DE68909236T2 - Verfahren zur reduzierung des verschleisses auf oberflächen, die reibungskraeften ausgesetzt sind. - Google Patents
Verfahren zur reduzierung des verschleisses auf oberflächen, die reibungskraeften ausgesetzt sind.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Verschleißes von Reibungskräften ausgesetzten Oberflächen, insbesondere zwischen sich bewegenden Oberflächen.
- Hauptzweck der Schmierung ist die Trennung sich bewegender Oberflächen zur Minimierung der Reibung und des Verschleißes. Bei der Schmierung wird allgemein von mehreren unterschiedlichen Betriebszuständen ausgegangen. So wird z.B. die Belastung bei der Flüssigkeitsschmierung ausschließlich von den Drücken innerhalb des trennenden Flüssigkeitsfilms getragen. Der Druck des Flüssigkeitsfilms wird häufig durch die Relativbewegung der betreffenden Oberflächen erzeugt, wodurch das Schmiermittel in eine keilförmig sich verjüngende Zone gepumpt wird. Das hydrodynamische Verhalten derartiger Lager hängt zur Gänze von der Viskosität des Schmiermittels ab. Sowohl der Druck des die Belastung tragenden Ölfilms als auch der Leistungsverlust sind eine Funktion der Schmiermittelviskosität sowie der Geometrie und der unter Lagerbetriebsbedingungen erzeugten Schergeschwindigkeit.
- Werden die Betriebsbedingungen zunehmend härter, kann gegebenenfalls ein Punkt erreicht werden, bei dem die Belastung nicht länger ausschließlich vom Ölfilm getragen werden kann. Die Rauhigkeitsspitzen der Berührungsflächen müssen dann einen Teil der Belastung des Schmiermittels übernehmen, wodurch aus der ausschließlichen Flüssigschmierung eine Mischfilmschmierung wird, was schließlich zu extrem hoher Belastung, geringer Geschwindigkeit, niedriger Viskosität des Schmiermittels, Fluchtungsfehlern, hoher Oberflächenrauhigkeit und unzureichender Schmiermittelzufuhr führt. Im Falle der Grenzschmierung bestimmen die chemischen Zusätze im Schmiermittel sowie mit den beiden Reibflächen in Zusammenhang stehende chemische, metallurgische und mechanische Faktoren das Ausmaß des Verschleißes sowie den Grad der Reibung.
- Unter Grenzschmierbedingungen führt der Kontakt zwischen den Metalloberflächen über den Ölfilm zu Verbindungen zwischen den Rauhigkeitsspitzen und schließlich dazu, daß mikroskopisch kleine Teile der Metalloberfläche abgerissen werden. Mit zunehmender Belastung steigt auch die Häufigkeit der Kontakte, was zu einer stärkeren plastischen Verformung, höheren Temperaturen und Verschweißen führt, wobei es in großem und verheerendem Ausmaß zum Festfressen kommen kann. Besonders empfindlich für diese Art von Schäden sind Hypoidgetriebe, da sie harte Gleitbedingungen im Verein mit hoher Kontaktbelastung bewirken. Unter der starken Wärmeentwicklung wird der gewöhnlich vorhandene organische Schmiermittelfilm unwirksam, was überaus hohe Oberflächentemperaturen nach sich zieht.
- Zur Bekämpfung des Verschweißens unter derartig extremen Bedingungen wurden Hochdruckschmiermittel entwickelt. Diese enthalten Zusätze, die bei den hohen Kontakttemperaturen unter Bildung von hochschmelzenden anorganischen Schmiermittelfilmen auf den Metalloberflächen reagieren, welche ein weitgehendes Verschweißen und schließlich ein Versagen verhindern. Im allgemeinen bestehen diese Zusätze aus Schwefel-, Chlor-, Phosphor- und Bleiverbindungen, die dadurch wirken, daß sie Schichten von geringer Scherfestigkeit bereitstellen, wodurch das Abreißen der Metalloberflächen auf ein Minimum reduziert wird, oder daß sie als Flußmittel die Metalloberfläche verunreinigen und dadurch ein Verschweißen verhindern. Da alle diese Zusätze für extrem hohe Drücke chemisch, d.h. durch die Bildung kovalenter Bindungen beeinflußt werden, verzichtet man gewöhnlich auf ihre Verwendung, um möglichen Korrosionsproblemen aus dem Weg zu gehen.
