DE4202034A1

DE4202034A1 - Hydraulikfluessigkeiten

Info

Publication number: DE4202034A1
Application number: DE4202034A
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter Grasshoff; Dietrich Pirck
Original assignee: RWE Dea AG fuer Mineraloel und Chemie; RWE Dea AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 1992-01-25
Filing date: 1992-01-25
Publication date: 1993-07-29
Also published as: WO1993015167A1; US5474714A; AU3343493A; EP0623164A1; DE59301340D1; EP0623164B1

Description

Die Erfindung betrifft Hydraulikflüssigkeiten, insbesondere zur Schwingungsdämpfung und Niveauregulierung bei Fahrzeugen bestehend aus einer oder mehreren Basisflüssigkeiten und Additiven.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden als Hydraulikflüssigkeiten ausgewählte Mineralölfraktionen in Kombination mit geeigneten Schmierstoffadditiven eingesetzt. Diese genügen im allgemeinen den gestellten Anforderungen im Hinblick auf Schmiereigenschaften und Alterungsbeständig keit. Sie sind aber weder ausreichend schnell abbaubar noch befriedigen sie in ökotoxikologischer Hinsicht. Sie stellen somit eine erhebliche Umweltbelastung dar. Wegen insbesondere bei Stoßdämpfern regelmäßig auftretender, nicht kontrollierbarer Ölverluste werden umweltfreundliche Hy draulikflüssigkeiten dringend benötigt.

Es wurde daher versucht, die betreffenden Mineralöl produkte durch Naturstoffe wie zum Beispiel pflanzliche Öle zu ersetzen.

Beispielsweise zeigen Raps- und Sonnenblumenöl eine hohe Schmierfähigkeit sowie ein ausgezeichnetes Viskositäts- Temperatur-Verhalten (VT-Verhalten). Alterungs- und Tief temperaturverhalten sind jedoch unbefriedigend, so daß auf diese Stoffe nicht ausgewichen werden konnte.

Einen begrenzten Einsatz in der Industrie-Hydraulik finden Polyethylenglykole. Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen aber sind diese Stoffe nicht geeignet, da das Kältefließverhalten unzureichend ist.

Schließlich hat man auch gesättigte Dicarbonsäureester und Polyolester untersucht, die zwar eine befriedigende Abbau rate und gute thermische Stabilität zeigen, jedoch einen Viskositätsindex (VI) aufweisen, der noch deutlich unterhalb der Werte für die natürlichen Ölsäureester liegt. Weiterhin ist das Elastomerquellverhalten gegenüber dem technisch üblichen NBR-Material (Nitrilkautschuk) nicht vertretbar.

Es bestand somit die Aufgabe, Hydraulikflüssigkeiten bereit zustellen, die sowohl den erforderlichen technischen als auch strengen ökologischen Anforderungen insbesondere hin sichtlich der biologischen Abbaubarkeit gerecht werden.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß diese Hydraulikflüssigkeiten als Basisflüssigkeiten Ver esterungsprodukte aus einfach-ungesättigten, nicht ver zweigten Fettsäuren mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen und 2-Alkyl-1-alkanolen mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen so wie ökologisch verträgliche Additive enthalten.

Bevorzugt wurde als Fettsäure die Ölsäure eingesetzt. Bevor zugte Alkanole sind solche mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, insbesondere solche mit 12 bis 16 Kohlenstoffatomen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in den Hydraulikflüssigkeiten neben der oder den erfindungsgemäßen Basisflüssigkeiten an sich bekannte Basisflüssigkeiten ent halten.

Überraschend wurde gefunden, daß Veresterungsprodukte dieser einfach-ungesättigten, nicht-verzweigten Fettsäuren mit den genannten 2-Alkyl-1-alkanolen als Hydraulikflüssigkeiten neben der biologischen Abbaubarkeit auch die technischen Anforderungen in sehr befriedigender Weise erfüllen. Hierzu zählen insbesondere folgende Kriterien:

a) Viskositätslage von etwa 20 bis 35 mm²/s bei 20 °C
b) günstiges Viskosität-Temperatur-Verhalten (VT), Viskositätsindex (VI) = 150 min,
c) gutes Kältefließverhalten bei -40°C, max. 2000 mPa·s,
d) geringe Flüchtigkeit, 1 h/150°C/<5%,
e) ausreichende thermische Alterungsstabilität bis 130°C min, und
f) ausreichende Dichtungsmaterialbeständigkeit.

Hinsichtlich der ökologischen Verträglichkeit werden fol gende Ansprüche gestellt:

a) biologische Abbaubarkeit nach CEC-L-33-T82, 80% min,
b) Wassergefährdungsklasse, WGK = 0
c) keine Einzelkomponenten dürfen einer Gefahrenstoff kennzeichnung unterliegen oder eine WGK von < 1 be sitzen.

