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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Schmiermittelzusammensetzungen, im spezielleren auf Schmierfette
mit einem Gehalt an derartigen Zusammensetzungen, und im spezielleren
auf Schmierfette zur Verwendung in homokinetischen Gelenken, wie
beweglichen homokinetischen Gelenken.
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Homokinetische Gelenke werden in
Frontmotor/Frontantriebsfahrzeugen, in Fahrzeugen mit unabhängiger Aufhängung oder
in all-radgetriebenen
Fahrzeugen verwendet. Die homokinetischen Gelenke sind spezielle
Typen von Universalkupplungen, die einen Antrieb vom Ausgang des
Reduktionsgetriebes mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit auf
eine Straßenradachse übertragen.
Die beiden Hauptkategorien von homokinetischen Gelenken sind bewegliche
und fixierte homokinetische Gelenke, und sie werden üblicherweise
in geeigneten Kombinationen in einem Fahrzeug eingesetzt. Die beweglichen
homokinetischen Gelenke ermöglichen
eine Gleitbewegung in axialer Richtung, wogegen fixierte homokinetische
Gelenke keine Bewegung in axialer Richtung gestatten. Die mechanischen
Komponenten von beweglichen Gelenken unterliegen komplexen Roll-
und Gleitbewegungen, wenn das Gelenk abgewinkelt ist und einer Rotation
unterliegt, und es ist bekannt, daß der Reibwiederstand gegenüber diesen
Bewegungen dazu führen
kann, daß das
Kraftfahrzeug Vibrationen, akustischen schlagenden Geräuschen und
kleinen Rollbewegungen unterliegt, insbesondere unter bestimmten
Fahrbedingungen. Derartige Geräusche,
Vibrationen und Bewegungen können
für die
Kraftfahrzeuginsassen unangenehm sein.
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Demgemäß wurden Versuche unternommen,
Schmierfette für
homokinetische Gelenke zu formulieren, um deren Reibeigenschaften
dahingehend zu verbessern, daß die
Reibungskräfte
innerhalb beweglicher homokinetischer Gelenke und der in Fahrzeugen
auftretende Lärm
und die hervorgerufenen Vibrationen verringert werden. Eine Reihe
von Studien hat gezeigt, daß es
brauchbare Korrelationen zwischen diesem Lärm und den Vibrationen und
den in bestimmten Laborreibungstestgeräten ermittelten Reibungskoeffizienten
gibt. Im speziellen hat sich der SRV (Schwingung, Reibung und Verschleiß)-Laborreibungstester
(hergestellt von Optimol Instruments) in mehreren Studien als geeignet
erwiesen, einen brauchbaren Führer
in der Entwicklung von Schmierfetten mit geringer Reibung für homokinetische
Gelenke hinsichtlich verbesserten Lärm- und Vibrationsverhaltens
darzustellen.
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Beispiele für üblicherweise in derartigen
homokinetischen Gelenken verwendete Schmierfette umfassen ein Schmierfett,
das eine Calciumkomplexseife als Verdickungsmittel einschließt; ein
Schmierfett mit einem Gehalt an einer Lithiumseife als Verdickungsmittel;
ein Schmierfett mit einem Gehalt an einem Lithiumkomplex als Verdickungsmittel;
und ein Schmierfett, das einen Polyharnstoff als Verdickungsmittel
einschließt. Verdikkungsmittel
können
aber auch beliebige aus einer Vielzahl von Materialien sein, einschließlich Tone,
und Fettsäureseifen
von Calcium, Natrium, Aluminium und Barium.
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Die in Schmierfetten verwendeten
Grundöle
sind im wesentlichen von der gleichen Type von Öl, wie es normalerweise für eine Ölschmierung
ausgewählt
werden würde.
Die Grundöle
können
mineralischen und/oder synthetischen Ursprungs sein. Grundöle mineralischen
Ursprungs können
Mineralöle
sein, beispielsweise hergestellt durch Lösungsmittelraffinieren oder
Hydroprocessing. Grundöle
synthetischen Ursprungs können
typisch Gemische von C10-C50-Kohlenwasserstoffpolymeren
sein, beispielsweise flüssige
Polymere von alpha-Olefinen. Es kann sich auch um konventionelle
Ester handeln, beispielsweise Polyolester. Das Grundöl kann auch
ein Gemisch aus derartigen Ölen
sein. Vorzugsweise ist das Grundöl
jenes von mineralischer Herkunft, das von der Gruppe Royal Dutch/Shell
unter den Bezeichnungen "HVI" oder "MVIN" vertrieben wird,
ein Polyalphaolefin oder ein Gemisch hievon. Grundöle jener
Type, die durch eine Hydroisomerisation von Wachs hergestellt werden,
wie jene, die von den Firmen der Royal Dutch/Shell-Gruppe unter
der Bezeichnung "XHVI" (Handelsmarke) vertrieben
werden, können
ebenfalls eingesetzt werden.
