DE4217565A1 - Schmiermittelzusammensetzung fuer hochtemperatur-, hochgeschwindigkeits- und hochbelastungs-lager - Google Patents
Schmiermittelzusammensetzung fuer hochtemperatur-, hochgeschwindigkeits- und hochbelastungs-lagerInfo
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Description
Um mit den jüngsten Neuerungen und Entwicklungen in der
Maschinentechnologie Schritt zu halten, werden in unter
schiedlichsten Maschinenteilen verwendete Lager immer
strengeren Gebrauchsbedingungen unterzogen. Insbesondere
sind Lager, die in elektrischen Kaftfahrzeugelementen,
wie Wechselstromgeneratoren, elektromagnetischen Kupplun
gen und Leitrollen, eingesetzt werden, sehr strengen Ge
brauchsbedingungen einschließlich höherer Temperaturen
aufgrund von Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit von
Maschinen, wie wärmeerzeugenden Elementen, höherer Ge
schwindigkeiten aufgrund von Verbesserungen in der Lei
stungsfähigkeit von Teilen und höheren Belastungen auf
grund der Zunahme der Riemenspannung ausgesetzt. Diese
Lager sind auch mit dem Problem des Rostens aufgrund ei
nes Eindringens von Salzwasser oder Meerwasser behaftet.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine schmierende
Schmiermittelzusammensetzung, die bei derartigen Hoch
temperatur-, Hochgeschwindigkeits- und Hochbelastungs-
Lagern verwendbar ist.
Schmiermittel, die bisher bei derartigen Hochtemperatur-,
Hochgeschwindigkeits- und Hochbelastungs-Lagern verwendet
wurden, sind solche unter Verwendung einer Diharnstoff
verbindung, welche Cyclohexylgruppen als vorwiegende End
gruppen enthält, als Verdicker und als Basisöl eines
Poly-α-olefin-Schmiermittels.
Bei den immer härteren Anwendungsbedingungen werden sol
che herkömmlichen Diharnstoff-Schmiermittel, welche Cyclo
hexylgruppen als überwiegende Endgruppen enthalten, vor
zeitig unter Hochtemperatur- und Hochgeschwindigkeitsbe
dingungen erweicht, derart, daß ihr Lecken auf den Lagern
zunimmt. Überdies befindet sich ein Poly-α-olefin-
Schmiermittel nahe an seinem Maximum hinsichtlich Wärme
beständigkeit und oxidativer Stabilität, so daß es schwie
rig wurde, bei Schmiermitteln, die das Schmiermittel als
Basisöl enthalten, eine zufriedenstellende Schmierdauer
zu erzielen. Weiterhin beinhalten herkömmliche Schmier
mittel das Problem, das Lager einem vorzeitigen Ablösen bzw. Ausflocken
unterliegen. Wirksam hinsichtlich der Verbesserung die
ser Probleme sind Schmiermittel, die als Verdicker eine
aromatische Gruppen als vorwiegende Endgruppen enthalten
de Diharnstoffverbindung aus den in der japanischen offen
gelegten Patentanmeldung (Kokai) HEI 1-2 59 097 offenbar
ten und als Basisöl ein Alkyldiphenylether-Schmiermittel
verwenden. Schmiermittel, die von diesem Verdicker Ge
brauch machen, sind jedoch von den Problemen begleitet,
daß sie hinsichtlich der Fluidität unterlegen sind und
unter hohen Belastungsbedingungen nicht genügend Schmier
mittel in die geschmierten Teile fließen können und die
Lager sich vorzeitig festfressen.
Ein von der vorliegenden Erfindung nachgesuchtes Ziel be
steht darin, eine Schmiermittelzusammensetzung bereitzu
stellen, die nicht nur unter Bedingungen hoher Temperatur
und hoher Geschwindigkeit eine lange Schmiermittelnutzungs
dauer besitzt, sondern auch lange Nutzungsdauer ohne vor
zeitiges Festfressen, selbst unter Bedingungen hoher Bela
stung, und kein vorzeitiges Ausflocken bzw. Ablösen der Lager verursacht.
Derartige Lagerschmiermittel für elektrische Elemente
müssen auch rostinhibierende Eigenschaften im Einblick
auf ein mögliches Eindringen von Salzwasser und Meerwasser
besitzen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,
solche rostinhibierenden Eigenschaften zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung wurde als Ergebnis umfangrei
cher Untersuchungen erstellt, die im Hinblick auf die Lö
sung der vorstehend beschriebenen Probleme durchgeführt
wurden.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten
Aspekt eine Schmiermittelzusammensetzung für hohe Tempe
ratur, hohe Geschwindigkeit und hohe Belastung, enthal
tend
(i) ein Basisschmieröl, bestehend aus einem Al
kyldiphenylether-Schmiermittel als wesentlichem Bestand
teil mit einer kinematischen Viskosität von 90 bis
160 cSt bei 40°C, und
(ii) 22 bis 30 Gew.%, bezogen auf die Schmiermit
telzusammensetzung, einer Diharnstoffverbindung als Ver
dicker, wobei diese Diharnstoffverbindung durch die fol
gende Formel wiedergegeben wird:
worin R2 eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6
bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, R1 und R3 eine aroma
tische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 12 Kohlenstoff
atomen oder eine lineare Alkylgruppe mit 8 bis 20 Kohlen
stoffatomen bezeichnen und der Anteil der aromatischen
Gruppen in R1 und R3 70 bis 95 Mol-% beträgt;
wobei der NLGI-Dickegrad der Zusammensetzung im Bereich von Nr. 1 bis
Nr. 3 liegt. NLGI steht hierbei für National Lubricating Gase Institute.
