DE3343816C2 - Schmiermittel - Google Patents

Schmiermittel

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Manfred Dr. 5180 Eschweiler Wildersohn
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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Schmiermittel auf Polyolbasis für Zweitakt- und Viertaktmotoren bei Betrieb derselben mit Kraftstoffen, die überwiegend aus Alkoholen bestehen und denen das Schmiermittel zugesetzt ist, wobei die Polyole zu mindestens 90 Mol-% aus Propylenoxideinheiten bestehen.

Description

Beschreibung
Gegenstand der Erfindung sind Schmiermittel auf Polyolbasis für Zweitakt- und Viertaktmotoren bei Betrieb derselben mit Kraftstoffen, die überwiegend aus Alkoholen bestehen und denen das Schmiermittel zugesetzt ist, wobei die Polyole zu mindestens 40 Mol.% aus Propylenoxideinheiten bestehen.
Schmierstoffe mit Zusätzen von Polyolen in Motoren, die mit üblichen Kraftstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis betrieben werden, sind bekannt So werden in der DE-AS 17 94 133 Schmieröle beschrieben, die 0,01—5 Gew.% eines Polyols enthalten, das zu 10—40 Gew.% Ethylenoxideinheiten enthält. Ein weiterer Bestandteil der in dieser Schrift beschriebenen Schmierstoffe sind öllösliche substituierte Bernsteinsäureverbindungen.
In DE-PS 22 20 338 werden wasserlösliche Schmiermittel als Metallbearbeitungs- und Hydraulik-Flüssigkeiten offenbart die aus einem relativ großen Mischblock aus statistisch verteilten Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten bestehen.
In DE-OS 23 45 540 werden Schmiermittel für geschlossene ein Kältemittel enthaltende Kältekreisläufe beschrieben, die aus Polyglykolen bestehen.
Zufriedenstellende Schmiermittel für Zweitaktmotoren, die mit Kraftstoffen aus überwiegend Alkoholen betrieben werden, sind zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht bekannt, obgleich durch die in vielen Ländern durchgeführten Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet alternativer Kraftstoffe zunehmend ein Bedarf an zuverlässigen Schmiermitteln für mit solchen Kraftstoffen betriebene Motoren besteht. Auch für Viertakt-Motoren, die mit Mischungskraftstoff auf Alkoholbasis wie Zweitakt-Motoren betrieben werden, sind bisher geeignete Schmiermittel nicht bekannt. Die Schmierung der Pleuelgleitlager, Wälzlager, im Kurbeltrieb und im Nockentrieb in solchen Viertakt-Motoren erfolgt über das aus dem Brennraum kommende über den Kraftstoff eingebrachte öl. Blow-by-Gase, die mit dem öl in Berührung kommen, führen bei Einsatz von Rizinusöl und unlegierten Syntheseölen als Schmiermittel zu Korrosion im Kurbelgehäuse. Auch Esteröle wirken nicht zufriedenstellend infolge der Bildung von Ablagerungen am Kolben und Korrosion an Messingteilen der Kugellager und der Bronzelager am Pleuel.
Wie allgemein bekannt ist, werden aufwendige Untersuchungen durchgeführt zumindest teilweise, Kraftstoffe auf Mineralölbasis durch Methanol- und Ethanolstoffe zu ersetzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Schmiermittel zur Verfügung zu stellen, daß die Anforderungen auf diesem Gebiet erfüllt Es wurden überraschend für den Betrieb von Zweitakt-Motoren und Viertakt-Motoren mit Kraftstoffen, die überwiegend aus Alkoholen bestehen, hervorragende Schmiermittel auf Polyolbasis gefunden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus (A) einem Polyol (Polyolen) mit mehr als 40 Mol.% Propylenoxideinheiten und (B) einem Additiv, das als Komponenten thermisch stabile, aschefreie Detergentien bestehend aus Stickstoff enthaltenden organischen Verbindungen, ein Verschleißschutzadditiv sowie Rost- und Korrosionsinhibitoren enthält, bestehen. An Schmierstoffe für mit Mischungskraftstoff (Schmiermittel im Kraftstoff enthalten) betriebene Zweitakt- und Viertakt-Motoren werden zahlreiche Anforderungen gestellt. Hierzu gehören einwandfreie Löslichkeit im Kraftstoff, bestimmte Viskositäten in Abhängigkeit von der Temperatur, gutes Verschleißschutzverhalten, Aufrechterhaltung der Sauberkeit des Brennraumes, Vermeidung von Verklebungen der Auslaßschlitze, guter Korrosionsschutz, keine Verharzungen und Verlackungen, Ausbleiben von Brückenbildungen an Zündkerzen, keine Ablagerungen in Ringnuten und Kolbenboden, Freigängigkeit der Kolbenringe, ausreichende Schmierwirkung bei Zusatz üblicher Schmiermittelmengen sowie Selbstmischbarkeil mit dem Kraftstoff.
