkyldithiophosphat-EP-Zusätzen compoundiert. Nach dem Testen dieses compoundierten Schmiermittels im Traktor wurden verschiedene Mengen eines Gemisches

aus C_1C-C_1Q (inkl.) Alkan-1,2-diolen dem Schmiermittel 1 ο ι ο

beigemengt und der Test .wiederholt. Der Test bestand darin, den Traktor im obersten 5. Gang bei 2000 Umdrehungen pro Minute bei alternierender Bremsbeaufschla-. gung in scharfen Kurven zu fahren. Der Geräuschpegel wurde über.das Gehör mit: kein Geräusch, geringes, mittelmäßiges oder schweres Geräusch bestimmt. Die Ergebnisse zeigt die Tabelle II.

	Tabelle II	Geräuschpegel links	rechts
Test Nr.	Prozent Alkan-1,2-diol	;■! - 1 mittelmäßig	mittelmäßig
1	(D ^:	bis schwer gering (zeitw. aussetzend) gering (zeitw.	bis schwer kein mittelmäßig
2 3	1 .0 (2)	aussetzend) gering, kein kein	bis schwer gering, kei kein
4 5	0.5 1.0' '

T) Basisschmiermittel war ein Gemisch aus 65/35 Gew. ^: "eines ·Paraffinbasisöls von 160 N bzw. 300 N.

2) Basisschmiermittel war ein Gemisch aus 30 Gew.'% 160 N; 58 Gew. % 300 N und 12 Gew. % 100 Pale Oil, eine Naphthenbasis.

Diese Ergebnisse zeigen eine dramatische Verbesserung im Traktorbremsgeräusch durch Verwenden der Alkan-1·, 2-diole in der Bremsschmierflüssigkeit, die auch eine herkömmliche Zusatzmittelpackung enthielt.

Claims

Chevron Research Company Market Street, San.Francisco, Ca. 94105 / USA

Verfahren zur Bremsgeräuschminderung bei öl-• Scheibenbremsen

PATENTANSPRÜCHE

.J Verfahren zum Schmieren der Kontaktflächen von Scheibenbremsen unter Öl, gekennzeichnet durch die Verfahrensstufe des Einmischens in das Schmiermittel eines eine wirksame Geräuschminderung herbeiführenden Anteils eines Alkan-1,2-diöls der Formel:

R-CH- CH₉

OH OH

wobei'R ein Alkyl ist, das von 8 bis 28' Kohlenstoff atome oder Gemenge daraus enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel von etwa 0,2 bis 5 Gew. % des Diols enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß R von 10 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein Gemisch aus 1,2-Diolen besitzt, die 15 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten.
5. Beim Schmieren der Kontaktflächen von Scheibenbremsen unter Öl zu. verwendende Zusammensetzung

bestehend aus einem Haüptanteil eines Schmiermittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in einer zur Bremsgeräuschminderung wirksamen Menge ein Alkan-1,2-diol der Formel:

R-CH- CH₂ OH OH

enthält, in der R ein 8 bis 28 Kohlenstoffatome oder Gemenge daraus aufweisendes Alkyl ist.