Diese Anforderungen werden von den erfindungsgemäßen Hydraulikflüssigkeiten erfüllt. Insbesondere sind hierbei hervorzuheben

- die sehr hohe biologische Abbaurate,
- die überraschend gute thermische Alterungsstabilität, sowie
- das günstige Viskosität-Temperatur-Verhalten (VT).

Die erfindungsgemäßen Basisflüssigkeiten werden in an sich bekannter Weise durch Veresterung hergestellt, etwa in Gegenwart von Zirkon- bzw. Titankontakten und Schlepp mitteln sowie mittels Strippverfahren. Sie enthalten vor zugsweise Estergemische der nachfolgend genannten Kompo nenten.

Aus Gründen der kommerziellen Verfügbarkeit und Preiswürdig keit wurde für die Gruppe der Fettsäuren die Octadecen säure (Ölsäure) für anwendungstechnische Untersuchungen und Feldversuche eingesetzt. Darüber hinaus lassen sich aber auch zum Beispiel folgende Verbindungen verwenden:

9c-Dodecensäure (Lauroleinsäure) C₁₂H₂₂O₂
9c-Tetradecensäure (Myristoleinsäure) C₁₄H₂₆O₂
9c-Hexadecensäure (Palmitoleinsäure) C₁₆H₃₀O₂
6c-Octadecensäure (Petroselinsäure) C₁₈H₃₄O₂
6c-Octadecensäure (Petroselaidinsäure) C₁₈H₃₄O₂
9c-Octadecensäure (Ölsäure) C₁₈H₃₄O₂
9t-Octadecensäure (Elaidinsäure) C₁₈H₃₂O₂
9c,12c-Octadecadiensäure (Linolsäure) C₁₈H₃₂O₂
9c,12t-Octadecadiensäure (Linolaidinsäure) C₁₈H₃₂O₂
9c,12c,15c-Octadecatriensäure (Linolsäure) C₁₈H₃₀O₂
9c,11t,13t-Octadecatriensäuren (α-Eläostearinsäure) C₁₈H₃₀O₂
9c,11t,13t-Octadecatriensäure (β-Eläostearinsäure) C₁₈H₃₀O₂
9c-Eicosensäure (Gadoleinsäure) C₂₀H₃₈O₂
5,8,11,14-Eicosatetraensäure (Arachidonsäure) C₂₀H₃₂O₂
13c-Docosensäure (Erucasäure) C₂₂H₄₂O₂
13t-Docosensäure (Brassidinsäure) C₂₂H₄₂O₂
4,8,12,15,19-Docosapentaensäure (Clupanodonsäure) C₂₂H₃₄O₂

Als bevorzugte Vertreter der 2-Alkyl-1-alkanole werden folgende Verbindungen eingesetzt:

2-Butyloctanol, 2-Hexyldecanol, 2-Butyldecanol,
2-Octyldecanol, 2-Hexyloctanol, 2-Hexyldodecanol,
2-Octyldodecanol, 2-Decyltetradecanol.

Die eingesetzten 2-Alkyl-1-alkanole haben die allgemeine Formel

mit der linearen Hauptkette R₁ = Alkyl mit 6 bis 14 C-Atomen, vorzugsweise 8 bis 12 C-Atomen, und verzweigt mit der line aren Seitenkette R₂ = Alkyl mit 2 bis 10 C-Atomen vorzugs weise 4 bis 8 C-Atomen. Sie sind unter der Bezeichnung Guerbet-Alkohole bekannt und in technischen Verfahren zu gänglich.

Um im Einzelfall spezifische Eigenschaften der Hydraulik flüssigkeiten zu verbessern, werden den Veresterungs produkten übliche Additive zugefügt, und zwar insbesondere bis zu 5 Gew.% ökologisch verträgliche Additive bezogen auf die Gesamthydraulikflüssigkeit, u. a. Alterungsschutz-, Verschleißschutz-, Korrosionsschutz- und Antischaum-Kompo nenten. Die Auswahl dieser Komponenten erfolgt nach den Vorgaben des betreffenden Einsatzgebietes, wie z. B. in Dämpfungssystemen für PKW, Nutzfahrzeuge, Eisenbahnen.

Beispiele

Alle Beispiele wurden jeweils mit 1% Antioxidant, einem kom merziellen Gemisch aus hydroxylierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, und 1% Verschleißschutz, einem kom merziellen Thiophosphorsäureester addiviert.