Gute Löslichkeit in Alkoholkraftstoffen besitzen z. B. Polyesterschmiermittel, Polyolether sowie Polyole. Zahlreiche Polyole sind marktübliche Produkte, so z. B. Polyole, die aufgebaut sind aus Polyethylenoxid. aus Gemischen von Polyethylenoxid und Polypropylenoxid, aus Gemischen der genannten Oxide mit weiteren
Olefinoxiden, aus Polypropylenoxid sowie veretherte und teilweise veretherte Polyole.
Überraschend wurde gefunden, daß nur solche Polyole die genannten Erfordernisse bei Einsatz von Kraftstoffen, die überwiegend aus Alkoholen bestehen in hervorragender Weise erfüllen, die aus mehr als 40 MoL% aus Propylenoxideinheiten aufgebaut sind, wobei bis zu 60% Ethylenoxid- oder andere Olefinoxideinheiten enthalten sein können. Ferner haben die Untersuchungen ergeben, daß als Additive thermisch stabile, aschefreie Detergentien im Schmiermittel enthalten sein müssen, bestehend aus Stickstoff enthaltenden organischen Verbindungen, Verschleißschutzkomponenten sowie Rost- und Korrosionsinhibitoren. Als Stickstoff enthaltende Detergentien können z. B.
Reaktionsprodukte durch Umsetzung von Alkylbernsteinsäureanhydrid mit Polyaminen, Benzylamin-Derivate u.a. ίο verwendet werden.
Geeignete Verschleißschutzkomponenten sind z. B.
Thiophosphor- und Thiophosphonsäureester,
Triphenylphosphit u. a.
Geeignete Rostschutzkomponenten sind z. B.
Alkenylbernsteinsäurehalbester.
Fe'.tsäureamide,
Alkyl-phenoxycarbonsäuren,
Substituiertes Imidazolin u. a.
Geeignete Korrosionsinhibitoren sind z. B.
Benzotriazol,
2-Mercaptobenzothiazol,
N-Acylsarcosin u. a.
Die Polyole der erfindungsgemäßen Schmiermittel werden in einer Menge von 0,2 bis 20 Volumenteilen pro Volumenteile Kraftstoff zugesetzt
Die erfindungsgemäßen Schmierstoffe sowie Vergleichsschmierstoffe wurden an besonders hochbeanspruchten mit Methanol- und Ethanolkraftstoffen betriebenen Zweitaktmotoren und Viertaktmotoren getestet
Die zur Untersuchung verwendeten Zweitakt-Testmotoren waren luftgekühlte Motoren mit einem Hubraum von je 35 ecm, einer Leistung von je 1,7 KW (2,3 PS) mit einer Drehzahl von je 10 000 u/min. Die Prüfläufe wurden bei maximaler Leistung mit neuen Motoren ohne Einlaufperiode und einer Laufzeit von jeweils 5 Stunden im Vollastbetrieb und 150—200 Stunden Teillastbetrieb durchgeführt Des weiteren wurden Versuche in Viertakt-Motoren durchgeführt, wie sie z. B. für Modellflugzeuge verwendet werden. Getestet wurden Schmiermitte! aus
1. Esterölen
2. Polyethylenoxid
3. Ethylenoxid-(EO), Propylenoxid-(PO) und Butylenoxid-1,2 (BO)-Einheiten
4. tert-butyliertem Polyethylenoxid
5. tert-butyliertem Polypropylenoxid
Als Kraftstoffe wurden verwendet Reinmethanol, nicht destilliertes techn. Methanol (Rohmethanol), 95%iges Ethanol und Reinethanol sowie Ethanol/Benzin und Methanol/Benzin Gemische. Weitere Bestandteile waren Additive, kleine Mengen an Wasser bzw. kleine Mengen an Ethern und Kohlenwasserstoffen. Das Verhältnis von Schmiermittel zu Kraftstoff betrug 1 :16,1 :40 und 1 :50.
