DE684821C - Schmieroele - Google Patents
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Description
In den zahlreichen, in inneren Verbrennungsmaschinen, z. B. Automobilmotoren, vorhandenen
Lagern bewegen sich Oberflächen von Metallen der verschiedensten Art aufeinander.
Die wichtigsten für solche Lager verwendeten Metallkonibinationen sind:
Stahl — Bronze (Schubstangen und Lagerhülsen) ,
Stahl — Aluminium (Zylinder und Kolben), Stahl — Babbitlagermetall (Haupt- und
Kurbellager),-.
Stahl —_ Gußeisen (Ventile),
Gußeisen — Gußeisen (Zylinderwände und Kolben) und
Gußeisen — Gußeisen (Zylinderwände und Kolben) und
Gußeisen — Aluminium (Zylinderwände und Kolben).
Man hat bereits vorgeschlagen, die Schmierwirkung von Schmierölen durch Zusatz gewisser
Stoffe, z. B. chlorhaltiger organischer Verbindungen, schwefelhaltiger öle, Seifen,
natürlicher Fettsäuren und auch verschiedener Ester, zu verbessern, öle mit solchen Zusätzen
wirken zwar in manchen der genannten Metallkombinationen günstig, bieten jedoch in anderen Kombinationen keine Vorteile oder
üben sogar unerwünschte Nebenwirkungen aus, beispielsweise verursachen sie Korrosion
oder verändern die Schmieröle unter Schlammbildung.
Es wurde nun gefunden, daß Schmieröle mit einem Zusatz an synthetischen, oberhalb
1500 siedenden Estern bei allen für Lager in
Frage kommenden Metallkombinationen gute Schmiereigenschaften besitzen. Solche Öle
sind daher überall, wo Lager aus gleichen oder verschiedenen Metallen geschmiert werden,
besonders in Automobilmotoren, mit Vorteil zu verwenden. Die öle mit Zusatz an
synthetischen Estern verursachen geringe Reibung und bilden sehr beständige Schmierfilme,
weshalb sie hohe Lagerbelastung ermöglichen. Aus diesem Grunde lassen sie sich mit besonderem Vorteil beim Einlaufen von
Motoren verwenden, wobei gute Schmierung von ausschlaggebender Bedeutung ist. Auch
für Obenschmierung sind die Öle mit Zusatz synthetischer Ester geeignet.
Die als Zusatz dienenden, oberhalb 1500 siedenden Ester, die zweckmäßig sogar oberhalb
i8o° oder 2000 sieden, können auf be-
liebige Weise, beispielsweise durch Veresterung der Säuren oder der Säurechloride mit
einwertigen aliphatischen Alkoholen, synthetisch erhalten sein. Meist sind diese Ester/
flüssig, jedoch können auch feste Ester in ge*,
ringen Mengen verwendet werden. ·;.ΐ
Als Säurekomponente für die erfindungsgemäß anzuwendenden Ester werden höhere
aliphatische Säuren verwandt, d. h. aliphatische Säuren, die wenigstens 6 Kohlenstoffatome
im Molekül enthalten. Solche Säuren sind z. B. Capronsäure, Caprylsäure, Stearinsäure,
Oleinsäure. Besonders geeignet für diese Zwecke sind die Säuren, die bei der
Oxydation von Paraffin oder Mineralöl bei Temperaturen zwischen etwa 100 und i6o°
mit Luft, Sauerstoff, Salpetersäure u. dgl. in An- oder Abwesenheit von Katalysatoren entstehen.
Solche Säuren sind billig und auf einfache Weise in verhältnismäßig reiner
Form zu beschaffen. Eine typische Probe von Säuren dieser Art hat die Verseifungszahl
252, die Säurezahl 200 und einen Gehalt an 3,2% Nichtverseifbarem. Der in diesen
Säuren enthaltene unver seif bare Anteil ist im wesentlichen nicht oxydiertes öl, das die
Eigenschaften der Schmieröle nicht in unerwünschter Weise beeinflußt.
Als Alkoholkomponente für die Herstellung der Ester werden vorzugsweise einwertige
aliphatische Alkohole mit 5 oder weniger Kohlenstoffatomen verwandt. Die aus ihnen
erhaltenen Ester sind beständiger und haben eine bessere Farbe. Es seien z. B.
Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl·,
Isobutylalkohol sowie die Amylalkohole erwähnt.