- Zum Trockengleiten, das den Fest-Fest-Kontakt umfaßt, kommt es nicht selten auch dann, wenn eine entsprechende Flüssigschmierung vorgesehen ist. Zum Trockengleiten kann es z.B. beim Anfahren einer Maschine, bei Fluchtungsfehlern oder unangemessenem Spiel während der Einlaufphase, bei Richtungsumkehr oder bei Verzögerungen oder Unterbrechungen in der Schmierflüssigkeitszufuhr kommen. Konnten übliche Öle und Fette aufgrund extrem hoher Temperaturen, bei Hochvakuum, Strahlung oder Kontamination nicht verwendet werden, wurden dünne Beschichtungen von Trockenschmiermitteln angewandt, um die höhere Reibung und den stärkeren Verschleiß zu vermindern, die sonst bei der wechselseitigen Reibung der Konstruktionswerkstoffe auftreten würden.
- Ziel der Schmierung ist daher die Beseitigung dieses Verschleißes und die Minimierung der Reibung, die sonst beim Trockengleiten auftreten würden. Obwohl dies durch vollständige Trennung der Reibflächen, wie z.B. durch Verwendung eines geschlossenen Films aus einem flüssigen Schmiermittel, erreicht werden kann, ist dennoch eine vollständige Trennung unter sämtlichen Betriebsbedingungen nicht möglich, weshalb man bei der Grenzschmierung auf chemische Oberflächenwirkung zurückgriff, um die dabei auftretende Reibung bzw. den Verschleiß zu vermindern. So wurden freßvermindernde Mittel flüssigen Schmiermitteln zugesetzt, die auf den gleitenden Teilen entweder durch chemische oder physikalische Adsorption einen Oberflächenfilm erzeugen, durch den die Reibung und der Verschleiß unter Grenzschmierbedingungen vermindert werden.
- Für die Verbesserung der Schmierung unter Grenzschichtbedingungen wurde bisher eine Vielzahl von Verbindungen verwendet. So wurden z.B. sauerstoffhaltige Verbindungen wie Fettsäuren, Ester und Ketone, Verbindungen, die Schwefel oder Kombinationen aus Sauerstoff und Schwefel enthalten, organische Chlorverbindungen wie chlorierte Wachse, organische Schwefelverbindungen wie geschwefelte Fette und geschwefelte Olefine, die sowohl Chlor als auch Schwefel enthalten, organische Phosphorverbindungen wie Tricresylphosphat, Thiophosphate und Phosphite sowie organische Bleiverbindungen verwendet.
- Bei schonenden Grenzschmierbedingungen wurden zur Bildung eines auf Metalloberflächen fest haftenden adsorbierten Films polare Zusätze verwendet, die an einem Ende des Moleküls eine polare Gruppe aufweisen und am anderen Ende eine solubilisierende Gruppe, gewöhnlich einen langkettigen Kohlenwasserstoff für die Solubilisierung im Schmieröl. Eine Klasse heterocyclischer Verbindungen, die als Zusätze in Frage kommen, welche freßvermindernd wirken und zu einer besseren Brennstoffeinsparung führen, werden in WO 87/0596 beschrieben und haben die allgemeine Formel
- worin Z S, NR, N- -AR, N -NHR, N- -R, Pr oder PRA bedeutet, wobei A für O oder S steht und R H, Alkyl, Alkenyl, Kohlenwasserstoffacyl, Kohlenwasserstoffphenolat oder -( CH&sub2; ) Q bedeutet, wobei m für 1 bis ca. 12 steht und Q O-Alkyl oder N-Alkyl bedeutet, X unabhängig voneinander H, COOH, NH&sub2;, CONH&sub2;, NHNH&sub2;, OR, COR, NHR, OH, SH oder CN bedeutet, wobei R die oben definierte Bedeutung hat, p 0 oder 2, e 0 bis 2 bedeuten, wobei e+p 2 bis ca. 4 bedeutet, T für NH&sub2;, NHR, wobei R die obige Bedeutung hat, SH, OH oder deren Tautomere, Kohlenwasserstoffacyl oder Kohlenwasserstoffphenolat steht und Y CN, NH&sub2;, CO&sub2;H oder CH&sub2;NH&sub2; bedeutet, worin A die oben angeführte Bedeutung hat.