Vorzugsweise enthält die Schmiermittelzusammensetzung
weiterhin ein rostinhibierendes Additiv, bestehend aus
(i) einem Organosulfonatsalz, (ii) einem Nitrit und (iii)
einem nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittel, dessen
HLB 1,5 bis 9 beträgt, jeweils in einer Menge von 0,1
bis 10 Gew.%, bezogen auf die Schmiermittelzusammensetzung.
Die erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzung kann zu
friedenstellende Leistungsfähigkeit zeigen, wenn sie in
Lagern für elektrische Kraftfahrzeugteile eingesetzt wird,
wie Wechselstromgeneratoren, bei denen herkömmliche
Schmiermittel aufgrund noch härterer Gebrauchsbedingungen
hoher Temperatur, hoher Geschwindigkeit und hoher Bela
stung nicht mehr anwendbar waren. Die erfindungsgemäße
Schmiermittelzusammensetzung zeigt auch überlegene rost
inhibierende Eigenschaften, selbst unter harten Bedin
gungen.
Das in der erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzung
verwendete Alkyldiphenylether-Schmiermittel wird durch
Additionsreaktion zwischen 1 Mol Diphenylether und 1 bis
3 Molen eines α-Olefins mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen
erhalten.
Das Alkyldiphenylether-Schmiermittel ist eine
farblos bis gelbe, klare Flüssigkeit und ist eine an sich
bekannte Substanz, obgleich ihre Eigenschaften in Abhän
gigkeit von der Kohlenstoffanzahl und der Anzahl addier
ter Mole α-Olefin variieren. Was die Alkyldiphenylether-
Schmiermittel anbelangt, werden Rotationspumpenöle, die
ein Alkyldiphenylether-Schmiermittel als wesentlichen Be
standteil enthalten, in der japanischen Patentpublikation
(Kokai) SHO 51-44 263, Meerwasser-beständige Betriebsöle
in der japanischen Patentpublikation (Kokai) SHO 52-1722,
Diffusionspumpenöle in der japanischen Patentpublikation
(Kokai) SHO 52-24 628 und Kettenschmieröle in der japani
schen Patentpublikation (Kokai) SHO 58-2251 geoffenbart.
Weiterhin werden ein Alkyldiphenylether-Schmiermittel als
wesentlichen Bestandteil enthaltende Schmiermittel in
den japanischen offengelegten Patentanmeldungen SHO 1-
2 59 097 und 3-28 299 offenbart. Die kinematische Viskosität
bei 40°C ist auf 90 bis 160 cSt bei der vorliegenden Er
findung beschränkt, da kinematische Viskositäten von ge
ringer als 90 cSt zu einem erheblichen vorzeitigen Aus
flocken der Lager führen, während kinematische Viskositä
ten von höher als 160 cSt zu Schmiermittelzusammensetzun
gen mit großem Bewegungswiderstand bei niedrigen Tempera
turen führen, um die Betriebsbereitschaft der Lager zu
beeinträchtigen, derart, daß die Schmiermittel Zusammensetzungen
für praktische Anwendungen ungeeignet sind. Ob
gleich hinsichtlich des Gehalts des Alkyldiphenylether-
Schmiermittels bei der vorliegenden Erfindung keine spe
ziellen Einschränkungen vorliegen, kann sein Gehalt vor
zugsweise 50 Gew. % oder mehr, basierend auf dem Basisöl,
betragen, um ein Schmiermittel mit langer Nutzungsdauer
bei erhöhten Temperaturen zu erhalten. In diesem Fall kann
das in Kombination verwendbare Basisöl beispielsweise ein
Mineralöl, ein synthetisches Ester-Schmiermittel, ein
synthetisches Kohlenwasserstoff-Schmiermittel oder ein
von den Alkyldiphenylether-Schmiermitteln verschiedenes
synthetisches Phenylether-Schmiermittel sein.