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Das Schmierfett enthält vorzugsweise
2 bis 20 Gew.-% Verdikkungsmittel, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%.
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Mit einer Lithiumseife verdickte
Fette sind seit vielen Jahren bekannt. Typisch sind die Lithiumseifen von
C10-C24, vorzugsweise
C15-C18 gesättigten
oder ungesättigten
Fettsäuren
oder deren Derivaten abgeleitet. Ein spezielles Derivat ist hydriertes
Rizinusöl,
bei dem es sich um das Glycerid von 12-Hydroxystearinsäure handelt.
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Die 12-Hydroxystearinsäure ist
eine besonders bevorzugte Fettsäure.
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Mit komplexen Verdickungsmitteln
verdickte Fette sind allgemein bekannt. Zusätzlich zu einem Fettsäuresalz
liegt bei ihnen im Verdickungsmittel ein komplexierendes Mittel
vor, das üblicherweise
eine niedermolekulare bis mittelmolekulare Säure oder zweibasische Säure oder
eines ihrer Salze ist, wie Benzoesäure oder Borsäure oder
ein Lithiumborat.
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Als Verdickungsmittel in Fetten verwendete
Harnstoffverbindungen weisen in ihrer Molekularstruktur die Harnstoffgruppe
(-NHCONH-) auf. Zu diesen Verbindungen zählen Mono-, Di- oder Polyharnstoffverbindungen,
abhängig
von der Anzahl der Harnstoffverknüpfungen.
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In die Schmierfette können verschiedene
konventionelle Schmierfettadditive eingearbeitet werden, in Mengen,
die nor malerweise in diesem Anwendungsgebiet eingesetzt werden,
um dem Fett bestimmte wünschenswerte
Eigenschaften zu verleihen, wie Oxidationsbeständigkeit, Klebrigkeit, Höchstdruckeigenschaften und
Korrosionsverhinderung. Geeignete Additive umfassen ein oder mehrere
Höchstdruck/Antiverschleißmittel,
beispielsweise Zinksalze wie Zinkdialkyl- oder Zinkdiaryldithiophosphate,
Borate, substituierte Thiadiazole, polymere Stickstoff/Phosphorverbindungen,
hergestellt beispielsweise durch Umsetzen eines Dialkoxyamins mit
einem substituierten organischen Phosphat, Aminophosphate, sulfurierte
Spermöle
natürlicher
oder synthetischer Herkunft, sulfuriertes Schweinefett, sulfurierte
Ester, sulfurierte Fettsäureester
und ähnliche
sulfurierte Materialien, Organophosphate, beispielsweise entsprechend
der Formel (OR)3P=O, worin R eine Alkyl-, Aryl-
oder Aralkylgruppe darstellt, und Triphenylphosphorthionat; ein
oder mehrere überbasische
metallhältige Detergenzien,
wie Calcium- oder Magnesiumalkylsalicylate oder -alkylarylsulfonate;
ein oder mehrere aschefreie Dispergieradditive, wie Reaktionsprodukte
aus Polyisobutenylbernsteinsäureanhydrid
und einem Amin oder Ester; ein oder mehrere Antioxidantien, wie
gehinderte Phenole oder Amine, beispielsweise Phenylalphanaphthylamin,
Diphenylamin oder alkyliertes Diphenylamin; ein oder mehrere Rostschutzadditive,
wie oxygenierte Kohlenwasserstoffe, die gegebenenfalls mit Calciumsalzen
von alkylierten Benzolsulfonaten und alkylierten Benzolerdölsulfonaten
neutralisiert worden sind, und Bernsteinsäurederivate, oder reibungsmodifizierende
Additive; ein oder mehrere Viskositätsindexverbesserer; ein oder
mehrere Pourpoint-erniedrigende Additive; und ein oder mehrere Klebrigkeitsmittel.
Um spezielle Eigenschaften zu verleihen, können auch feste Materialien
wie Graphit, fein verteiltes Molybdändisulfid, Talk, Metallpulver
und verschiedene Polymere wie Polyethylenwachs zugesetzt werden.