- Derartige adsorbierte Filme von Zusätzen erwiesen sich bisher nur unter relativ schonenden Grenzschmierbedingungen als wirksam, da vor allem die Dicke derartiger Filme sehr gering ist und sich gewöhnlich in der Größenordnung eines Nanometers bewegt. Unter schärferen Grenzschmierbedingungen erwiesen sich Stoffe wie Tricresylphosphat oder Zinkdialkyldithiophosphate als erforderlich und unter extremen Reibungsbedingungen, unter denen es sonst zu einem starken Metall-Metall-Kontakt kommen würde, aktiver Schwefel, Chlor und Bleiverbindungen. Diese Zusätze reagieren jedoch chemisch unter Bildung von Oberflächenschichten von geringer Scherfestigkeit, wie z.B. aus Bleisulfid, Eisenchlorid oder -sulfid. Diese Oberflächenschichten verhindern dann zerstörendes Verschweißen, starken Metallabtrag und eine starke Zerstörung der Oberfläche. Eine derartige chemische Reaktion mit den Gleitflächen ist jedoch im allgemeinen nicht erwünscht und nur dann zu akzeptieren, wenn keine andere Alternative zur Verfügung steht.
- Wie oben ausgeführt, ist der polare Typ von Verbindungen, bei dem sich auf den Gleitflächen ein fest haftender adsorbierter Film bildet, bei weitem vorzuziehen. Die Dicken dieser Filme, die durch die Verwendung bereits bekannter Zusätze in Schmiermittelgemischen möglich geworden waren, erwiesen sich jedoch unter nichtschonenden Bedingungen als unzureichend.
- Die US 3 779 920 beschreibt bestimmte Stickstoff und Sauerstoff enthaltende Verbindungen in Schmiermittelölgemischen, die ein Mineralöl mit Schmierviskosität und wenigstens ein mit einem Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallcarbonat überalkalisiertes Sulfonat und/oder Phenat enthalten. Diese Stickstoff und Sauerstoff enthaltenden Verbindungen werden zugesetzt, um die Alkaliverbindung aufzunehmen und auf diese Weise Verschleiß zu verhindern. Geoffenbart wird insbesondere die Verwendung von 0,5 Gew.-% Hydroxychinolin in einem solchen Gemisch.
- Die SU 939 527 beschreibt die Verwendung von 0,05 bis 0.19 % Hydroxychinolin in einem Gemisch, das außerdem noch ein seifenverdicktes Schmierfett und Kupfer enthält. Es wird dort behauptet, daß die Legierung des Kupfers mit 8-Hydrochinolin die Schmierfähigkeit unterstützt.
- Die US 2 030 033 beschreibt die Verwendung von weniger als 1 % Dihydroxychinolin als Inhibitor der Verharzung in Erdölprodukten.
- - - Die US 3 939 084 beschreibt Gemische zur Verwendung als Korrosionsinhibitor. Die dort beschriebenen Verbindungen werden vorzugsweise in Mengen von 0,05 bis 0,5 Gew.-% eingesetzt. Den erfindungsgemäßen Verbindungen am nächsten kommt dabei das 4,6-Dihydroxypyrimidin, das in einer Menge von 0,1 Gew.-% eingesetzt wird.
