DE69733429T2

DE69733429T2 - Stossdämpfer mit biologisch absetzbarer flüssigkeit

Info

Publication number: DE69733429T2
Application number: DE69733429T
Authority: DE
Inventors: R. Eugene ZEHLER
Original assignee: Cognis IP Management GmbH
Current assignee: Cognis IP Management GmbH
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: EP0941426A2; WO1998027359A3; ATE296973T1; DE69733429D1; CA2272268A1; EP0941426B8; WO1998027359A2; US20020088676A1; EP0941426B1; EP0941426A4

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der als Dämpfungsflüssigkeit einen oder mehrere biologisch abbaubare Ester enthält.
2. Stand der Technik
Fahrzeuge, Maschinen und andere Arten von Einrichtungen werden normalerweise mit Hydrauliksystemen ausgestattet, die Schwingungsenergie in Wärme umwandeln und somit eine dämpfende Wirkung haben. Derartige Dämpfer werden am häufigsten in Fahrzeugen (für Räder und Steuerung) verwendet und sind allgemein unter der Bezeichnung Stoßdämpfer bekannt. Die US-A 2 630 193 beschreibt einen Stoßdämpfer und Einzelheiten seines Aufbaus. Die Hydraulikflüssigkeit, die auch als Dämpfungsflüssigkeit bezeichnet wird, erfüllt in allen Konstruktionsvarianten (Ein- oder Zweirohrdämpfer) die gleiche Funktion; die Anforderungen unterscheiden sich hauptsächlich in bezug auf Verschleißschutz und Viskosität oder Viskosität-Temperatur-Verhalten. Im Betrieb wird die Öltemperatur je nach Belastung durch das erzwungene Fließen des Öls durch enge Kanäle aus der beladenen Kammer in die Ausgleichskammer auf 60-100°C (in Spezialfällen bis zu 150°C) erhöht; diese Wärme wird durch den Luftstrom des sich bewegenden Fahrzeugs abgeführt. Andererseits müssen die Dämpfer auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen funktionsfähig bleiben; hierfür sind niederviskose Öle mit guten Kälteeigenschaften erforderlich.
Als Grundlage für Dämpfungsflüssigkeiten dienten traditionell Mineralöl oder niedermolekulare Poly-α-olefine (PAO). Beide Flüssigkeitstypen enthalten hohe Polymeranteile zwecks Erhöhung des Viskositätsindex (VI) auf etwa 250, da Flüssigkeiten mit hohem VI über ihren typischen Betriebstemperaturbereich von –40 bis +80°C stetigere Dämpfungseigenschaften bieten. Da die typischen Flüssigkeiten auf Mineralöl- und PAO-Basis polymere VI-Verbesserer enthalten, die infolge der Einwirkung mechanischer Scherbelastungen im Stoßdämpfer abgebaut werden, nimmt die Viskosität dieser Flüssigkeiten im Lauf der Zeit ab.
Stoßdämpferhersteller empfehlen zwar, die Flüssigkeiten abzulassen und zu rezyklieren, jedoch werden derartige Richtlinien nicht immer streng befolgt. Infolgedessen laufen Stoßdämpferflüssigkeiten aus, gelangen in die Umwelt und stellen Gesundheits- und Sicherheitsgefahren dar. Daher besteht Bedarf an Stoßdämpfern, die biologisch abbaubare Flüssigkeiten enthalten, welche beim Eintragen in die Umwelt höchstens eine geringfügige schädliche Wirkung aufweisen, da sie biologisch abbaubar sind.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäße Stoßdämpfer bestehen aus: einem darin eine Kammer definierenden Zylinder, der eine Flüssigkeit enthält; einer Kolbenstange, die abdichtend in den Zylinder hineinragt und gegenüber dem Zylinder axial verschieblich ist; einen an der Kolbenstange angebrachten Kolben, der im Zylinder gleitend angeordnet ist und dadurch den Zylinder abdichtend in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt; ein Mittel zur Ermöglichung von Fluidverbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer, das in mindestens einem Teil des Kolbens angeordnet ist. Die Flüssigkeit besteht aus einem oder mehreren Polyestern mit einem gehinderten Polyol als Polyolkomponente und einer Monocarbonsäure mit etwa 5 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen als Carbonsäurekomponente. Da die erfindungsgemäße Stoßdämpferflüssigkeit keinen polymeren Viskositätsindexverbesserer enthält, unterliegt die Flüssigkeit keinem Viskositätsabbau infolge der Einwirkung der mechanischen Scherbelastungen im Stoßdämpfer.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsansicht eines Stoßdämpfers.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die erfindungsgemäßen Dämpfungsflüssigkeiten bestehen aus einem oder mehreren Polyestern mit einem gehinderten Polyol als Polyolkomponente und einer Monocarbonsäure mit etwa 5 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen als Carbonsäurekomponente. Ein gehindertes Polyol ist ein Molekül ohne beta-Wasserstoffatome und mit 2 oder mehr Alkoholfunktionalitäten. Ein beta-Wasserstoffatom ist ein Wasserstoffatom, das an ein zu einem an eine funktionelle Gruppe, wie eine OH-Gruppe, gebundenen Kohlenstoffatom benachbartes Kohlenstoffatom gebunden ist. Im Fall eines Polyols ist ein beta-Wasserstoff ein Wasserstoffatom, das an ein zu einem an eine Alkoholfunktionalität gebundenen Kohlenstoffatom benachbartes Kohlenstoffatom gebunden ist. Ein Beispiel für ein Polyol mit zwei beta-Wasserstoffatomen ist 1,3-Propandiol. Trimethylolpropan ist dagegen ein Beispiel für ein gehindertes Polyol ohne beta-Wasserstoffatome und mit 3 Alkoholfunktionalitäten. Beispiele für gehinderte Polyole sind u.a. Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Neopentylglykol und dergleichen.
Bei den Carbonsäurekomponenten der erfindungsgemäßen Polyolester handelt es sich um aliphatische Carbonsäuren mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen. Somit handelt es sich bei den zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Stoßdämpfern geeigneten Polyolestern um Ester von gehinderten Phenolen und C_5-18-Carbonsäuren. Die C_5-18-Carbonsäuren können linear und verzweigt sein und sind vorzugsweise linear. Die erfindungsgemäßen Ester können nach dem in der US-PS 5,021,179 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die fertig formulierte Stoßdämpferflüssigkeit enthält einzelne Ester von gehinderten Polyolen und C_5-18-Carbonsäuren oder Kombinationen aus zwei oder mehr dieser Ester und in der Regel außerdem auch noch Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Verschleißschutzadditive und Dichtungskonditionierungsmittel.