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Untersuchungen mit öllöslichen
Molybdändithiocarbamaten
(MoDTC's) (PCH Mitchell,
Wear 100 (1984) 281; H Isoyama und T Sakurai, Tribology International
7 (1974) 151; E R Braithwaite und A B Greene, Wear 46 (1978) 405;
und Y Yamamoto und S Gondo, Tribology Trans., 32 (1989) 251) und
mit anderen Organomolybdänverbindungen
in Gegenwart von schwefelhältigen
Materialien (Y Yamamoto, S Gondo, T Kamakura und M Konishi, Wear
120 (1987) 51; Y Yamamoto, S Gondo, T Kamakura und N Tanaka, Wear
112 (1986) 79; A B Greene und T J Ridson SAE Technical Paper 811187
Warrendale PA, 1981; und I Feng, W Perilstein und M R Adams ASLE
Trans., 6 (1963) 60) haben gezeigt, daß dadurch Reibung und Verschleiß wirksam
verringert wird. Das Vorliegen von Molybdän in Kombination mit Schwefel
(A. B. Greene und T. J. Ridson SAE Technical Paper 811187 Warrendale
PA, 1981) und gegebenenfalls mit Phosphor (Y Yamamoto, S Gondo,
T Kamakura und M Konishi, Wear 120 (1987) 51) scheint eine notwendige
Bedingung für
die Erzielung niedriger Reibung zu sein.
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Die Schwefelquelle kann aus einem
Additiv stammen, das in Kombination mit der Molybdänverbindung
verwendet wird (K Kubo, Y Hamada, K Moriki und M Kibukawa, Japanese
Journal of Tribology, 34 (1989) 307), üblicherweise Zinkdithiophopshat
(ZnDTP), aus dem eingesetzten Grundöl (Y Yamamoto, S Gondo, T Kamakura
und N Tanaka, Wear 112 (1986) 79) oder aus einer chemischen Kombination
mit der Molybdänverbindung
selbst (wie dies für
MoDTC der Fall ist).
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Es gibt jedoch viele Fälle in der
Literatur, wonach die Zugabe von Organomolybdän-Schwefel-Verbindungen zu Ölen keine
Reibungsverminderung herbeiführte.
Die in Kombination mit dem Organomolybdän verwendete Schwefelquelle
scheint kritisch zu sein; einige ZnDTP-Typen führen zu einem Abfall der Reibung,
wogegen andere einen Anstieg der Reibung verursachen (K Kubo, Y
Hamada, K Moriki und M Kibukawa, Japanese Journal of Tribology,
34 (1989) 307).
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In einer NTN-Studie (SAE Technical
Paper 871985; The Development of Low Friction and Anti-Fretting Corrosion
Greases for CVJ and Wheel Bearing Applications, M Kato und T Sato
of NTN Toyo Co Ltd) wurde die größte Verminderung
der Reibung festgestellt, wenn Molybdändithiophosphat (MoDTP) mit
ZnDTP in ein Schmierfett auf Polyurethanbasis eingebracht wurde.
Die Zugabe von MoDTC zusammen mit ZnDTP zu einem Polyharnstofffett
brachte eine geringere Reibungsverminderung zutage.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde festgestellt, daß die
Zugabe von Zinknaphthenat zu einer MoDTC- und Metalldithiophosphatkombination
die Reibungseigenschaften dieser Additive verbessern kann. Dieser
Effekt ist überraschend,
weil die Zugabe von Zinknaphthenat zu Molybdändithiocarbamat allein nicht
zu einem verringerten Reibungskoeffizienten führt und in der Tat einen Anstieg
des Reibungskoeffizienten zeigt.
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Demgemäß wurde überraschenderweise gefunden,
daß ein
Molybdändithiocarbamat,
ein Metalldithiophosphat und Zinknaphthenat in Kombination synergistisch
als ein reibungsverminderndes Mittel in Schmiermittelzusammensetzungen,
insbesondere Schmierfetten, wirken, während sie gute, niedrige Antiverschleißeigenschaften
beibehalten. Verglichen mit der Anwendung von Molybdändithiocarbamat
allein oder in Kombination mit einer der beiden anderen Komponenten
erweist sich die Reibungsverminderung als völ-lig unerwartet.
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Die WO 97/03152 offenbart eine Schmiermittelzusammensetzung,
umfassend ein Grundöl,
Molybdändisulfid,
Zinknaphthenat und Zinkdithiophosphat, und gegebenenfalls Zinkdithiocarbamat.
In diesem Dokument findet sich keine Information, aus der abgeleitet
werden könnte,
daß die
Kombination von Verbindungen gemäß der vorliegenden
Erfindung ein gutes reibungsverminderndes Mittel wäre.
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Die EP-A-O 770 668 bezieht sich auf
Schmiermittelzusammensetzungen, die ein Grundöl, 0,001 bis 5,0 Masse-% eines
ausgewählten
Molybdändithiocarbamats,
0,01 bis 5,0 Masse-% eines ausgewählten Zinkdithiophosphats und
0,005 bis 1,0 Masse-% eines ausgewählten Kupfercarboxylats umfassen.