Weiterhin wird die Verdicker-Diharnstoffverbindung, die
durch die vorstehende Formel wiedergegeben wird, im all
gemeinen durch Umsetzung zwischen einem Diisocyanat und
einem Monoamin erhalten. Die Diharnstoffverbindung ist
auf die als vorwiegende Endgruppen aromatische Gruppen
enthaltende bei der vorliegenden Erfindung beschränkt,
wodurch ein vorzeitiges Lecken aus einem Lager unter Be
dingungen hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit mi
nimal gehalten wird. Zusätzlich sind, um dem vorzeitigen
Festfressen eines Lagers unter Bedingungen hoher Bela
dung aufgrund unzureichender Fluidität, die ein Nachteil
der Verdicker dieses Typs ist, Herr zu werden, lineare
Alkylgruppen als wesentliches Erfordernis an Endgruppen
bei der vorliegenden Erfindung eingeführt, derart, daß
das vorstehende Problem gelöst ist. Der Anteil solcher
aromatischer Kohlenwasserstoffgruppen in R1 und R3 wird
für einen Bereich von 70 Mol-% bis 95 Mol-% spezifiziert,
da Anteile von geringer als 70 Mol-% die Fluidität zu
sehr beeinträchtigen, derart, daß ein stärkeres Lecken
des Schmiermittels stattfindet, um die Nutzungsdauer un
ter Bedingungen hoher Temperatur zu verkürzen, und Antei
le von mehr als 95 Mol-% zu Schmiermitteln ohne wesent
liche Fluidität führen, derart, daß ein vorzeitiges Fest
fressen eines Lagers unter Bedingungen hoher Belastung
stattfindet. Überdies ist der Gehalt der Diharnstoffver
bindung auf 22 bis 30 Gew.%, bezogen auf die Schmiermit
telzusammensetzung, begrenzt, und der NLGI-Dickegrad ist
auf den Bereich von Nr. 1 bis Nr. 3 begrenzt, mit anderen
Worten, die Dicke ist begrenzt auf den Bereich von 340
bis 220, da das anfängliche Lecken unter Bedingungen
hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit stark wird,
wenn der Gehalt geringer als 22 Gew.% beträgt oder die
Dicke geringer als Nr. 1 ist, und der Bewegungswiderstand
eines Schmiermittels bei niedrigen Temperaturen groß
wird, um die Betriebsbereitschaft eines Lagers zu beein
trächtigen, wenn der Gehalt 30 Gew.% überschreitet oder
die Dicke größer als Nr. 3 wird. Aus diesen Gründen sind
die ganz bevorzugten Bereiche für Gehalt und Dicke von
24 Gew.% bis 28 Gew.% bzw. von 310 bis 250.
Beispiele für das Diisocyanat, das nach der obigen Reak
tion R2 wird, umfassen aromatische Isocyanate, wie 2,4-
Tolylendiisocyanat, 2,6-Tolylendiisocyanat, Diphenyl
methan-4,4′-diisocyanat und Naphthylen-1,5-diisocyanat
sowie Mischungen hiervon. Beispiele für das Monoamin, das
R1 und R3 wird, umfassen aromatische Amine, wie Anilin,
Benzylamin, Toluidin und Chloranilin, sowie lineare Amine,
wie Octylamin, Nonylamin, Decylamin, Undecylamin, Dode
cylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin, Pentadecylamin,
Hexadecylamin, Heptadecylamin, Octadecylamin, Nonyldecyl
amin und Eicosylamin.
Die bevorzugte erfindungsgemäße Schmiermittelzusammen
setzung sieht das zusätzliche Einbringen des rostinhi
bierenden Additivs vor, nämlich des Organosulfonatsalzes
als öllöslicher Rostinhibitor, des Nitrits als wasser
löslicher Rostinhibitor und des nicht-ionischen oberflä
chenaktiven Mittels, jeweils in einer Menge von 0,1 bis
10 Gew.%, bezogen auf die Schmiermittelzusammensetzung.
Ein Organosulfonatsalz wird im allgemeinen durch RSO3-M
wiedergegeben. Beispiele für RSO3 an der sauren Seite um
fassen Reste der Petrolsulfonsäuren und Dinonylnaphtha
linsulfonsäure, während Beispiele für M an der Alkali
seite Metalle, wie Ba, Ca, Zn, Pb, Na und Li, NH4⁺ und
Reste von Aminen, wie H2N(CH2)2NH2, umfassen. Ein Bei
spiel für das Nitrit umfaßt Natriumnitrit. Natriumnitrit
ist im Handel in mit einem oberflächenaktiven Mittel kom
binierter Form erhältlich, derart, daß seine Dispersion
in Öl verbessert ist (nachfolgend als "Natriumnitrit
dispersion" bezeichnet). Sie sind ebenfalls verwendbar.
Beispiele für das nicht-ionische oberflächenaktive Mit
tel, dessen HLB 1,5 bis 9 beträgt, umfassen Esterverbin
dungen, wie Glycerinfettsäureester, Polyglycerinfettsäure
ester, Sorbitanfettsäureester, Pentaerythritfettsäure
ester und Polyoxyethylenfettsäureester, ebenso wie Ether
verbindungen, wie Polyoxyethylenalkylphenylether. Die
Wirksamkeit dieser Rostinhibitor-Formulierung wird in
der offengelegten japanischen Patentanmeldung (Kokai)
HEI 3-2 00 898 geoffenbart. Der Zusatz dieser Rostinhibi
tor-Formulierung kann ein Schmiermittel ergeben, das
noch besser als Lagerschmiermittel für elektrische Kraft
fahrzeugteile ist.
Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Schmiermittelzusam
mensetzung weiterhin mit Additiven, wie Oxidationsinhibi
toren, Additiven für extremen Druck, Mittel für Öligkeit
bzw. Schmierigkeit und festen Gleitmitteln ebenso wie
mit Korrosionsinhibitoren, angeführt von Benzotriazol,
sofern erforderlich, versetzt werden.
Erfindungsgemäß umfaßt eine Schmiermittelzusammensetzung
ein Basisschmieröl, bestehend aus einem Alkyldiphenyl
ether-Schmiermittel als wesentlichem Bestandteil mit ei
ner kinematischen Viskosität von 90 bis 160 cSt bei 40°C,
und als Verdicker 22 bis 30 Gew.% einer Diharnstoffver
bindung der vorstehend beschriebenen Formel. Der NLGI-
Dickegrad der Schmiermittelzusammensetzung liegt im Be
reich von Nr. 1 bis Nr. 3. Selbst unter Bedingungen hoher
Temperatur und hoher Geschwindigkeit entwickelt die Schmier
mittelzusammensetzung nicht viel anfängliches Lecken aus
einem Lager und besitzt daher eine lange Nutzungsdauer.
Zusätzlich hat die Schmiermittelzusammensetzung das vor
zeitige Ausflocken der Lager gelöst, verursacht kein vor
zeitiges Festfressen, selbst unter Bedingungen hoher Be
lastung, und kann ausgezeichnete Schmiereigenschaften
über eine - lange Zeitdauer beibehalten.
Ausgezeichnete rostinhibierende Eigenschaften wurden auch
verliehen, indem man als Rostinhibitoren ein Organosulfo
natsalz, ein Nitrit und ein nicht-ionisches oberflächen
aktives Mittel, dessen HLB 1,5 bis 9 beträgt, jeweils in
Mengen von 0,1 bis 10 Gew.% zusetzte. Diese Wirkungen
scheinen aus den Gründen, die als nächstes beschrieben
werden, zustandegekommen zu sein.
Um das anfängliche Lecken unter Bedingungen hoher Tempera
tur und hoher Geschwindigkeit zu reduzieren, ist es not
wendig, daß ein Verdicker in einer bestimmten Menge oder
mehr enthalten ist. Da ein Schmiermittel eine Mischung
eines Basisöls in Form einer Flüssigkeit und eines Ver
dickers in Form eines Feststoffs ist, zeigt das Schmier
mittel vorwiegend Eigenschaften als Flüssigkeit bei
niedrigen Verdickergehalten, derart, daß die Schmier
mittelzusammensetzung zu einem Erweichen und Lecken neigt.
Verglichen mit anderen Verdickern vom Harnstoff-Typ und
Verdickern vom Seifen-Typ, muß der bei der Erfindung ver
wendete Verdicker vom Harnstoff-Typ, dessen Endgruppen
vorwiegend aromatische Gruppen sind, in einer größeren
Menge zugegeben werden, um ein Schmiermittel der glei
chen Härte zu ergeben. Es scheint daher, daß Eigenschaf
ten als Flüssigkeit an dem Schmiermittel weniger zutage
treten, wodurch das anfängliche Lecken reduziert wird.
Unter solchen Verdickern vom Harnstoff-Typ sind Harn
stoff-Schmiermittel, die aromatische Endgruppen enthal
ten, im Hinblick auf Wärmebeständigkeit ausgezeichnet,
und wenn sie mit einem Alkyldiphenylether-Schmiermittel
kombiniert sind, das ebenfalls ausgezeichnete Wärmebe
ständigkeit und Oxidationsstabilität besitzt, wurden lan
ge Nutzungszeiten unter Bedingungen hoher Temperatur und
hoher Geschwindigkeit erreicht.
Zur Erzielung einer ausreichenden Nutzungsdauer, selbst
unter Bedingungen hoher Belastung, nimmt man andererseits
an, daß die Fließfähigkeit eines Schmiermittels in ein
geschmiertes Teil eine wichtige Rolle spielt. Ein Schmier
mittel, das als Verdicker eine Diharnstoffverbindung ent
hält, deren Endgruppen lediglich aus aromatischen Gruppen
bestehen, besitzen lange Nutzungsdauer unter Bedingungen
hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit, wie vorste
hend beschrieben. Unter Bedingungen hoher Belastung je
doch tritt ein vorzeitiges Festfressen auf, derart, daß
die Nutzungsdauer stark verkürzt ist. Ein Grund hier
für beruht darauf, daß das Schmiermittel wahrscheinlich
in der Fluidität aufgrund der Natur des Verdickers unter
legen ist, so daß das Schmiermittel in der Fließfähigkeit
in ein geschmiertes Teil unterlegen wäre. Selbst mit
Schmiermitteln dieses Typs kann unter Bedingungen hoher
Temperatur und hoher Geschwindigkeit ihre Fluidität durch
die Temperatur und die Geschwindigkeit erhöht werden, so
daß sie wahrscheinlich zu einem geschmierten Teil fließen
können. Dies kann jedoch nicht unter Bedingungen hoher
Belastung erwartet werden, weshalb ein geschmiertes Teil
nicht mit ausreichend Schmiermittel versorgt werden kann.