- Die EP 69 507 beschreibt Zusätze, die antioxydierende und/oder metallinaktivierende und/oder elektroisolierende Eigenschaften verleihen. Unter den heteroaromatischen stickstoffhaltigen Verbindungen kommt den erfindungsgemäßen 6-Aminopurin am nächsten, das in einer Menge von 0,054 Gew.-% eingesetzt wird.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist die Gewährleistung einer Schmierbedingung, bei der adsorbierte, fest haftende Schmierfilme aus einem polaren Stoff bereitgestellt werden, die 1000 mal dicker sind als es bisher möglich war.
- Die Erfindung bedeutet einen enormen Fortschritt in der Schmiertechnik, indem sie eine Schmierbedingung gewährleistet, bei der mehrmolekulare Schichten auf den zu schützenden Oberflächen adsorbiert werden, wodurch relativ dicke Schutzfilme auf den dem Verschleiß durch Reibung ausgesetzten Oberflächen gebildet werden. Es wurde nun gefunden, daß bestimmte Moleküle die Eigenschaft aufweisen, derartige multimolekulare Schichten zu bilden, wenn sie mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden, z.B. durch Einarbeitung in einen Träger, der kontinuierlich oder diskontinuierlich mit wenigstens einem Teil der zu schützenden Oberfläche in Kontakt gebracht wird. Die Moleküle, welche diese Eigenschaften aufweisen, sind im wesentlichen aus einem Einzelring oder kondensierten Ringen bestehende ungesättigte Systeme, die wenigstens einen sechsgliedrigen ungesättigten heterocyclischen Ring aufweisen, der wenigstens einen heterocyclischen Anteil enthält, der als Wasserstoffakzeptor fungiert, wobei das Molekül außerdem auch noch wenigstens ein Wasserstoffdonatorfragment umfaßt. Die Moleküle können auch noch andere fünf- oder sechsgliedrige ungesättigte Ringe enthalten, die zusammen mit dem sechsgliedrigen ungesättigten heterocyclischen Ring ein kondensiertes Ringsystem bilden.
- Die mehrmolekularen Schichten der erfindungsgemäßen Schmierbedingung werden dadurch gebildet, daß zuerst durch Adsorption eine Molekülschicht auf der zu schützenden Oberfläche gebildet wird, wonach auf den ersten Schichten weitere Moleküle adsorbiert werden, um eine zweite Schicht zu bilden, wonach durch Adsorption weitere Schichten gebildet werden, bis schließlich Filme von ca. 1 um Dicke entstehen. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festzulegen, kann angenommen werden, daß das gleichzeitige Vorliegen eines Wasserstoffdonator- und Wasserstoffakzeptorfragments in den heteropolaren Molekülen die Adsorption bewirkt.
- Obwohl unsubstituierte heteropolare Moleküle bevorzugt werden, können diese auch Substituenten aufweisen, vorausgesetzt, daß diese alleine oder zusammen die Wechselwirkung zwischen Wasserstoffdonator- und Wasserstoffakzeptorfragment, wie z.B. durch sterische Hinderung, nicht unterbinden. So sollten z.B. Kohlenwasserstoffsubstituenten wie Alkylgruppen vorzugsweise nicht mehr als vier C-Atome, insbesondere jedoch nicht mehr als zwei C-Atome enthalten. Steht der Substituent in o-Stellung zum Heteroatom oder zur Hydroxylgruppe, ist die sterische Hinderung vermutlich größer als bei m- oder p-Stellung zum Heteroatom bzw. zur Hydroxylgruppe. Alken- und Alkinsubstituenten, Carboxyl und Amin enthaltende Substituenten beeinflussen die Aktivität der heteropolaren Moleküle und sollten vermieden werden.