Die EP-A-O 770 668 lehrt nicht die Verwendung von Zinknaphthenat.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Schmierfettzusammensetzung zur Verfügung, die ein Grundöl, ein Verdickungsmittel
und, als reibungsverminderndes Additivpaket, eine Kombination aus
Molybdändithiocarbamat,
Zinknaphthenat und einem oder mehreren Metalldithiophosphaten, und
gegebenenfalls ein oder mehrere weitere Metalldithiocarbamate umfaßt.
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Vorzugsweise ist das Molybdändithiocarbamat
ein sulfuriertes Oxymolybdändithiocarbamat
mit der allgemeinen Formel:
worin die vier möglichen
R-Gruppen R
1, R
2,
R
3 und R
4 (von denen
nur R
1 und R
2 dargestellt
sind) in der allgemeinen Struktur gleich oder verschieden sein können und
R
1 bis R
4 jeweils
für C
1-C
30-Kohlenwasserstoff
oder für
Wasserstoff stehen.
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Vorzugsweise stehen m + n = 4, und
m und n können
ganze Zahlen oder auch nicht sein.
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Vorzugsweise stellen R1 bis
R4 jeweils unabhängig eine primäre oder
sekundäre
Alkylgruppe mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, Cycloalkylgruppen mit
6 bis 26 Kohlenstoffatomen oder eine Aryl oder Alkylarylgruppe mit
6 bis 30 Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff dar.
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Die Reste R1 bis
R4 können
ausgewählt
werden, um die Löslichkeit
des MoDTC zu beeinflussen.
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Das Metall in den Metalldithiophosphaten
und/oder Metalldithiocarbamaten wird vorzugsweise unabhängig unter
Zink, Molybdän,
Zinn, Mangan, Wolfram und Bismuth ausgewählt.
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Vorzugsweise werden das eine oder
die mehreren Metalldithiophosphate unter Zinkdialkyl-, -diaryl- oder
-alkylaryldithiophosphaten ausgewählt, und das eine oder die
mehreren Metalldithiocarbamate werden unter Zinkdialkyl-, -diaryl-
oder -al-kylaryldithiocarbamaten
ausgewählt,
in welchen Dithiophosphaten und/oder Dithiocarbamaten jeglicher
Alkylrest geradkettig oder verzweigt ist und vorzugsweise 1 bis
12 Kohlenstoffatome enthält.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Schmierfett geschaffen, umfassend ein Verdickungsmittel in
Kombination mit einer Schmiermittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In dem Schmierfett gemäß der vorliegenden
Erfindung liegt das Gewichtsverhältnis
von Molybdän
im Molybdändithiocarbamat
zu dem Gesamtmetalldithiophosphat im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 20,
und das Gewichtsverhältnis
von Metalldithiophosphat zu Zinknaphthenat liegt im Bereich von
0,85 : 10 bis 0,85 : 0,05, und das Verhältnis von Molybdän im Molybdändithiocarbamat
zu Zink im Zinknaphthenat liegt im Bereich von 15 : 1 bis 1 : 4.
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Stärker bevorzugt liegt für ein öllösliches
Molybdändithiocarbamat
das Gewichtsverhältnis
von Molybdän
im Molybdändithiocarbamat
zu dem Metalldithiophosphat in dem Bereich von 0,8 : 1,7 bis 0,14
: 1,7, und das Gewichtsverhältnis
von Metalldi thiophosphat zu Zinknaphthenat liegt im Bereich von
0,85 : 4,8 bis 0,85 : 0,6, und das Gewichtsverhältnis der Molybdänmenge im
Molybdändithiocarbamat
zu dem Zink im Zinknaphthenat liegt im Bereich von 5 : 1 bis 1 :
1,6.
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Stärker bevorzugt liegt für ölunlösliches
Molybdändithiocarbamat
das Gewichtsverhältnis
von Molybdän
im Molybdändithiocarbamat
zu dem Metalldithiophosphat im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 6,2, und
das Gewichtsverhältnis
von Metalldithiophosphat zu dem Zinknaphthenat liegt im Bereich
von 0,85 : 4,8 bis 0,85 : 0,6, und das Gewichtsverhältnis von
Molybdän
im Molybdändithiocarbamat
zu dem Zink im Zinknaphthenat liegt im Bereich von 10,3 : 1 bis
1 : 0,8.
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Im Vorstehenden steht Zinknaphthenat
typisch für
ein komplexes Gemisch von Naphthensäuren, abgeleitet von ausgewählten Rohölfraktionen,
typisch durch Umsetzung der Fraktion mit Natriumhydroxidlösung und
anschließende
Ansäuerung
und Reinigung. Vorzugsweise haben die Naphthensäuren, vor der Reaktion mit
einer Zinkverbindung, Molekulargewichte im Bereich von 150 bis 500,
stärker
bevorzugt 180 bis 330. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an elementarem
Zink in dem Zinknaphthenatgemisch 1 bis 25%, stärker bevorzugt 5 bis 20%, am
meisten bevorzugt 9,0 bis 15,4%.