Die biologische Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Stoßdämpferflüssigkeiten wird durch das Normprüfverfahren L-33-A-94 des Co-ordinating European Council (Primary Biodegradation Test, kurz C.E.C. L-33-A-94) bestimmt. Eine Flüssigkeit muß zu mindestens 80% biologisch abbaubar sein, damit sie als biologisch abbaubar erachtet wird. Eine annehmbare biologisch abbaubare Stoßdämpferflüssigkeit sollte mindestens die folgenden Eigenschaften aufweisen:

Viskosität bei –40°C	250-5000 cS
Viskosität bei 40°C	10-15 cS
Viskosität bei 100°C	2,5-4,0 cS
Viskositätsindex	90-300
Pourpoint	–50°C
Flammpunkt	100°C (min.)
Rostprüfung (ASTM D-665A)	Bestanden
Vierkugelverschleiß¹	0,30-0,35 mm
Schäumprüfung (ASTM D-892)	<50 ml
Biologische Abbaubarkeit (C.E.C. L-33-A-94) 1-20 kg, 1800 U/min, 54°C, 1h	≥80%

Ein typischer Stoßdämpfer ist in 1 dargestellt.
Der Stoßdämpfer 2 enthält ein oberes Rohr 4, das ein unteres Rohr 6 teilweise umgibt und damit konzentrisch ist, einen mittig entlang der Längsachse des unteren Rohrs 6 angeordneten Kolben 8, wodurch sich das untere Rohr 6 teleskopartig am Kolben 8 vorbeigleitend teilweise weiter in das und aus dem oberen Rohr 4 bewegen kann, Einwegventile 10 sind zwischen dem Kolben 8 und der Innenwand des unteren Rohrs 6 angeordnet und unterstützen dabei die Aufrechterhaltung einer Flüssigkeitsdichtung dazwischen, und das untere Rohr 6 ist weitgehend mit der Hydraulikflüssigkeit 12 gefüllt. Der Kolben 8 enthält kalibrierte Öffnungen und ist starr mit einem Ende einer Kolbenstange 14 verbunden. Das andere Ende der Kolbenstange ist starr mit einer Metallöse 16 verbunden oder zu einer Metallöse 16 ausgeformt, die eine Gummibuchse 18 zum Anschrauben des oberen Rohrs 4 an einen zugehörigen Automobilrahmen hält, wobei die Kolbenstange 14 und das obere Rohr 4 in der Nähe der Metallöse 16 starr miteinander verbunden sind. Das untere Rohr 6 ist an seinem unteren Ende starr mit einer Metallöse 20 mit einer Buchse 22 aus elastomerem Material zum Anschrauben des unteren Rohrs 6 an ein Aufhängungsbauteil verbunden. Zwischen dem Kolben 8 und den Innenwänden des unteren Rohrs 6 wird eine enge Passung beibehalten, wodurch letzteres in eine obere Kammer 24 und eine untere Kammer 26 unterteilt wird. Ein Vorratsdurchgangsventil 28 sorgt dafür, daß eine zusätzliche Hydraulikflüssigkeit 12 enthaltende Vorratskammer 30 zur Bewegung des unteren Rohrs 6 vom oberen Rohr 4 weg bzw. in das obere Rohr 4 der unteren Kammer 26 Flüssigkeit 12 zuführen bzw. aus der unteren Kammer 26 Flüssigkeit 12 aufnehmen kann.