- Eine Ausführungsform der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verminderung des Verschleißes auf einer Oberfläche, die Reibungskräften ausgesetzt ist, das die Bildung einer Schutzschicht und deren Aufrechterhaltung auf der Oberfläche umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht eine Multimolekularschicht aus einer heteropolaren Verbindung ist, die wenigstens einen ungesättigten heterocyclischen sechsgliedrigen Ring umfaßt, bei dem wenigstens ein vollständig unsubstituiertes Heteroatomfragment als Wasserstoffakzeptor fungiert und die Verbindung auch noch zumindest ein Wasserstoffdonatorfragment umfaßt, und bei dem die heteropolare Verbindung keinen Substituenten aufweist, der als solcher oder zusammen mit einem anderen Substituenten oder anderen Substituenten eine solche sterische Hinderung bewirkt und/oder das Molekül so basisch oder sauer macht oder die sterische Geometrie des Moleküls so verändert, daß eine Wechselwirkung zwischen dem Wasserstoffdonator- und -akzeptorfragment eines Moleküls der heteropolaren Verbindung mit dem Wasserstoffdonator- und -akzeptorfragment eines anderen Moleküls der heteropolaren Verbindung verhindert wird, und auch keinen Substituenten, der als solcher oder zusammen mit einem anderen Substituenten die heteropolare Verbindung in einem ausgewählten Träger soweit solubilisiert, daß die Wanderung der heteropolaren Verbindung zu den Grenzflächen zwischen dem Träger und seiner Umgebung verhindert wird, und bei dem die Schutzschicht auf der zu schützenden Oberfläche durch Kontaktierung wenigstens eines Teils der Oberfläche mit einem Gemisch gebildet wird, das einen Träger und eine darin gelöste und/oder dispergierte wirksame Menge der heteropolaren Verbindung enthält.
- Die Bildung der Multimolekularschicht aus heteropolaren Molekülen kann durch Einarbeiten der heteropolaren Verbindung in einen Träger erfolgen, der mit der zu schmierenden Oberfläche in Kontakt gebracht wird. Es wurde festgestellt, daß die heteropolaren Moleküle durch den Träger auf die zu schmierende Oberfläche wandern und auf dieser Multimolekularschichten bilden. Der Träger kann eine Flüssigkeit sein wie ein Öl oder ein Fett oder sogar eine wässerige Flüssigkeit. Feste Träger, wie z.B. Polyamidkunststoffe, wie sie zur Wiederherstellung von abgenutzten Maschinenteilen, wie z.B. Antriebswellen und dergleichen verwendet werden, kommen ebenfalls in Frage. Die Einarbeitung einer heteropolaren Verbindung in den Kunststoff ermöglicht die Ausbildung einer Multimolekularschicht aus heteropolaren Molekülen nicht nur auf der Oberfläche des Kunststoffs durch Wanderung durch den Kunststoff hindurch, sondern auch durch den Transfer aus der Kunststoffoberfläche zu einer anderen Oberfläche, die auf der Kunststoffoberfläche gleitet.
- Es wurde außerdem festgestellt, daß die heteropolaren Moleküle seitlich über die Oberfläche wandern, auf der sie dann jenseits des Kontaktbereichs der Oberfläche mit dem Trägermaterial adsorbiert werden. Um auf der gesamten zu schützenden Oberfläche eine Schmiermittelschicht aus heteropolaren Molekülen zu bilden, ist es daher nicht erforderlich, daß der Träger mit der gesamten zu schützenden Oberfläche in Kontakt kommt. Auch ein ständiger Kontakt zwischen Träger und der zu behandelnden Oberfläche ist nicht erforderlich. Ein periodischer Kontakt ist ebenso wirksam. Die Multimolekularschicht entsteht natürlich nicht augenblicklich, sondern entwickelt sich über einen längeren Zeitraum. Die Relativbewegung zwischen Träger und zu schützender Oberfläche beschleunigt die Bildung und Aufrechterhaltung der Multimolekularschicht aus heteropolaren Molekülen auf der zu schützenden Oberfläche.