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Das Schmierfett gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
vorzugsweise das Molybdän
aus Molybdändithiocarbamat
in einer Menge von 0,04 bis 2,5 Gew.-% (Mo), stärker bevorzugt, für öllösliches
Molybdändithiocarbamat,
0,08 bis 0,6 Gew.-% (Mo), und, für ölunlösliches
Molybdändithiocarbamat,
0,08 bis 1,4 Gew.-% (Mo). Weiterhin enthält das Schmierfett vorzugsweise
das eine oder die mehreren Metalldithiophosphate in einer Gesamtmenge
von 0,1 bis 10 Gew.-%, stärker
bevorzugt 0,3 bis 3,5 Gew.-%. Weiterhin enthält das Schmierfett das Zinknaphthenat in
einer Menge von 0,05 bis 12 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,3 bis 3,5
Gew.-%.
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Das reibungsvermindernde Additiv
gemäß der vorliegenden
Erfindung muß kein
Molybdändisulfid
enthalten. Darüber
hinaus wird es bevorzugt, daß die
Schmiermittelzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung
keine erhebliche Menge an Molybdändisulfid
enthalten. Im spezielleren wird es bevorzugt, daß die Schmiermittelzusammensetzungen
weniger als 0,5 Gew.-% Molybdändisulfid
aufweisen, stärker
bevorzugt weniger als 0,3 Gew.-% Molybdändisulfid, am meisten bevorzugt überhaupt
kein Molybdändisulfid.
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Der Verdicker umfaßt vorzugsweise
eine Harnstoffverbindung, eine einfache Lithiumseife oder eine komplexe
Lithiumseife. Eine bevorzugte Harnstoffverbindung ist eine Polyharnstoffverbindung.
Geeignete Verdickungsmittel sind in der Schmierfetttechnologie allgemein
bekannt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird weiterhin ein Verfahren zum Schmieren eines homokinetischen
Gelenkes geschaffen, das ein Packen des Gelenkes mit einem Schmierfett
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt.
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Vorzugsweise ist das homokinetische
Gelenk (constant velocity joint, CVJ) im allgemeinen ein bewegliches
homokinetisches Gelenk, kann aber beispielsweise Hochgeschwindigkeits-universalgelenke
einschließen,
zu denen fixierte oder bewegliche Typen von homokinetischen Gelenken
gehören
können,
oder ein Universalgelenk vom Hooke-Typ.
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Das in Additivpaketen verwendete
Molybdändithiocarbamat
(MoDTC) ist häufig ölunlöslich und
liegt in den Schmierfetten möglicherweise
als feinverteilter Feststoff vor.
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Feste dispergierte Additive können sich
jedoch im Betrieb aus einem Schmierfett absondern. Dieser Effekt
ist in einigen strengen Hochtemperatur/Hochgeschwindigkeits-CVJ-Tests
bei Schmierfetten aufgetreten, die feste Additive enthalten. Dieses
potentielle Problem einer zentrifugalen Absonderung von Feststoffen
aus Fetten ist in Universalgelenken besonders akut, die in Hochgeschwindigkeitspropellerschaft
(HSPS)-Anwendungen eingebaut sind, wo sehr hohe Rotationsgeschwindigkeiten
(rund 4.000 bis 6.000 UpM) üblich
sind. Schmierfette, bei denen Additivpakete zum Einsatz gelangen,
die alle öllöslich sind,
würden
nicht unter diesem Problem leiden.
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Im allgemeinen werden hohe Molybdängehalte
und hohe Schwefelgehalte benötigt,
um eine gute Verminderung der Reibung zu erreichen. Hohe Molybdän- und Schwefelgehalte
erhöhen
jedoch die Unlöslichkeit der
Zusammensetzung.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Schmiermittelzusammensetzung,
die ein Grundöl
und ein öllösliches
reibungsverminderndes Additivpaket umfaßt, das eine Kombination aus
Molybdändithiocarbamat,
Zinknaphthenat und einem oder mehreren Metalldithiophosphaten umfaßt.
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Die Anwendung eines vollständig öllöslichen
Pakets mit niedriger Reibung ermöglicht
die Entwicklung von CVJ-Fetten für
Hochgeschwindigkeitsanwendungen ohne das Risiko einer Zentrifugation
und Absonderung von festen Additiven. Darüber hinaus ermöglicht sie
bei Schmierfetten für
bewegliche homokinetische Gelenke den Einsatz steifer Fette, die
im Betrieb ausreichende Steifigkeit beibehalten und dennoch ein
hohes Schmiereindringvermögen
aufweisen.
