DE850052C

DE850052C - Fluessigkeiten fuer Reibungsgetriebe, wie Drehmomentumwandler

Info

Publication number: DE850052C
Application number: DEN2059A
Authority: DE
Inventors: Samuel Kinter Talley; Forrest Jay Watson
Original assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Current assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Priority date: 1948-10-25
Filing date: 1950-09-28
Publication date: 1952-09-22
Also published as: US2549377A; GB691073A; GB680767A; DE858125C; US2626242A; NL73008C

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 22. SEPTEMBER 1952

N 205g IV d j 23 c

Calif. (V. St. A.)

Die Erfindung bezieht sich auf die Benutzung gewisser tertiäre Alkylgruppen enthaltende Naphthaline zur Schmierung für den Betrieb von Reibungsantriebübertragungssystemen, welche im folgenden als Reibungsgetriebe bezeichnet werden.

Reibungsgetriebe hängen in bezug auf ihre Treibwirkung von der Reibung der sich berührenden Teile ab. Reibungsgetriebe werden gewöhnlich für leichte und mittlere Kraft bei Maschinen benutzt, die häufig angelassen oder abgestellt werden; solche Getriebe werden aber auch dort benutzt, wo Geschwindigkeitsänderungen der treibenden Welle oder efn Rückwärtslauf notwendig sind.

Die üblichen Nachteile der Reibungsgetriebe sind der Lagerdruck und insbesondere das Gleiten; diese Nachteile haben einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad zur Folge, wenn dieser nicht verbessert werden kann. Die Treibfähigkeit eines Reibungsgetriebes ist eine Funktion des Reibungskoeffizienten zwischen den in Berührung stehenden Flächen und ao des Drucks, welcher diese in Berührung hält.

Eine der beschränkenden Eigenschaften der Reibungsgetriebe bis zum heutigen Tage war die unbefriedigende Arbeitsleistung der Schmiermittel oder Flüssigkeiten, die bei ihnen zur Schmierung und zur as Vermeidung von Abnutzung verwendet wurden. Beim Schmieren oder bei der Verhinderung der Abnutzung führt gewöhnlich ein Ölfilm zwischen den Reibungsgetriebeoberflächen zu einem verstärkten Gleiten zwischen den Kontaktstellen der Oberflächen der einge-

schalteten Getriebe. Wie nachstehend näher erläutert wird und in den anliegenden Diagrammen gezeigt ist, nimmt das prozentuale Gleiten mit dem Kraftaufwand außerordentlich und sogar in untragbarer Weise zu, wenn gewöhnliche Mineralschmieröle mit hohem Viskositätsindex benutzt werden.

Die wesentlichen Qualitäten eines Reibungsgetriebeschmiermittels umfassen die Fähigkeit, einen hohen Reibungskoeffizienten zwischen den sich berührenden to Teilen, welchen gewöhnliche Schmiermittel und ölige Materialien nicht besitzen, sowie eine außergewöhnlich hohe Wärmebeständigkeit und Oxydationsbeständigkeit zu gewährleisten, um so die Notwendigkeit der Flüssigkeitserneuerung zu verringern. Eine andere Eigenheit, welche solche Schmiermittel besitzen müssen, ist sehr geringe Neigung zur Schlammbildung. Ferner müssen Lager und Getriebe in der gleichen Vorrichtung durch das Schmiermittel geschmiert werden.

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Schmiermittel, welches eine verbesserte Wirkung bei Reibungsgetrieben aufweist.

Es ist gefunden worden, daß tertiäre Alkylgruppen enthaltende Naphthaline, insbesondere Mischungen tertiäre Alkylgruppen enthaltende Naphthaline, welche durchschnittlich ein bis vier Alkylsubstituenten, einen durchschnittlichen Viskositätsindex von —50 bis —-400 aufweisen, und bei denen mindestens 90% der Naphthaline bei atmosphärischem Druck im Bereich von 200 bis 500⁰, vorzugsweise 250 bis 400⁰ sieden, ein ausgezeichnetes Schmiermittel für Reibungsgetriebe, wie Drehmomentumwandler, bilden. Ferner wurde festgestellt, daß die Zugabe von ungefähr 0,5% bis ungefähr 10 Gewichtsprozent eines organischen Esters einer Säure des Phosphors die Eigenschaften der alkylierten Naphthaline, die für diesen Sonderzweck benutzt werden, wesentlich verbessert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht daher ein Reibungcigetriebeschmiermittel im wesentlichen aus alkylierten Naphthalinen, wie sie in dem vorstehenden Absatz definiert sind.