- Die heteropolaren Moleküle wandern durch den Träger hindurch in die Grenzflächen zwischen Träger und Umgebung ein. Unsubstituierte heteropolare heterocyclische ungesättigte Systeme mit einem einzigen Ring oder einem kondensierten Ringsystem, welche die erwähnten Wasserstoffdonator- und -akzeptorfragmente aufweisen, besitzen dieses Migrationsverhalten. Die Substituenten in den heteropolaren Molekülen dürfen keinerlei solubilisierende Wirkung auf diese ausüben, durch die sie ihre Fähigkeit verlieren würden, durch den Träger hindurch in den Grenzbereich zwischen Träger und Umgebung einzuwandern. Da ein Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Verbindungen Öle und Fette sind, ist es wichtig, daß die Moleküle keine solubilisierende Wirkung ausüben, welche die Wanderung verhindern könnte. Substituierende Gruppen, wo immer sie Ölen und Fetten zugesetzt werden, dürfen daher das Molekül nicht "übersolubilisieren". Die Kohlenwasserstoffsubstituenten sollten daher vorzugsweise nicht mehr als 4 C- Atome, insbesondere nicht mehr als 2 C-Atome enthalten.
- Der Träger kann eine Flüssigkeit wie ein Schmieröl oder ein Kohlenwasserstoffkraftstoff für einen Verbrennungsmotor oder ein wässeriges System sein. Der Träger kann aber auch ein Fett oder ein halbfester Stoff (Nicht-Newtonsche Flüssigkeit) wie ein Schmierfett oder ein fettähnliches Schmiermittel sein. Der Träger kann außerdem ein Feststoff wie ein Kunststoffverbundmaterial, wie z.B. ein Polyamid sein, wie es zur Herstellung von Laufflächen für Reparatur- und Erneuerungszwecke verwendet wird. Im Falle einer Flüssigkeit kann der Gehalt an heteropolarer Verbindung 0,5 bis 4 Gew.-% und im Falle von Fetten oder Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten 3 bis 10 Gew.-% betragen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht an Träger + Zusatz. Vorzugsweise beträgt im Falle einer Flüssigkeit der Gehalt an heteropolarer Verbindung über 1 %, z.B. 1,1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Träger + Zusatz. Die im Falle eines festen Trägers erforderliche Konzentration hängt von der Art des festen Trägers ab. Im Falle von Polyamiden ist im allgemeinen etwas mehr an Zusatz erforderlich als bei halb festen Trägern bei gleichwertigen Ergebnissen. So wurde z.B. festgestellt, daß im Falle einer Polyamid-Lauffläche 10 Gew. -%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Polyamid + Zusatz, durchaus ausreichen. Vorzuziehen sind jedoch Mengen von über 10 %, d.h. 10,1 bis 20 %.
- Der bevorzugte Wasserstoffakzeptoranteil enthält Stickstoff als Heteroatom in Form eines -N=-Fragments. Der bevorzugte Wasserstoffdonatoranteil ist eine Hydroxylgruppe. Beide Anteile liegen in der bevorzugten erfindungsgemäßen heteropolaren Verbindung vor. Diese ist 8-Hydroxychinolin:
- Das für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignete kondensierte Ringsystem in den heteropolaren Verbindungen kann bis zu vier -N=-Fragmente enthalten, wobei jedoch bis zu zwei derartiger Fragmente als ringbildende Atome in einen der Ringe eingebaut sind. Weitere für das erfindungsgemäße Verfahren und für die erfindungsgemäßen Gemische verwendbare unsubstituierte heteropolare Verbindungen sind: 2,3-Dihydroxypyrimidin 4,6-Dihydroxypyrimidin 2-Pteridinol 2,4-Chinolindiol 2,3-Dihydroxychinoxalin 2,4-Pteridindiol 6-Purinol 3-Phenanthridinol 2-Phenanthrolinol 2-Phenazinilol
- Wie oben angegeben, sind die bevorzugten heteropolaren Verbindungen unsubstituierte Stoffe. Die Substituenten dürfen keine sterische Hinderung verursachen, was die Wechselwirkung zwischen dem Wasserstoffdonator- und -akzeptoranteil verhindert. Steht die Methylgruppe in o-Stellung zum -N=- Wasserstoffakzeptorfragment des 8-Hydroxychinolins, wobei die Verbindung 2-Methyl-8-hydroxychinolin entsteht: wird die Aktivität dieses heteropolaren Moleküls bei der Ausbildung des Adsorptionsfilms auf den Metalloberflächen nicht wesentlich beeinflußt. Zahl und Größe der im heteropolaren Molekül zulässigen Substituenten hängt von Zahl und Stellung der Wasserstoffdonator- und -akzeptorfragmente im Molekül ab. Im allgemeinen darf die Zanhl der C-Atome in den Substituentengruppen vier nicht überschreiten (z.B. im Falle von Kohlenwasserstoffgruppen die Butylguppe), vorzugsweise sollten es jedoch nicht mehr als zwei C-Atome sein und insbesondere nur ein einziges C-Atom.