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Die Anwendung eines vollständig öllöslichen
Pakets mit niedriger Reibung gestattet die Entwicklung von Fetten
für Univer salgelenke
in Hochgeschwindigkeitspropellerschaft-Anwendungen. Das Additivpaket kann
auch in Schmiermittelzusammensetzungen für bewegliche Gelenke eingesetzt
werden, sodaß Schmierfette
für homokinetische
Gelenke geschaffen werden, die ein hohes Schmiereindringvermögen besitzen.
Gewünschtenfalls
können
ein oder mehrere weitere Metalldithiocarbamate in das Additivpaket
einverleibt werden. Zusätzlich
kann das Additiv nicht-öllösliche Komponenten
enthalten.
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Bevorzugt ist die Anwendung der reibungsvermindernden
Additivkombination in einem Schmierfett, das ein Grundöl und ein
Verdickungsmittel umfaßt,
bei dem es sich vorzugsweise um eine Lithiumseife, einen Lithiumkomplex
oder eine Harnstoffverbindung handelt.
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Ein derartiges Schmierfett umfaßt vorzugsweise
unabhängig
die Komponenten der Art und vorzugsweise der Mengen und vorzugsweise
in den Relativmengen, wie sie im Zusammenhang mit den bevorzugten Merkmalen
des ersten Aspektes der Erfindung erläutert worden sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr
unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele beschrieben werden.
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Beispiele
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Additive und Grundschmierfett
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Die Tabelle 1 erläutert einige der wesentlichen
Molybdändithiocarbamat(MoDTC)-Verbindungen,
die im Handel erhältlich
sind. Die beiden MoDTC-Verbindungen mit einem hohen Molybdängehalt
(MoDTC (3) und MoDTC (4)) sind Feststoffe und sind in Öl weitgehend
unlöslich.
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Weitere, in den Beispielen eingesetzte
Additive sind:
ZnDTP (1) | überwiegend
Zinkdithiophosphat (ZnDTP); weitge |
| hend Isobutyl-ZnDTP |
ZnDTP (2) | eine 85%-ige Lösung von überwiegend Isobutyl- |
| ZnDTP (1) in Mineralöl |
ZnNa (1) | Zinknaphthenatlösung (8% Zink); enthält ungefähr |
| 60% Zinknaphthenat in Mineralöl |
Aminophosphat/ | gemischte Aminophosphat/Thiophosphate, 50 |
Thiophosphate | gew.-%-ige Verdünnung in Mineralöl |
sulfuriertes | hochsulfuriertes Olefin (43% Schwefel) |
Olefin | |
ZnDTC | Zinkdiamyldithiocarbamat (6% Zink) |
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Die Analyse wurde weitgehend durch
Einbringen der Additive in ein vollständig formuliertes Polyharnstofffett
vorgenommen.
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Das Additivpaket war auch in mit
Lithiumseife und mit Lithiumkomplex verdickte Grundfette eingearbeitet
worden, sowie in ein halbsynthetisches Diharnstofffett. Einzelheiten
der Schmierfette finden sich in den Fußnoten zu den entsprechenden
Tabellen.
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Messung des
Reibungskoeffizienten und des Verschleißes
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Für
alle Reibungs- und Verschleißmessungen
wurde ein oszillierender SRV-Reibungstester von Optimol Instruments
verwendet, mit einer 10 mm Kugel auf einer ebenen geläppten Oberfläche als
Testgeometrie. Die Reibungskoeffizienten wurden nach zweistündigem Betrieb
unter festgelegten Testbedingungen ermittelt. Die festgelegten Testbedingungen
waren eine Belastung von 300 Newton, eine Oszillationsfrequenz von
50 Hertz, ein Hub von 1,5 mm und eine Temperatureinstellung von
100°C.
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Der Verschleiß wurde durch Messen des Durchmessers
der Verschleißriefen
auf der Kugel am Ende jeder zweistündigen Periode unter Anwendung
einer Fadenkreuzoptik bewertet.
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Die Ergebnisse sind in den Tabellen
2 bis 13 wiedergegeben.
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Beispiele 1 bis 5
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Um eine Grundlinie für einen
Vergleich zu schaffen, sind die an mehreren handelsüblichen
Schmierfetten bestimmten Reibungskoeffizienten (Beispiele 1 bis
5), Referenzfette (RF), in Tabelle 2 zusammengefaßt.