Geprüft wurden:
a) Löslichkeit des Schmiermittels im Kraftstoff
b) Sauberkeit des Brennraumes
c) Sauberkeit der Kolbenringnuten
d) Freßstellen und Riefen an den Motorteilen, Verschleiß
e) Freigängigkeit der Kolbenringe
f) Korrosion an Motorteilen
g) Verlackungen an Kolbenboden und -hemd h) Verklebungen an den Auslaßschlitzen
i) Brückenbildung an Zündkerzen
j) Ablagerungen
In Tabelle 1 sind die Prüfergebnisse zusammengestellt. In allen Versuchen waren dem Schmiermittel 2,8 Gew.% eines Additivs zugesetzt das die oben angegebenen Komponenten enthielt
In Tabelle 2 sind Ergebnisse zusammengestellt, die mit Polyglykolen aus Propylenoxideinheiten von unterschiedlicher Viskosität erhalten wurden.
Angegeben sind Viskositäten bei 500C. Die untersuchten Proben enthielten 2,8 und 3,4 Gew.% eines Additivs, das die oben angegebenen Komponenten enthielt
In Tubeüs 3 ist d«s K.ä!teverh°!ten bei lO-stüiidi^em Stehen in Bezu** suf Ausfällung!! an^^ben. Die Proben enthielten 3,4 Gew.% Additiv.
In Tabelle 4 ist das Kälteverfahren bei 10-stündigem Stehen bei Zusatz von 10 Vol.% Ethanol angegeben. Die Additivmenge betrug 3,4 Gew.%.
Die Untersuchungen zeigen für den Fachmann überraschend, daß Polyglykole die zu mehr als 40 Mol.% aus Propylenoxideinheiten aufgebaut sind, bei allen Tests einwandfreie Ergebnisse liefern, wie Tabelle 1 zeigt. Bei allen anderen Schmiermitteln traten zumindest bei einem Teil der durchgeführten Tests Schaden auf.
Aus Tabelle 2 geht hervor, daß die Schmiermittel auf Propylenoxidbasis auch bei unterschiedlichen Viskositäten einwandfreie Ergebnisse liefern. Nur im Falle der Viskosität 240 treten weniger zufriedenstellende Ergebnis-
se auf.
Die in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Ergebnisse wurden sowohl mit den oben genannten Methanol- als auch Ethanolkraftstoffen erhalten.
Tabelle 3 zeigt, daß im Falle der Viskosität 40 ab —15°C eine leichte Trübung bei 10-stündigem Stehen auftritt, im Falle der Viskositäten 80 und 140 erst bei — 200G Werden 10 Gew.% Ethanol zum Schmiermittel zugefügt, unterbleibt in allen Fällen die Trübung (Tab. 4). Das gleiche wurde gefunden bei 10%igen Zusätzen von Methanol, Isopropanol und n-ButanoL Die Untersuchungen machen deutlich, daß die erfindungsgemä&en Schmiermittel für den Betrieb von Zweitakt- und Viertakt-Motoren mit Alkoholkcaftstoffen, denen das Schmiermittel zugesetzt ist, hervorragend geeignet sind.
1.
Esteröle 		2.
EO 		3.
EO: PO
4:1 		Tabelle 1 EO: PO
0:1 		EO/PO/BO
4:4:1 		4. 5.
löslich löslich löslich EO: PO
1 :1 		löslich löslich löslich löslich
a. Ablage
rungen 		Ablage
rungen 		Ablage
rungen 		löslich sauber Ablage
rungen 		Ablage
rungen 		Ablage
rungen
b. Ablage
rungen 		Ablage
rungen 		Ablage
rungen 		geringe
Ablage
rungen 		sauber Ablage
rungen 		Ablage
rungen 		Ablage
rungen
C. Ver
schleiß 		Ver
schleiß 		Ver
schleiß 		sauber keine keine Ver
schleiß 		Ver
schleiß
d. frei
gängig 		frei
gängig 		frei
gängig 		keine frei
gängig 		frei
gängig 		frei
gängig 		frei
gängig
e. Korro
sion 		Korro
sion 		Korro
sion 		frei
gängig 		Korro
sion 		Korro
sion 		Korro
sion
f. Verlak-
kungen 		Verlak-
kungen 		Verlak-
kungen 		geringe
Korro
sion 		keine Verlak-
kungen 		Verlak-
kungen 		Verlak-
kungen
g· Verkle
bungen 		Verkle
bungen 		Verkle
bungen 		geringe
Verlak-
kungen 		keine Verkle
bungen 		Verkle
bungen 		Verkle
bungen
h. Ansätze Ansätze Ansätze keine keine Ansätze Ansätze Ansätze
i. keine Ausfal
lungen 		Ausfäl
lungen 		keine keine keine Ausfäl
lungen 		Ausfäl
lungen
j· (5° C) nach 10 Std. bezogen auf j.