Dies wird als Ursache für das Festfressen angesehen. Er
findungsgemäß scheint das Einführen linearer Alkylgruppen
in eine Diharnstoffverbindung mit Endgruppen, die vor
wiegend aus aromatischen Gruppen bestehen, dem Schmier
mittel Fluidität verliehen zu haben, ohne daß dessen
Hochtemperatur- und Hochgeschwindigkeits-Eigenschaften
beeinträchtigt werden, wodurch wahrscheinlich das vorzei
tige Festfressen überwinden wird.
Im Hinblick auf das Phänomen eines vorzeitigen Ausflockens
eines Lagers können Zusammenhänge zwischen dem Phänomen
des vorzeitigen Ausflockens und der Art und Menge des Ver
dickers und der Viskosität des Basisöls beobachtet werden.
Unter diesen werden die Beziehungen zwischen dem Phänomen
des vorzeitigen Ausflockens und der Art und Menge des Ver
dickers von Kimura et al. in "Study on Rolling Surfaces
of Bearings Lubricated with Urea Greases" (Kimura,
Tsuchiya, Suda und Endo: "Preprint of the 31th Spring
Symposium of Japanese Society of Lubrication", 325
(1987)) erhellt. Es wird angegeben, daß im Unterschied
zu Schmiermitteln des Metallseifen-Typs ein Harnstoff-
Schmiermittel eine Ablagerung, die als Federung dienen
kann, aus einer Verdicker- ebenso wie einer Eisenoxid-
Schicht auf der rollenden Oberfläche eines Lagers bildet
und daher einen Verschleiß verhindert. Der Anti-Ausflock
effekt des Harnstoff-Schmiermittels wurde auch bei der
vorliegenden Erfindung beobachtet, und man fand, daß er
mit der Menge der Harnstoffverbindung korreliert. Mit an
deren Worten, es wurde gezeigt, daß die Häufigkeit des
Auftretens eines Ausflockens geringer wird, wenn der Ge
halt an Verdicker höher wird. Die Häufigkeit des Auftre
tens des Ausflockens fiel auf Null bei Verdickergehalten
von 24% und höher. Was das Basisöl anlangt, findet ande
rerseits ein ausgeprägtes Ausflocken bei Schmiermitteln
mit einer kinematischen Viskosität von geringer als
90 cSt bei 40°C statt. Dies scheint einer erhöhten Chance
eines direkten Kontakts zwischen den Kugeln eines Lagers
und seinen Gleitrinnen, nämlich schmierender Bedingungen
an der Grenze aufgrund einer geringeren Ölfilmdicke, zu
zuschreiben zu sein. Erfindungsgemäß wird die kinemati
sche Viskosität des Basisöls als 90 cSt oder höher bei
40°C spezifiziert, so daß man annehmen kann, daß eine
wirksame Ölfilmdicke aufrechterhalten wird, und man nimmt
an, daß die Verwendung der Harnstoffverbindung als Ver
dicker in dem ausreichend großen Anteil den rollenden
Oberflächen der Lager Schutz verleiht. Sie scheinen zur
Lösung des Phänomens eines vorzeitigen Ausflockens von
Lagern geführt zu haben.
Weiterhin kann, was die für ein Schmiermittel erforderli
che Leistungsfähigkeit bei der Rostinhibierung anbelangt,
eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit aufgrund von syn
ergistischen Wirkungen des Organosulfonatsalzes als öl
löslicher, organischer Rostinhibitor des Nitrits als
wasserlösliches, anorganisches, passivierendes Mittel und
des nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittels gezeigt
werden. Der Mechanismus ihrer Wirkung wird in der offen
gelegten japanischen Patentanmeldung (Kokai) HEI-3-
2 00 898 geoffenbart.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im einzelnen
durch Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die
Schmiermittel in den Beispielen und Vergleichsbeispielen
wurden auf Basis ihrer jeweiligen in den Tabellen 1(1)
bis 4(2) gezeigten Zusammensetzungen unter Befolgung der
nachstehend beschriebenen Weise hergestellt. Weiterhin
wurden die Tests zur Bewertung der Leistungsfähigkeit
nach den folgenden Methoden durchgeführt.
Ein Lager wurde mit einem Fett gefüllt und hiernach
20 Stunden unter den nachstehend beschriebenen Bedingun
gen rotiert. Die Leckmenge wurde basierend auf dem Unter
schied zwischen dem Gewicht des Lagers vor dem Test und
nach dem Test berechnet und wird in Gew.% ausgedrückt.
Lager: Kugellager mit tiefer Höhlung (17 mm Innendurch
messer ×40 mm Außendurchmesser ×12 mm Breite;
versehen mit einem Kunststoffbehälter und Kau
tschukdichtungen vom Kontakt-Typ)
Menge des eingefüllten Fettes: 1,0 g
Umdrehungsgeschwindigkeit: 15 000 U/min
Temperatur: 180°C
Beladung: Fr 10 kgf, Fa 20 kgf.