Es ist bekannt, daß die Alkylierung von Naphthalinen zu stark zähflüssigen ölen führen kann. Diese Alkylierung kann in Gegenwart eines geeigneten Friedel-Craf ts-Katalysators durch Umsetzung von Olefinen oder Alkylhalogeniden mit Naphthalinen durchgeführt werden. Solche Stoffe wurden für mannigfache Zwecke benutzt, wie z. B. für die Imprägnierung von Kabelölhüllen. Die früher verwendeten Zusammen-Setzungen wurden jedoch entweder aus einer Mischung alkylierter Naphthaline, einschließlich primäre und sekundäre Alkylgruppen enthaltende Naphthaline zusammengesetzt oder enthielten bei dem besonders erwähnten Fall hochviskose oder halbfeste, tertiäre Alkylgruppen enthaltende Naphthaline, welche vorzugsweise Viskositätsindexe von —1000 oder sogar niedriger aufweisen. Im vorliegenden Fall sind, wie später' ausführlich auseinandergesetzt werden wird, ausgezeichnete Ergebnisse beim Gebrauch der tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline, welche die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen, erzielt worden. Die schweren Fraktionen, welche für Kabelölzwecke geeignet sind, konnten nicht mit Erfolg als Reibungsgetriebeschmiermittel benutzt werden, was in erster Linie auf ihre hohen Stockpunkte und entsprechend hohe Viskositäten zurückzuführen ist.

Die für die vorliegende Erfindung brauchbaren, tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline können unter bekannten Bedingungen durch das Umsetzen von Naphthalinen mit tertiären Olefinen hergestellt werden. Geeignete Olefine sind insbesondere jene mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Propylendimer, -trimer oder -tetramer, Isobutylen, Diisobutylen, Triisobutylen, Isoamylen, die sogenannten Heißsäureoctylene, die durch Polymerisation von Isobutylen mit Schwefelsäure z. B. bei etwa 70⁰ hergestellt werden. Statt der Olefine können auch die äquivalenten Alkylierungsmittel, wie tertiäre Alkylchloride und tertiäre Alkohole, benutzt werden. Das Verhältnis der Alkylgruppen zu den Naphthalinringen soll bei dem Reaktionsprodukt von 1: 1 bis 4: 1 und vorzugsweise von 2 : ι bis 4 : 1 sein.

Um eine übermäßige Polymerisation der Olefine zu vermeiden, wenn Olefine für die Alkylierung des Naphthalins benutzt werden, ist es wünschenswert, die Olefine der Mischung bei fortschreitender Reaktion ununterbrochen oder absatzweise zuzusetzen. Die Reaktionstemperatur wird vorzugsweise zwischen ungefähr ο und 150⁰ gehalten, je nach dem benutzten Alkylierungsmittel. Wenn Aluminiumchlorid der Katalysator ist und wenn bei Temperaturen im Bereich von 35 bis 75⁰ oder vorzugsweise 40 bis 6o° gearbeitet wird, ergibt sich ein Produkt mit den besten Eigenschaften. Die Menge des angewandten Friedel-Crafts-Katalysatofs liegt zweckmäßig im Bereich von ungefähr 4°/₀ bis 6 Gewichtsprozent des Naphthalins, obwohl Mengen von etwa 1 bis etwa 15% verwendet werden können. Andere Alkylierungskatalysatoren, wie Schwefelsäure oder Sulfonsäuren, können gewünschtenfalls auch verwendet werden.

Die durch die Umsetzung in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten öle sind Mischungen aus geringen Mengen polymerisierter Olefine, nicht umgesetztem Naphthalin und verschiedenen Alkylnaphthalinen, die verschieden viele tertiäre Alkylseitenketten enthalten. Diese öle werden vorzugsweise bei verringertem Druck der Fraktionierung unterworfen. Um ein öl gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird die bei Atmosphärendruck unter 200° siedende Fraktion abgetrennt. Die zurückbleibenden Bodenrückstände können manchmal ohne weitere Behandlung verwendet werden; jedoch ist im allgemeinen eine weitere Fraktionierung notwendig, um für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Schmiermittel zu erhalten. Es wird daher, wenn das Alkylierungsverfahren zur Bildung wesentlicher Mengen an hochsubstituierten Naphthalinen führt, die einen Siedepunkt über 500⁰ aufweisen, eine Mittelfraktion gewonnen, indem man die unter 200⁰ siedende Fraktion und auch einen großen Teil der Fraktionen, die oberhalb 500⁰ sieden, abtrennt, um eine Fraktion zu erhalten, von der go°/₀ im Bereich von 200 bis 500⁰ sieden.