Die eingesetzten Ester und die Ergebnisse der Vergleichsver suche sind den Tabellen 1 und 2 zu entnehmen, wobei die folgenden Prüfmethoden zur Anwendung kamen:

- Alle Viskositätsmessungen entsprechend DIN 51 562
- Viskositätsindex entsprechend DIN-ISO 2909
- Pourpoint (PP) entsprechend DIN-ISO 3016
- Verdampfung nach Noack entsprechend DIN 51 581
- Standard-Referenzelastomer NBR-1, Volumenquellung für 168 h/100°C
- Bestimmung der Verschleißkennwerte im Vierkugel apparat (VKA) entsprechend DIN 51 350 T5
- Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit nach 21 Tagen entsprechend Norm CEC L-33-T-82
- Künstliche Alterung von Schmierölen bei 120°C in Gegenwart von Eisenspänen.

Beispiel 1 (Vergleich)

Im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Hydraulikflüssigkeiten zeigte raffiniertes Rapsöl ein hervorragendes VT-Verhalten (VI), jedoch waren die Kälteeigenschaften (Tabelle 1) nicht akzeptabel für den Außeneinsatz.

Beispiel 2 (Vergleich)

Ein synthetisches, kommerzielles Polyoleat auf Basis eines Polyol-Ölsäureesters mit einer Jodzahl von 48 und einer Verseifungszahl von 265 (Oleatester A) verfehlte da gegen nur knapp die Viskositätslage und Kälteanforderungen (Tabelle 1). Allerdings waren sehr deutliche Alterungser scheinungen sowie eine überhöhte Quellneigung (Tabelle 2) nachweisbar.

Beispiel 3 (erfindungsgemäß)

Der synthetische Oleatester B hat die folgende Zusammen setzung:

2-Butyloctanol-oleat\|15%
2-Butyldecanol-oleat	50%
1-Hexyldecanol-oleat	35%

Die Meßdaten zeigten Ergebnisse, die den technischen An forderungen gerecht wurden. In Fig. 1 ist hierzu der VT- Verlauf zwischen -40°C und +120°C im Vergleich zu einem konventionellen Stoßdämpferöl (Serienöl) aufgezeigt.

Darüber hinaus wurden mit den erfindungsgemäßen Hydraulik flüssigkeiten Stoßdämpfer-Dauerlaufversuche bei 85°C (1 Mill. Hübe) durchgeführt, die eine nur sehr geringe Öl alterung ergeben haben. In einem 3-fach-Versuch wurden folgende Daten erhalten:

a. Kältefunktions-/Dichtungstest

Befüllte Stoßdämpfer wurden bei -40°C 24 Stunden ge lagert und mit max. 0,52 m/s auf +120°C gefahren.
Test bestanden

b. Reibungs-/Graunztest

Befüllte Stoßdämpfer wurden durch langsames, kurz hubiges Ein- und Ausfahren der Kolbenstange auf Reibungsgeräusche untersucht.
Test bestanden

c. Dämpfungscharakteristik

Befüllte Stoßdämpfer wurden im Bereich von -40°C bis +180°C mit Hubgeschwindigkeiten zwischen 0,01 bis 0,52 m/s Dämpfkraftmessungen unterworfen.
Test bestanden

d. Dauerprüflauf

Befüllte Stoßdämpfer wurden im Dauerlaufprüfstand über 500 h mit einer Überlagerungsfrequenz von 1/12 Hz belastet. Beurteilt wurden mechanischer Ver schleiß, Veränderung der Dämpfkraft und mögliche Ölverluste.
1·10⁶ Hübe bei 85°C
Ölverlust 1%
Viskositätszunahme +4,5% bei 40°C.

Die übrigen Vergleichsbeispiele wurden mit den folgenden kommerziell erhältlichen Flüssigkeiten durchgeführt:

Beispiel 4 (Vergleich) Diisodecylazelainsäureester
Beispiel 5 (Vergleich) Di-ethylhexylsebacat
Beispiel 6 (Vergleich) Dialkylazelainsäureester
Beispiel 7 (Vergleich) Trimethylolpropan-Komplexester
Beispiel 8 (Vergleich) Polyethylenglykol

Claims

1. Hydraulikflüssigkeiten insbesondere zur Schwingungs dämpfung und Niveauregulierung bei Fahrzeugen, bestehend aus einer oder mehreren Basisflüssigkeiten und Addi tiven dadurch gekennzeichnet, daß diese als Basisflüssigkeiten Veresterungsprodukte aus ein fach-ungesättigten, nicht-verzweigten Fettsäuren mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen und 2-Alkyl-1-alkanolen mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen enthalten sowie ökologisch verträgliche Additive.

2. Hydraulikflüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fettsäure die Ölsäure eingesetzt wird.

3. Hydraulikflüssigkeiten nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkanole solche mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, insbe sondere solche mit 12 bis 16 Kohlenstoffatomen einge setzt werden.

4. Hydraulikflüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese neben der oder den beanspruchten Basisflüssigkeiten an sich bekannte Basisflüssigkeiten enthalten.

5. Hydraulikflüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie bezogen auf die Gesamtzusammensetzung 0,1 bis 5 Gew.% ökologisch verträgliche Additive enthalten.