Menge des eingefüllten Fettes: 1,0 g
Umdrehungsgeschwindigkeit: 15 000 U/min
Temperatur: 180°C
Beladung: Fr 10 kgf, Fa 20 kgf.
Ein Lager wurde 1000 Stunden maximal unter den gleichen
Bedingungen wie in Test (A) rotiert, derart, daß die
Dauer der schmierenden Wirkung des Lagers in Stunden be
stimmt wurde.
Lager (n=5), wurden mit einem Schmiermittel gefüllt und hiernach
1000 Stunden maximal unter den nachstehend angegebenen
Bedingungen rotiert. Bei jedem vor Beendigung des Tests
versagenden Lager wurde das Lager untersucht, um zu be
stimmen, ob das Versagen durch seine Nutzungsdauer bis
zum Festfressen oder aufgrund seiner Nutzungsdauer bis
zum Ausflocken verursacht war.
Lager: Kugellager mit tiefer Höhlung (17 mm Innendurch messer ×40 mm Außendurchmesser ×12 mm Breite; versehen mit einem Kunststoffbehälter und Kau tschukdichtungen vom Kontakt-Typ)
Menge des eingefüllten Schmiermittels: 2,3 g
Umdrehungsgeschwindigkeit: 18 000 U/min
Temperatur: 110°C
Beladung: Fr 200 kgf.
Lager: Kugellager mit tiefer Höhlung (17 mm Innendurch messer ×40 mm Außendurchmesser ×12 mm Breite; versehen mit einem Kunststoffbehälter und Kau tschukdichtungen vom Kontakt-Typ)
Menge des eingefüllten Schmiermittels: 2,3 g
Umdrehungsgeschwindigkeit: 18 000 U/min
Temperatur: 110°C
Beladung: Fr 200 kgf.
Die bei -40°C erforderliche Drehkraft beim Start ,wurde
nach der unter JIS K 2220 beschriebenen Testmethode für
die Niedrigtemperaturdrehkraft gemessen. Die Beurteilung
erfolgte nach dem folgenden Standard:
Weniger als 13 000 gf-cm; bestanden (passed)
13 000 gf-cm und mehr; Versagen (failed).
Weniger als 13 000 gf-cm; bestanden (passed)
13 000 gf-cm und mehr; Versagen (failed).
Es wurde der unter ASTM D1743 beschriebene Lagerrost
inhibierungstest befolgt. Obgleich vermutlich destillier
tes Wasser als Wasser zum Eintauchen eines jeden La
gers nach der Beschreibung verwendet werden soll, wurde
eine 3%ige wäßrige Natriumchloridlösung bei der vorlie
genden Erfindung eingesetzt. Die Bewertung und Beurtei
lung erfolgten nach der Beschreibung.
In jedem Beispiel wurden die Hälfte des in der entspre
chenden Tabelle angegebenen Basisöls und die Hälfte des
Monoamins in ein Reaktionsgefäß eingegeben und auf 70
bis 80°C erhitzt. Die verbliebenen Hälften von Basis
öl und Monoamin wurden in ein getrenntes Gefäß eingege
ben, auf 70 bis 80°C erhitzt und in das Reaktionsgefäß
gegossen und anschließend gerührt. Obgleich die Tempera
tur der Reaktionsmischung infolge einer exothermen Reak
tion anstieg, wurde sie etwa 30 Minuten ohne Kühlung ge
rührt. Nachdem die Reaktion ausreichend vorangeschritten
war, wurde die Reaktionsmischung erhitzt, 30 Minuten bei
170 bis 180°C gehalten und anschließend gekühlt. Der in
der Tabelle angegebene Rostinhibitor wurde dann vollstän
dig zugegeben, woran sich die Zugabe von 40 g Alkyldi
phenylamin als Oxidationsinhibitor anschloß. Die resul
tierende Mischung wurde in das gewünschte Schmiermittel
mit Hilfe einer Dreiwalzenmühle verknetet.
Ein Teil (560,4 g) des Basisöls (560,4 g) und der gesamte
Teil des p-Toluidins ,wurden in das Reaktionsgefäß einge
geben und auf 70 bis 80°C erhitzt. Ein weiterer Teil des
Basisöls (560,4 g) und der gesamte Teil des TDI wurden
in ein getrenntes Gefäß eingegeben, auf 70 bis 80°C er
hitzt und dann in das Reaktionsgefäß gegossen und an
schließend gerührt. Obgleich die Temperatur der Reaktions
mischung infolge einer exothermen Reaktion anstieg, wur
de sie etwa 30 Minuten ohne Kühlung kontinuierlich ge
rührt. Nachdem die Reaktion ausreichend vorangeschritten
war, wurde die Reaktionsmischung erhitzt, 30 Minuten bei 170 bis
180°C gehalten und dann gekühlt. Ein weiterer Teil
(129,6 g) des Basisöls und der gesamte Teil des Octylamins
wurden in ein weiteres Reaktionsgefäß gegeben und auf 70
bis 80°C erhitzt. Noch ein anderer Teil (129,6 g) des Ba
sisöls und der gesamte Teil des MDI wurden in ein ge
trenntes Gefäß eingegeben, auf 70 bis 80°C erhitzt und
hiernach in das letztgenannte Reaktionsgefäß gegossen.