- Ein gutes Indiz für das Vorhandensein einer sterischen Hinderung, die möglicherweise problematisch sein könnte, liefert die Messung der bei der Adsorption der betreffenden Verbindung frei werdenden Energie. Liegt diese Energie, gemessen auf einer Kupferoberfläche, im wesentlichen innerhalb eines Bereichs zwischen 3 und 6 Kcal/Mol, ist die sterische Hinderung vermutlich unproblematisch.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen, die rein illustrierenden Charakter haben, näher erläutert. In jedem Beispiel war die heteropolare Verbindung 8-Hydroxychinolin.
- 0,5 Gew.-% heteropolare Verbindung wurden in Maschinenöl vom Typ SAE 30 eingearbeitet, wonach dieses dann auf einem voll ausgerüsteten Prüfstand vom Typ Whirlepeel-System getestet wurde. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 bis 5 zusammengefaßt. Tabelle 1 Druck ohne heteropolar Verbindung mit heteropolarerVerbindung Druck Zylinder Tabelle 2 Kraftstoffverbrauch (nach einer Strecke von 100 km) (a) ohne heteropolare Verbindung (b) mit heteropolarer Verbindung (c) mit heteropolarer Verbindung nach einer Strecke von 15.000 km Kraftstoffverbrauch (Liter) pro 100 km bei einer Geschwindigkeit von Tabelle 3 Verschleißgeschwindigkeit ohne heteropolare Verbindung mit heteropolarer Verbindung Tabelle 4 Reibung ohne heteropolare Verbindung mit heteropolarer Verbindung mittlerer Reibungsdruck Tabelle 5 Emission (Bosch-Einheiten) (a) Leerlaufdrehzahl (b) Vollast (Revs) 1,5 maximal zulässiger Wert Ohne heteropolare Verbindung Mit heteropolarer Verbindung
- Die nachfolgenden Beispiele illustrieren die EP-Wirkung der Zugabe der heteropolaren Verbindung zu verschiedenen Schmiermitteln.
- Shell-Vierkugelapparat
- Schmiermittel: Li-Fett mit 3 Gew.-% heteropolarer Verbindung.
- Ohne heteropolare Verbindung Verschweißen bei 2&sup7; bis 2,2&sup7; N.
- Mit heteropolarer Verbindung kein Verschweißen bei 3&sup7; N.
- To. L.P.-Prüfung 241/69 mit 0,5 Gew.-% heteropolarer Verbindung. Backenbelastung Zeit bis zum Versagen SAE-Öl ohne heteropolare Verb. SAE-Öl mit heteropolarer Verb. Bemerkung: Steigerung der Backenbelastung 1.000 N pro Minute.
- Verglichen wurde ein Polyamidlager mit 10 % MoS&sub2; als Verbundstoffzusatz mit einem ähnlichen 10 % heteropolare Verbindung enthaltenden Lager. Das die heteropolare Verbindung im Polyamid enthaltende Lager zeigte verglichen mit dem MoS&sub2; als Zusatz enthaltenden Lager eine um 30 % geringere Reibung.
- Wurde die heteropolare Verbindung in das Schmiermittel für das Differential einer Hinterachse eingearbeitet, verminderte sich der Lärm um 2 dB. Wurde die heteropolare Verbindung in das Schmiermittel in einen Motor des Typs Vauxhall Astra eingearbeitet, verminderte sich der Lärm um 86 dB auf 80 dB.