Im folgenden seien eine Anzahl als Schmierölzusatz
geeigneter synthetischer Ester aufgeführt: Methyl- und Äthylester der Capronsäure,
Caprylsäure und der höheren Säuren dieser Reihe, Methyl- und Äthylester der
durch Oxydation von Paraffin erhaltenen Säuren mit einem Siedepunkt oberhalb 1500,
femer Propyl-, Isopropyl-, η-Butyl-, Isobutyl-,
Amylester der Stearinsäure, Oleinsäure und der durch Oxydation von Paraffin entstandenen
Säuren.
Man kann auch Gemische mehrerer Ester als Zusatz verwenden.
Die Ester können in verhältnismäßig großen Prozentsätzen verwendet werden, jedoch
genügen schon geringe Mengen. Im allgemeinen werden praktisch Y4 bis 4% oder
51Is0Io verwendet. Wird darüber hinaus ein
Überschuß angewandt, so bewirkt dieser Überschuß meist keine entsprechende Verbesserung
des Schmierfilms mehr. Die anzuwendende Menge an Ester richtet sich nach dem besonderen
Verwendungszweck und nach der Art des verwendeten Öls.
Einige der genannten Ester sind zwar in Mineralöl schwer löslich; solche können jev-idöch
durch Zusatz von Lösungsvermittlern 'Lösung gebracht werden; beispielsweise
n man sie mit leichter löslichen Estern
mit geeigneten ölen o. dgl. vermischen. '*' Für Zwecke der Obenschmierung werden
die Öl-Ester-Gemische in üblicher Weise dem Motorbrennstoff beigemischt. Die Öl-Ester-Gemische
sind sehr beständig und zeigen keine Verdunstungsverluste, selbst wenn der Motor
bei außergewöhnlich hohen Temperaturen läuft. Während des Gebrauchs bilden die
Ester keine wesentlichen Mengen freier Säure.
Die Überlegenheit der durch Zusatz synthetischer, oberhalb 1500 siedender Ester verbesserten
Schmieröle gegenüber den bisher für den gleichen Zweck angewandten Zusatzstoffen
ergibt sich eindeutig durch vergleichende Untersuchung nach der von Mougey und All-men beschriebenen Methode (National
Petroleum News vom 11. November 1931,
S. 47), in der Timkenapparatur (Journ. of the Society of Automotive Engineers, Bd. 28,
S. 53), beim betriebsmäßigen Einlaufen von Motoren und bei Bestimmung des Oxydationswertes.
Die ersten beiden Prüfungsmethoden erweisen, daß öle ohne Zusatz oder mit Zusatz
von chlorhaltigen organischen Verbindungen, geschwefelten Ölen, ölsäure, Spermöl,
Schweineschmalz, Fischtran u. dgl. tierischen und pflanzlichen Stoffen, nur in manchen Lagermetallkombinationen
gut, in anderen dagegen schlecht wirken. Zusatz von synthetischen Estern, beispielsweise von 2% eines
durch Veresterung von Säuren aus der Paraffinoxydation mit Isopropylalkohol hergestellten
Esters, erzielt dagegen in allen Fällen mindestens ebenso gute Ergebnisse wie durch
Zusatz der besten anderen Zusätze. Beim Einlaufen von Motoren und nachträglicher
Prüfung des Zustandes sämtlicher Lager ergibt i°5 sich, daß öle, denen synthetische Ester zugesetzt
waren, etwa gleich günstige Wirkung haben wie öle mit Zusatz von 2% Ölsäure,
öl ohne Zusätze sowie Öle mit 2°/oigem
Spermölzusatz waren wesentlich schlechter und öle mit Tetrachlorkohlenstoffzusatz am
schlechtesten. Die Farbe des Öls mit ölsaurezusatz war nach der Prüfung sehr schlecht,
die des zusatzfreien und des mit Estern versetzten Öls dagegen gut.
Die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten Ester über die anderen Ester
geht aus folgenden vergleichenden Prüfungen hervor, für die ein Motorschmieröl S. A. E.
20 W verwandt wurde, das eine Viscosität von 4,32° Engler bei 54,4° und einen Viscositätsindex
von 100 hatte.