EO - Ethylenoxid; PO - Propylenoxid; BO - Butylen 		keine
-1,2-oxid.
23 Gew.% Additiv 80 40 120 33 43 816 3,4 Gew.% Additiv Viskositäten 40 80 80 120 120 140 240 leichte Trübung I
40 gut klar gut Tabelle 2 40 80 klar klar gut klar gut klar Trübung
gut sauber klar sauber gut klar klar klar sauber klar sauber klar geringe P[)
Test sauber klar Viskositäten sauber klar klar klar klar klar Ablage
klar klar klar klar klar klar rung (■■■Ι
a. sauber klar sauber 240 klar klar klar sauber klar sauber klar geringe
b. sauber klar Trübung sauber klar klar klar klar klar Ablage
geringe klar klar klar klar klar rung
keine keine Ablage klar klar klar keine klar keine keine
C. Ver rung Ver iV?.
11
schleiß frei frei geringe schleiß frei frei frei
frei gängig gängig Ablage frei gängig 120 gängig gängig !'■
d. gängig keine keine rung gängig keine klar keine keine I
keine keine keine keine keine keine klar keine Verlak- ρ.
e. keine keine klar kungen 140 V:
keine keine frei keine klar keine keine klar :(
f. keine keine keine gängig keine keine klar keine keine klar
g- keine keine keine keine keine leichte Trübung keine klar keine Ausfäl klar I
keine Verlak- keine Tabelle 4 klar lungen klar ^1
h. (bei 5τ C) nach 10 Std. (bezogen auf j.) kungen klar klar η
i. keine Viskositäten (mit Alkohol) klar h
j. keine klar
Ausfäl klar
lungen
Tabelle 3
leichte Trübung
klar
Temp./" C
+ 55°
+ 10°
+ 5°
+ 0°
- 5°
-10"
-15°
-20°
TempyC
+ 15°
+ 10°
+ 5°
± 0°
- 5°
-10°
-15°
-20°

Claims (7)

Patentansprüche
1. Schmiermittel auf Polyolbasis für Zweitakt- und Viertakt-Motoren, bei Betrieb derselben mit Kraftstoffen, die überwiegend aus Alkoholen bestehen und denen das Schmiermittel zugesetzt ist, dadurch gekennzeichnet daß es aus (A) einem Polyol (Polyolen) mit mehr als 40 MoL% Propylenoxideinheiten und (B) einem Additiv, das als Komponenten thermisch stabile, aschefreie Detergentien bestehend aus Stickstoff enthaltenden organischen Verbindungen, ein Verschleißschutzadditiv sowie Rost- und Korrosionsinhibitoren enthält, besteht
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das (die) Polyol(e) aus mindestens 75% Propylenoxideinheiten besteht (bestehen).
3. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die Komponente (A) ein Gemisch von Polyolen verschiedener Viskosität bestehend aus mehr als 40 MoL% Propylenoxideinireiten ist
4. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Komponente (A) ein Gemisch aus Polyolen verschiedener Viskosität bestehend aus mindestens 75% Propylenoxideinheiten ist
5. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlich Alkohole enthalten sind.
6. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Alkoholzusätze Ci -Cs- Alkohole sind.
7. Verwendung des Schmiermittels nach den Ansprüchen 1 bis 6, als Zusatz zu überwiegend aus Alkoholen bestehenden Kraftstoffen für Zweitakt- und Viertakt-Motoren, wobei das Schmiermittel dem Kraftstoff in einer solchen Menge zugesetzt ist daß das Polyol (die Polyole) in einer Menge von 0,2—20 Volumen ι eilen pro 100 Volumenteile Kraftstoff enthalten ist (sind).
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