Claims (22)
1. Verfahren zur Verminderung des Verschleißes auf einer
Oberfläche, die Reibungskräften ausgesetzt ist, das die
Bildung einer Schutzschicht und deren Aufrechterhaltung auf
der Oberfläche umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schutzschicht eine Multimolekularschicht
aus einer heteropolaren Verbindung ist, die wenigstens einen
vollständig ungesättigten heterocyclischen sechsgliedrigen
Ring umfaßt, bei dem wenigstens ein unsubstituiertes
Heteroatomfragment als Wasserstoffakzeptor fungiert, die
Verbindung auch noch zumindest ein Wasserstoffdonatorfragment
umfaßt, und die heteropolare Verbindung keinen Substituenten
aufweist, der als solcher oder zusammen mit einem anderen
Substituenten oder anderen Substituenten eine solche
sterische Behinderung bewirkt und/oder das Molekül so basisch
oder sauer macht oder die sterische Geometrie des Moleküls
so verändert, daß eine Wechselwirkung zwischen dem
Wasserstoffdonator- und -akzeptorfragment eines Moleküls der
heteropolaren Verbindung mit dem Wasserstoffdonator- und
-akzeptorfragment eines anderen Moleküls der heteropolaren
Verbindung verhindert wird, und auch keinen Substituenten,
der als solcher oder zusammen mit einem anderen
Substituenten oder anderen Substitutenten die heteropolare Verbindung
in einem ausgewählten Träger soweit solubilisiert, daß die
Wanderung der heteropolaren Verbindung zu den Grenzflächen
zwischen dem Träger und seiner Umgebung verhindert wird und
bei dem die Schutzschicht auf der zu schützenden Oberfläche
durch Kontaktierung wenigstens eines Teils der Oberfläche
mit einem Gemisch gebildet wird, das einen Träger und eine
darin gelöste und/oder dispergierte wirksame Menge der
heteropolaren Verbindung enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil der
zu schützenden Oberfläche ständig mit dem Gemisch in
Berührung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil der
zu schützenden Oberfläche periodisch mit dem Gemisch in
Berührung gebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die heteropolare
Verbindung bis zu drei kondensierte ungesättigte Ringe umfaßt,
von denen einer der vollständig ungesättigte heterocyclische
sechsgliedrige Ring ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß einer der kondensierten Ringe ein
fünfgliedriger ungesättiger heterocyclischer Ring ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß alle kondensierten Ringe
sechsgliedrige ungesättigte Ringe sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der
Träger eine Flüssigkeit ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Schmieröl ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schmieröl wenigstens einen
ungesättigten Kohlenwasserstoff umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die heteropolare Verbindung in einer
Menge von 1,1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
von Träger und Zusatz, vorliegt.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger eine wässerige Flüssigkeit
ist.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger ein flüssiger
Kohlenwasserstoff-Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger ein
Schmierfett oder ein fettähnlicher Stoff ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die heteropolare Verbindung in einer
Menge von 3 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von
Träger und Zusatz, vorliegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger ein fester
Kunststoff ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der feste Kunststoff ein Polyamid
ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die heteropolare Verbindung in einer
Menge von 10,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
von Träger und Zusatz, vorliegt.
18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der als
Wasserstoffakzeptor fungierende heterocyclische Anteil ein -N
=-Fragment ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die heteropolare Verbindung bis zu
vier -N=-Fragmente enthält.
20. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Wasserstoffdonatoranteil eine -OH-Gruppe ist.
21. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die heteropolare
Verbindung 8-Hydroxychinolin ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß die heteropolare
Verbindung ausgewählt wird unter 2,3-Dihydroxypyridin, 4,6-
Dihydroxypyrinidin, 2-Pteridinol, 2-Methyl-8-chinolinol,
2,4-Chinolindiol, 2,3-Dihydroxychinoxalin, 2,4-Pteridindiol,
6-Purinol, 3-Phenanthridinol, 2-Phenanthrolinol und
2-Phenazinol.
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