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Beispiele 8 bis 39
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Das Reibungsverhalten von MoDTC(2)
und MoDTC(1) in Kombination mit ZnDTP wurde in vollständig formulierten
Polyharnstoffetten verglichen (Tabelle 3, Beispiele 8 bis 11). Die
Reibungskoeffizienten sind im allgemeinen hoch (vergleiche Referenzfett
in Tabelle 2). Für
die Kombination 4% MoDTC(1)/1,5% ZnDTP (2) (Beispiel 11) wurde ein
Reibungskoeffizient aufgezeichnet, der niedriger war als derjenige
der äquivalenten MoDTC(2)-Formulierung
(Beispiel 10), aber der Koeffizient stieg gegen das Versuchsende
zu an.
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Additivkombinationen mit MoDTC(2)
in Polyharnstoffetten Die in Tabelle 3 angewandten Verhältnisse von
ZnDTP und MoDTC wurden willkürlich
gewählt,
und es versteht sich, daß diese
Gehalte wahrscheinlich nicht das Optimum für niedrige Reibung sind. Zur
Ermittlung des mit dieser Kombination erzielbaren minimalen Reibungskoeffizienten
wurde der Anteil des ZnDTP (2)-Gehaltes von 0% bis 50% variiert
(Tabelle 4, Beispiele). Die Verwendung von MoDTC(2) allein ergibt
ziemlich niedrige Reibungskoeffizienten, wenngleich diese noch immer
deutlich über
jenen des Referenzfettes liegen (Tabelle 2).
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Die Tabelle 5 zeigt, daß die Anwendung
eines alternativen Zinkadditives, ZnNa (1), in Kombination mit MoDTC(2)
nicht zu einer niedrigen Reibung führt.
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Die Tabelle 6 zeigt die Auswirkung
eines Variierens der Verhältnisse
von MoDTC(2), ZnNa (1) und ZnDTP (2) in einem alle drei Additive
enthaltenden Additivgemisch auf Reibung und Verschleiß. Der Reibungskoeffizienten
und der Verschleiß hängen von
den Verhältnissen
dieser drei Additive ab. Die optimalen Gehalte wurden weiterhin überprüft, indem
die Verhältnisse
von ZnNa (1) : ZnDTP (2) konstant bei 2 : 1 gehalten wurden, während der
Gehalt an MoDTC(2) von 0% bis 12% variiert wurde (Tabelle 7). Die
Tabellen 6 und 7 zeigen, daß sowohl
Reibung als auch Verschleiß durch
ein Minimum gehen, wenn die Verhältnisse
von MoDTC(2), ZnNa (1) und ZnDTP (2) grob 4 : 2 : 1 betragen.
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Die Tabelle 8 zeigt die Auswirkung
eines Variierens des Gesamtgehaltes an dem Additivpaket zwischen
3,5% und 14%.
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Auswirkung einer Einbeziehung
von MoDTC(3) in das optimierte Paket
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Die Tabelle 9 zeigt, daß MoDTC(3)
zu dem neuen Additivpaket zugesetzt werden kann, ohne Verlust im
Reibungsverhalten. Dies zeigte sich auch beim Formulieren von Beispiel
39 in einem ganz anderen Grundfluid. 1,3% MoDTC(3) enthält im wesentlichen
die gleiche Menge an elementarem Molybdän wie 8% MoDTC(2). Auf eine
gleiche Molybdänbasis
bezogen, scheint MoDTC(2) wirksamer zu sein als MoDTC(3).
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Auswirkung
eines Einbeziehens von billigen Höchstdruckadditiven auf die
Reibung
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Es ist möglich, daß ein Höchstdruckadditiv die Dauerhaftigkeit
in den strengeren CVJ-Anwendungen verbessern könnte. Zum Testen der Toleranz
gegenüber
derartigen Additiven wurden sowohl 1,5% sulfuriertes Olefin als
auch 1,5% Aminophosphat/Thiophosphate zu einem Polyharnstoff-Schmierfett
zugesetzt, das das Paket im Ausmaß von 7% enthielt (4% MoDTC(2)).
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Aufnahme des
neuen Pakets in Lithiumseifen- und Lithiumkomplex-Grundschmierfette
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Die gesamte, vorstehend beschriebene
Optimierungsarbeit wurde in Polyharnstoff-Schmierfetten vorgenommen.
Um die Anwendbarkeit des Additivpakets auf andere Schmierfett-Verdickertypen
zu demonstrieren, wurden die drei Additive MoDTC(2), ZnNa (1) und
ZnDTP (2) in dem neuen Additivpaket sowohl in ein Schmierfett auf
Lithiumseifenbasis als auch in ein Schmierfett auf Lithiumkomplexbasis
eingearbeitet (Tabelle 11). Detaillierte Beschreibungen beider Fette
finden sich in dieser Tabelle.