Mougey-Test
Belastung | Reibung bei der endgültigen Belastung |
|
Mineralöl ohne Zusatz | versagt bei 17 Gewichtseinheiten | |
+ 2 °/0 Amylacetat | versagt bei 21 Gewichtseinheiten | |
+ 2 °/o Amylbutyrat | versagt bei 21 Gewichtseinheiten | |
+ 2 °/0 Monoglyzerinstearat .. | versagt bei 23 Gewichtseinheiten | |
+ 3 % Isopropyloleat | 25 Gewichtseinheiten | 18 |
+ 2 % Isopropylester von durch Oxydation von Paraf fin erhaltenen Säuren |
25 Gewichtseinheiten | 18 |
Zur Erläuterung sei bemerkt, daß eine Gewichtseinheit einer Belastung der reibenden
Teile mit 68 Atm. entspricht. Bei den ersten drei Versuchen versagte das Öl bereits vollständig,
ehe die höchste Belastung von 25 Gewichtseinheiten erreicht wurde. Erst der Zusatz
von den in der vorliegenden Erfindung beanspruchten Estern ermöglichte die größte
Belastung von 25 Gewichtsteilen und bewirkt hierbei eine außerordentlich niedrige Reibung,
die allen praktischen Bedürfnissen entspricht. Es sei noch erwähnt, daß die Praxis gezeigt
hat, daß nur solche Schmieröle wirklich von größerer praktischer Bedeutung werden, die
eine Belastung von 25 Gewichtseinheiten aushalten und bei dieser noch eine gute Schmierwirkung zeigen. Die Versuche wurden
durchgeführt mit einer Stahlwalze auf Aluminiumlager. Gerade diese Kombination von Metallen ist von größter praktischer Bedeutung,
insbesondere für Automobil- und ähnliche Motoren, bietet aber auch bezüglich der Schmierung praktisch die größten Schwierigkeiten.
Die Überlegenheit von Isopropylester von durch Oxydation von Paraffin erhaltenen
Säuren in bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen Schlammbildung wurde mit dem Slightest
bewiesen (vgl. Proc. American Soc. for Testing Materials 24, 964, II [1924]). Das
unvermischte Schmieröl ergab die Zahl 1,9, das mit 2°/0 Isopropylester von durch Oxyd&tion
von Paraffin erhaltenen Säuren versetzte Schmieröl 1,8 und das mit 2 °/o Monostearin
versetzte Schmieröl 16,9.
Einem Öl vom spezifischen Gewicht 0,8927, der Viscosität bei 990 1,68° Engler, dem
Flammpunkt 2io°, dem Stockpunkt —230,
und dem Kokstest 0,1 °/0 setzt man 2% des
Isopropylesters von Säuren zu, die durch
Oxydation von Paraffin mit Luft bei Temperaturen zwischen 100 und 1500 erhalten wurden.
Dem gleichen öl kann man I1Z2 °/o Methylester
der Caprylsäure (Siedepunkt 1500) zusetzen.
Zum Einlaufen von Motoren eignet sich beispielsweise ein Öl mit der Viscosität von
ι ,60 bis 1,87° Engler bei 990 mit einem Zusatz
von 4 °/o Isopropylestern von Säuren, die aus der Oxydation von Paraffin mit Luft bei
100 bis 1500 stammen.
Ein für Obenschmierung geeignetes Öl erhält man, indem man einem hoch gereinigten
Kohlenwasserstofföl vom spezifischen Gewicht 0,8708 bis 0,8607 und der Viscosität 2,41 bis
2,54° E bei 380 2 °/0 Isopropyloleat oder Äthylstearat oder Isopropylester von durch
Oxydation von Paraffin entstehenden Säuren zusetzt. Solche öle können dann dem Benzin
in Mengen von 2,51 auf 1001 zugesetzt
werden.
Claims (2)
1. Schmieröle, gekennzeichnet durch einen Zusatz von etwa 0,25 bis 51^ °/o
eines synthetischen, über 1500 siedenden Esters, dessen Säurekomponente eine aliphatische
Monocarbonsäure mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen und dessen alkoholische Komponente ein einwertiger
aliphatischer Alkohol mit 5 Kohlenstoffatomen oder weniger im Molekül ist.
2. Schmieröle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusatz eines synthetischen
Esters, dessen Säurekomponente eine höhere aliphatische, durch Oxydation von Paraffinwachs gewonnene Säure und
deren Alkoholkomponente Isopropylalkohol ist.
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