Die Fraktion, welche in dem oben angegebenen Bereich siedet, hat einen durchschnittlichen Viskositätsindex (Dean und Davis), welcher zwischen —50 und

—4⁰⁰ hegen soll, wobei ein durchschnittlicher Viskositätsindex von —ioo bis —200 bevorzugt wird. Bei gewöhnlicher Zimmertemperatur gleicht die Viskosität dieser Fraktion sehr leichtem Schmieröl, welches eine SAE-Zahf von weniger als 10 aufweist.

Man nimmt an, daß die öle, welche die obigen Eigenschaften besitzen, überwiegend aus einer Mischung normalerweise flüssiger, eine einzige tertiäre Alkylgruppe enthaltende Naphthaline, normalerweise kristallincr, zwei tertiäre Alkylgruppen enthaltende Alkylnaphthaline und einer kleinen Menge tertiäre Alkylgruppen enthaltende Naphthaline mit höherem Substitutionsgrad bestehen. Es können auch kleinere Mengen verschiedener Reaktionsnebenprodukte vorhanden sein. Wenn nicht zur Reaktion gelangtes Naphthalin in dem Produkt zurückbleibt, zeigt sich keine nachteilige Wirkung, wenn die Gewichtsmenge unter etwa fünf bis zehn Prozent beträgt, und seine Anwesenheit scheint sogar die Oxydationsbeständigkeit zu verbessern. Auch kann ein kleiner Anteil polymerisierter Olefine in der Flüssigkeit vorhanden sein. An Stelle der Mischung der vorher erwähnten alkylierten Naphthaline können auch die einzelnen alkylierten Naphthaline benutzt werden, sofern sie nur die vorgenannten Eigenschaften besitzen.

Eine der hervorragendsten Eigenschaften der beschriebenen öle ist ihre hohe Oxydationsbeständigkeit im Vergleich zu den primäre und sekundäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthalinen und insbesondere zu den gewöhnlichen Mineralölen. Unter vergleichbaren Bedingungen bleiben die beschriebenen, tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline mindestens fünfmal solange brauchbar wie Mineralöle ähnlicher Viskosität.

Die Eigenschaft, welche die ausgezeichnete Wirkung der beschriebenen, tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline bei Reibungigetrieben herbeizuführen scheint, ist ihre Fähigkeit, bei hoher Belastung einen hohen Reibungskoeffizienten zwischen den sich berührenden Teilen zu gewährleisten, welcher das Gleiten des Getriebes verhindert. Das wird durch Vergleichsversuche nachgewiesen, deren Ergebnisse in den Kurven der Fig. 1 gezeigt sind. Es wurden drei öle als Flüssigkeiten bei einem Ring-Konus-Reibungsgetriebe benutzt. Die Drehmomentbelastung wurde bei den verschiedenen Geschwindigkeiten von 100 bis 500 j Umdrehungen pro Minute zunehmend gesteigert. Es wurde bei Anwesenheit der einzelnen geprüften öle das prozentuale Gleiten des Getriebes bestimmt und mit der die Gleitung herbeiführenden Belastung aufgezeichnet. Die drei für diesen Vergleich benutzten Öle waren tertiäre Butylgruppcn enthaltende Naphthaline (Kurven 1), sekundäre Amylgruppen enthaltende Naphthaline (Kurven 2) und Mineralöl mit einem hohen Visko.sitätsindex (Kurven 3). Die drei Teile des i Kurvenblatts nach Fig. 1 zeigen von oben nach unten den festgestellten Schlupf bei 100, 250 bzw. 300 Umdrehungen pro Minute. Aus den Kurven ist ersichtlich, daß die tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline im Vergleich zu den anderen geprüften ölen ausgezeichnete Eigenschaften bei allen Belastungen und Geschwindigkeiten aufweisen. Zahlreiche andere mögliche Schmiermittel entsprechen, verglichen mit tertiäre Butylgruppen enthaltenden Naphthalinen, in ihrem Verhalten den ölen Nummer 2 und 3.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt eines typischen Ring-Konus-Reibungsgetriebes. Eine treibende Welle 9 und eine gleichachsige angetriebene Welle 8 sind in geeigneten Lagern in einem Gehäuse 5 gelagert. Ein Käfig 10, 11, welcher von der Treibwelle 9 getragen und auf ihr befestigt ist, trägt einen Kegel 2; in der Praxis wurden drei oder mehr solche symmetrisch um die Achse der Welle 9 angeordnete Kegel benutzt werden. Der Kegel 2 steht mit der Innenfläche eines Rings 1 in Berührung, welcher so in dem Gehäuse 5 angebracht ist, daß er sich nicht zu drehen vermag, sondern mittels eines Steuerglieds 7 parallel zur Welle-9 bewegt werden kann. Die Stellung des Rings in bezug auf den Kegel bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher sich letzterer dreht. Der Kegel ist mit einem Zahnrad 4 fest verbunden, welches in ein innen verzahntes Zahnrad 3 eingreift, das fest mit der angetriebenen Welle 8 verbunden ist. Bei Drehung des Kegels 2 dreht sich daher auch die Welle 8. Die tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline befinden sich gewöhnlich in dem Zwischenraum 6 und bilden das Schmiermittel sowohl für den Berührungspunkt des Rings 1 und des Kegels 2 als auch für die Berührungspunkte der zwei Zahnräder 3 und 4 und für die Welle an den Stellen, wo sie durch die Lager in das Gehäuse 5 eintreten.