Die entstandene Mischung wurde gerührt und wie vorstehend
umgesetzt, erhitzt und gekühlt. Das so erhaltene Schmier
mittel wurde mit dem vorstehend hergestellten Schmiermit
tel gemischt, zu dem der gesamte Teil des in der Tabelle
angegebenen Rostinhibitors und 40 g Alkyldiphenylamin
als Oxidationsinhibitor zugegeben wurden. Die entstande
ne Mischung wurde dann in das gewünschte Schmiermittel
mit Hilfe einer Dreiwalzenmühle verknetet.
Das Basisöl (1410,0 g) und Lithiumstearat (500,0 g) wur
den in ein Gefäß gegeben und unter Rühren erhitzt, um
sie bei 230°C vollständig zu schmelzen. Nach Abkühlen
der Schmelze wurden der in der Tabelle angegebene Rost
inhibitor und 40 g Alkyldiphenylamin zugesetzt. Die so
erhaltene Mischung wurde in das gewünschte Schmiermittel
mit Hilfe einer Dreiwalzenmühle verknetet.
Nebenbei bemerkt, das in den Tabellen 1(1) bis 4(2) an
gegebene TDI ist eine Abkürzung einer Mischung von 2,4-
Tolylendiisocyanat und 2,6-Tolylendiisocyanat, während
MDI eine Abkürzung für Diphenylmethan-4,4′-diisocyanat
ist. Alkyldiphenylether, dessen kinematische Viskosität
97,0 cSt bei 40°C betrug, wurde als Alkyldiphenylether
verwendet, wohingegen Poly-α-olefine, deren kinemati
sche Viskositäten 400 cSt bzw. 40 cSt betrugen, als
Poly-α-olefin A und Poly-α-olefin B verwendet wurden.
Als Sulfonat-Rostinhibitor wurde Dinonylnaphthalinsulfo
nat eingesetzt. Als Natriumnitrit verwendet wurde das
jenige, das durch ein Sieb mit einer Maschenweite von
0,149 mm (100 mesh) passierte. Die Natriumnitritdisper
sion enthielt ein oberflächenaktives Mittel, um die Di
spergierung des Natriumnitrits in einem Ölsystem zu er
leichtern. Das verwendete oberflächenaktive Mittel war
nicht bekannt. Solche Rohmaterialien waren alle im Han
del erhältlich.
Wie in den Tabellen gezeigt, entwickelte das erfindungs
gemäße Schmiermittel nicht viel anfängliches Lecken und
zeigte lange Lebensdauer unter Bedingungen hoher Tempera
tur und hoher Geschwindigkeit. Zusätzlich trat unter
hoher Belastung kein anfängliches Fressen auf, und es
wurde kein vorzeitiges Lagerausflocken beobachtet. Weiter
hin waren gute rostinhibierende Eigenschaften angezeigt.
Demgegenüber trat in Vergleichsbeispiel 1 in einem frühen
Zustand unter Bedingungen hoher Belastung ein Fressen auf,
da die Endgruppen des als Verdicker eingesetzten Diharn
stoffs lediglich aus aromatischen Gruppen bestanden. In
den Vergleichsbeispielen 2 bis 4 enthielten die Endgrup
pen zahlreiche aliphatische Gruppen oder bestanden vor
wiegend aus aromatischen Gruppen, so daß unter Bedingun
gen hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit ein erheb
liches anfängliches Lecken auftrat und keine zufrieden
stellende Schmiermittelnutzungsdauer erreicht wurde. Der
Gehalt an Verdicker vom Harnstoff-Typ war in den Ver
gleichsbeispielen 3 und 4 unter diesen Vergleichsbeispie
len gering, wobei die Möglichkeit eines Ausflockens zunahm.
In den Vergleichsbeispielen 7 und 8 war die Schmiermittel
nutzungsdauer unter Bedingungen hoher Temperatur und ho
her Geschwindigkeit kurz, da jedes Öl aus dem Poly-α-ole
fin allein bestand. In den Vergleichsbeispielen 5 und 10
besaßen die Schmiermittel bei niedrigen Temperaturen eine
schlechte Leistungsfähigkeit bei der Inbetriebnahme des
Lagers und waren praktisch nicht verwendbar, da das Basis
öl eine zu hohe kinematische Viskosität oder eine zu ge
ringe Dicke besaß und zu hart war. Im Gegensatz hierzu
war in Vergleichsbeispiel 9 das Schmiermittel so weich,
daß das anfängliche Lecken erheblich war und die Schmier
mittelnutzungsdauer kurz war, und es wurde auch ein Aus
flocken beobachtet, da der Gehalt an Verdicker niedrig
war. In Vergleichsbeispiel 11, in dem Lithiumseife als
Verdicker unter Bedingungen hoher Temperatur und hoher
Geschwindigkeit verwendet wurde, war das Lecken groß, die
Schmiermittelnutzungsdauer war außerordentlich kurz und
aufgrund eines Fehlens schützender Wirkungen für die
rollende Oberfläche des Lagers durch die Harnstoffver
bindung trat demgemäß ein beträchtliches Ausflocken auf.