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Beispiel 39
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Die Tabelle 12 zeigt, daß das Additivpaket
in ein Polyharnstoff-Schmierfett mit einer sehr unterschiedlichen
Grundölzusammensetzung
ohne Verlust an Reibungs- und Verschleißverhalten aufgenommen werden kann.
MoDTC(3) ist selbst ein Additiv mit brauchbaren Höchstdruckeigenschaften
und es kann auch aus dieser Tabelle entnommen werden, daß die Aufnahme
von MoDTC(3) das SRV-Reibungs- und Verschleißverhalten des Fettes nicht
nachteilig beeinflußt.
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Wie zuvor angegeben, können die
Schmierfettformulierungen der vorliegenden Erfindung weiterhin ein
oder mehrere Additive umfassen, die den Formulierungen bestimmte
wünschenswerte
Eigenschaften verleihen. Im speziellen können weitere Höchstdruck/Antiverschleißmittel
eingebracht werden, wie Borate, substituierte Thiadiazole, polymere
Stickstoff/Phosphorverbindungen, Aminophosphate, sulfurierte Ester
und Triphenylphosphorthionat.
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ZnDTC
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Zum Vergleich wurde der Reibungskoeffizient
einer Zusammensetzung gemessen, die 3 Gew.-% Zinkdithiocarbamat,
1,5 Gew.-% Zinkdithiophosphat (ZnDTP(2)) und 2 Gew.-% Zinknaphthenat
(ZnNa(1)) in einem Polyharnstofffett enthielt, das weiterhin 0,5
Gew.-% eines Antioxidationsmittels aufwies.
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Die Zusammensetzung hatte einen Reibungskoeffizienten
von 0,122.
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Tabelle
1
Physikalische und chemische Eigenschaften einiger im Handel
erhältlicher
Organomolybdänverbindungen
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Tabelle
2
SRV-Reibungsverhalten von mehreren handelsüblichen Schmierfetten (RF)
für bewegliche
homokinetische Gelenke
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Tabelle
3
Vergleich zwischen dem Reibungsverhalten von MoDTC(2) und
MoDTC(1) im Gemisch mit ZnDTP (2) in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Fettzusammensetzung
auf Polyharnstoff-Basis
Verdicker: | 4,4'-Bis(stearylureido)diphenylmethan
(12%) |
Additive: | 0,5%
Diphenylamin, 0,1% sulfuriertes Olefin, |
| 1,0%
Bariumsulfonat |
Grundöl:
ZnDTP (2) | HVI
160B: HVI 650:: 3 : 1 |
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Tabelle
4
Auswirkung einer Zugabe von ZnDTP (2) zu 8% MoDTC(2) in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Tabelle
5
Auswirkung einer progressiven Zugabe von ZnNa (1) zu 8% MoDTC(2)
in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Tabelle
6
Auswirkung eines Variierens des Gehaltes an ZnDTP(2) und ZnNa
(1) in einem MoDTC(2)/ZnDTP(2)/ZnNa (1)-Additivgemisch in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Tabelle
7
Auswirkung einer progressiven Zugabe von MoDTC(2) zu einem
2 : 1-Verhältnis
von ZnNa (1) und ZnDTP(2) in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Tabelle
8
Auswirkung eines Variierens des Gesamtgehaltes an Additiven
des MoDTC(2) : ZnNa (1) : ZnDTP(2)-Paketes in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Tabelle
9
Reibungskoeffizienten von Versuchsschmierfettformulierungen
in Schmierfetten auf Polyharnstoffbasis
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Tabelle
10
Auswirkung eines Zusetzens von Höchstdruckadditiven zu dem neuen
Paket in Polyharnstoff-Schmierfetten
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Tabelle
11
Auswirkung der Zugabe des neuen Additivpakets zu einem Schmierfett
auf Lithiumseifenbasis und auf Lithiumkomplexbasis
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Schmierfett
auf Lithiumseifenbasis
Verdicker: | 9,15% hydriertes Rizinusöl, 1,12% LiOH.H2O |
Grundölzusammensetzung: | MVIN 170 (80%), HVI 170 (5%), HVI 105 (15%) |
Additivpaket: | 0,5% Diphenylamin |
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Schmierfett
auf Lithiumkomplexbasis
Additivpaket: | 2% Vulkanox HS, 1% Irganox L101 |
Grundölzusammensetzung: | 50% HVI-160B, 50% HVI 650 |
Verdickerzusammensetzung (Teile): | 7,7% hydrierte Rizinusölfettsäure 2,2% Borsäure 2,6% LiOH.H2O 1,5% Calciumalkylsalicylat 1,5% Calciumoctoat |
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Tabelle
12
SRV-Reibung ohne (Beispiel 38) und mit (Beispiel 39) MoDTC
(3)-Zusatz in Polyharnstoff-Schmierfetten
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