Die Arbeitsweise des Stoßdämpfers 2 ist gut bekannt. Wenn ein zugehöriger Reifen auf eine Erhebung trifft, schiebt sich das untere Rohr 6 teleskopartig in das obere Rohr 4 und veranlaßt dadurch den Kolben 8 zum weiteren Eindringen in das untere Rohr 6. Beim Rückprallen des zugehörigen Reifens oder Rads tritt die entgegengesetzte Bewegung auf, wobei das untere Rohr 6 sich nach unten und teleskopartig teilweise aus dem oberen Rohr 4 hinaus bewegt. Bei einer derartigen Bewegung zwischen dem oberen Rohr 4 und dem unteren Rohr 6 ermöglichen die Ventile 10 und 28 die Bewegung von Hydraulikflüssigkeit 12 in entsprechender Richtung zwischen der oberen Kammer 24, der unteren Kammer 26 und dem Vorrat 30 zur Dämpfung der teleskopartigen Bewegung dazwischen in Kombination mit dem Kolben 8.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung eräutern, aber nicht einschränken.
BEISPIEL 1
Eine Stoßdämpferflüssigkeit, die die folgenden Bestandteile in Gewichtsteilen enthielt, besaß die in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften, die mit einem handelsüblichen Produkt auf Mineralölbasis vergleichbar sind.

EMERY^® 2930¹ 98,83

VANLUBE^® 81² 0,50

PANA 0,50

CHINIZARIN 0,02

IRGALUBE^® 349³ 0,15

1-ein Ester von Trimethylolpropan und EMERY^®-1210-Säuren, wobei es sich um ein Gemisch von Monocarbonsäuren aus 4% Valeriansäure, 27% Capronsäure, 30% Önanth, 12% Caprylsäure und 27% Pelargonsäure handelt.
2-Markenprodukt von R.T. Vanderbilt
3-Markenprodukt von Ciba-Geigy

a BF = Brookfield-Viskosität; 16 h Temperierung
b 16 h Temperierung bei –40°C, 3 Tage bei 25°C, 16 h
Temperierung bei –40°C
c 20 kg, 1800 U/min, 54°C, 1 h
d Primary Biodegradation Test CEC L-33-A-94
e 200 lb, 4 h
f 149°C, 5 Liter Luft/h, 7 Tage
g 100°C, 7 Tage
h 10°C/min, Stickstoffspülung, 14-mg-Probe
1-SUNFIL^® DM 4463, Markenprodukt von Sun Chemical

Claims

Stoßdämpfer (2), umfassend einen darin eine Kammer definierenden Zylinder, der eine Flüssigkeit (12) enthält; eine Kolbenstange (14), die abdichtend in den Zylinder hineinragt und gegenüber dem Zylinder axial verschieblich ist; einen an der Kolbenstange angebrachten Kolben (8), der im Zylinder gleitend angeordnet ist und dadurch den Zylinder abdichtend in eine erste und eine zweite Kammer (24, 26) unterteilt; ein Mittel zur Ermöglichung von Fluidverbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer (10), das in mindestens einem Teil des Kolbens angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einem Polyester mit einem gehinderten Polyol als Polyolkomponente und einer Monocarbonsäure mit etwa 5 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen als Carbonsäurekomponente besteht.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem das gehinderte Polyol aus der Gruppe bestehend aus Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit und Neopentylglykol stammt.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem gehinderten Polyol um Trimethylolpropan handelt.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Monocarbonsäure 5 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist.
Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Monocarbonsäure verzweigt ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem es sich bei dem Polyolester um einen Ester von Trimethylol propan und einem Gemisch von Carbonsäuren mit 5 bis 9 Kohlenstoffatomen handelt.