Bei den Lagerrostinhibierungstests wurden Zusammensetzun
gen ähnlich denjenigen der vorliegenden Erfindung mit
Ausnahme des Weglassens eines Bestandteils und Zusammen
setzungen außerhalb der Erfindung in den Vergleichsbei
spielen 5 bis 9 untersucht. In jedem dieser Vergleichs
beispiele wurde ein ausgeprägtes Rosten unter derartig
scharfen Bedingungen beobachtet.
Claims (10)
1. Schmiermittelzusammensetzung für Hochtemperatur-,
Hochgeschwindigkeits- und Hochbelastungs-Lager, enthal
tend
(i) ein Basisschmieröl, bestehend aus einem Al kyldiphenylether-Schmiermittel als wesentlichem Bestand teil mit einer kinematischen Viskosität von 90 bis 160 cSt bei 40°C, und
(ii) 22 bis 30 Gew.%, bezogen auf die Schmiermit telzusammensetzung, einer Diharnstoffverbindung als Ver dicker, wobei die Diharnstoffverbindung die folgende Formel besitzt worin R2 für eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen steht, R1 und R3 eine aromati sche Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 12 Kohlenstoffato men oder eine lineare Alkylgruppe mit 8 bis 20 Kohlen stoffatomen bezeichnen, und der Anteil der aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen in R1 und R3 70 bis 95 Mol-% be trägt;
wobei der NLGI-Dickegrad der Zusammensetzung im Bereich von Nr. 1 bis Nr. 3 liegt.
(i) ein Basisschmieröl, bestehend aus einem Al kyldiphenylether-Schmiermittel als wesentlichem Bestand teil mit einer kinematischen Viskosität von 90 bis 160 cSt bei 40°C, und
(ii) 22 bis 30 Gew.%, bezogen auf die Schmiermit telzusammensetzung, einer Diharnstoffverbindung als Ver dicker, wobei die Diharnstoffverbindung die folgende Formel besitzt worin R2 für eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen steht, R1 und R3 eine aromati sche Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 12 Kohlenstoffato men oder eine lineare Alkylgruppe mit 8 bis 20 Kohlen stoffatomen bezeichnen, und der Anteil der aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen in R1 und R3 70 bis 95 Mol-% be trägt;
wobei der NLGI-Dickegrad der Zusammensetzung im Bereich von Nr. 1 bis Nr. 3 liegt.
2. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 1,
worin das Alkyldiphenylether-Schmiermittel in einer Men
ge von zumindest 50 Gew.%, bezogen auf das Basisschmier
öl, enthalten ist.
3. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 1,
worin die Diharnstoffverbindung in einer Menge von 22 bis
30 Gew.%, bezogen auf die Schmiermittelzusammensetzung,
enthalten ist.
4. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 1,
worin die Schmiermittelzusammensetzung eine Dicke im Be
reich von 310 bis 250 besitzt.
5. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 1,
worin der Diharnstoff durch Umsetzung eines Diisocyanats
mit einem Monoamin erhalten worden ist.
6. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 5,
worin das Diisocyanat ein aromatisches Isocyanat ist,
ausgewählt unter 2,4-Tolylendiisocyanat, 2,6-Tolylen
diisocyanat, Diphenylmethan-4,4′-diisocyanat und Naphthy
len-1,5-diisocyanat und Mischungen hiervon, und das Mono
amin ausgewählt ist unter Anilin, Benzylamin, Toluidin,
Chloranilin, Octvlamin, Nonylamin, Decylamin, Undecyl
amin, Dodecylamin, Tridecylamin, Tetradecylamin, Penta
decylamin, Hexadecylamin, Heptadecylamin, Octadecylamin,
Nonyldecylamin und Eicosylamin.
7. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 1,
weiterhin umfassend ein Additiv für die Rostinhibierung,
bestehend aus (i) einem Organosulfonatsalz, (ii) einem
Nitrit und (iii) einem nicht-ionischen oberflächenaktiven
Mittel, dessen HLB 1,5 bis 9 beträgt, jeweils in einer
Menge von 0,1 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Schmiermit
telzusammensetzung.
8. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 7,
worin das Organosulfonatsalz durch RSO3-M wiedergegeben
wird, worin RSO3 ein Rest einer Petroleum- bzw. Mineral
ölsulfonsäure oder Dinonylnaphthalinsulfonsäure ist und
M für Ba, Ca, Zn, Pb, Na, Li, NH4⁺ oder einen Rest von
H2N(CH2)2NH2 steht.
9. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 7,
worin das Nitrit Natriumnitrit ist.
10. Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 7,
worin das nicht-ionische oberflächenaktive Mittel ein
Glycerinfettsäureester, Polyglycerinfettsäureester,
Sorbitanfettsäureester, Pentaerythritfettsäureester,
Polyoxyethylenfettsäureester oder Polyoxyethylenalkyl
phenylether ist.
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