Die obige Beschreibung betrifft ein besonderes Ausführungsbeispiel eines Ring- und Kegelreibungsantriebs. Andere Arten von Reibungsgetrieben, bei welchen die tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline benutzt werden können, sind ein Stirnradgetriebe, Kegelradreibungigetriebe und Scheibenreibungsgetriebe sowie Kombinationen und Abwandlungen derselben. Die beschriebenen Flüssigkeiten sind auch für die Schmierung von Reibungskupplungen, entweder der axialen oder radialen Art geeignet. Die Kupplungen erfordern ebenfalls ein Schmiermittel, welches bei hoher Belastung einen so hohen Reibungskoeffizienten gewährleistet, wie ihn die tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline besitzen.

Die beifolgenden Beispiele geben Einzelheiten für die Herstellung zweier Produkte, welche für den Gebrauch bei der beschriebenen Erfindung geeignet sind.

Beispiel 1

Äquimolekulare Mengen Naphthalin und Diisobutylen wurden mit 6% Aluminiumchlorid, bezogen auf das Naphthalin, in einem Temperaturbereich von 40 bis 65⁰ zur Reaktion gebracht. Das Naphthalin war in einer Hexanmischung als Schlamm in Schwebe gehalten. Das Diisobutylen wurde allmählich zusammen mit dem Aluminiumchlorid in solchen Mengen zugesetzt, daß eine Temperatur unter etwa 65⁰ aufrechterhalten wurde. Zur Reaktionsmischung wurde trockenes HCl-Gas zugeführt, um den Katalysator zu aktivieren. Der Schlamm wurde am Ende der Reaktionsperiode abgezogen, und die ölige zurückbleibende Schicht wurde alkalisch gewaschen. Unter verringertem Druck wurden die niedrigst siedenden Bestandteile, welche hauptsächlich aus Wasser, Hexanen, niederen Olefin-Polymeren und etwas Naphthalin bestan-

den, bis zu einer Höchsttemperatur, welche bei Atmosphärendruck 2oo^c entspricht, entfernt.

Das Erzeugnis hatte eine Viskosität von 40 Centistokes bei 100° F (38⁰ C) und einen Viskositätsindex von —110. Der Siedebereich von 93°/,, des erhaltenen Produkts lag zwischen 260 und 460⁰.

Beispiel 2

Mit Ausnahme des Einsatzes von zwei Mol Diisobutylen je Mol Naphthalin wurde das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren durchgeführt. Das Erzeugnis war höher substituiert als das im Beispiel 1 beschriebene Produkt und hatte eine Viskosität von 208 Centistokes bei 100° F (38° C). Es hatte einen durchschnittlichen Viskositätsindex von —185. 90% des Produkts siedeten im Bereich von 200 bis 400⁰.

Die beschriebene Mischung der tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthaline kann auch für den Zweck als Reibungsgetriebeschmiermittel noch weiter durch

ao die Zugabe von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent eines organischen Esters einer Säure des Phosphors verbessert werden. Die bevorzugten Gruppen solcher Ester umfassen die Alkyl- und Arylphosphate sowie auch gemischt Alkylarylphosphate, Aralkyl und Alkarylphosphate. Einzelne Verbindungen, die sich als wirksam erwiesen, sind insbesondere Trikresylphosphat, Tributylphosphat, Trioctylphosphat, Triphenylphosphat, Trixylenylphosphat, Trinaphthylphosphat und Octyldipheny !phosphat. Die entsprechenden Phosphite und Thiophosphate sind in gleicher Weise geeignet.

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkeiten für Reibungsgetriebe, wie Drehmomentumwandler, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus tertiäre Alkylgruppen enthaltenden Naphthalinen mit durchschnittlich 1 bis 4 Alkylsubstituenten je Molekül und einem durchschnittlichen Viskositätsindex von —50 bis —400 bestehen, wobei mindestens 90% der alkylierten Naphthaline bei 760 mm Quecksilberdruck im Bereich von 200 bis 500⁰ sieden.

2. Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die alkylierten Naphthaline tertiäre Butylgruppen enthaltende Naphthaline sind.

3. Flüssigkeiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen organischen Ester einer Säure des Phosphors in einer Menge von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent der ganzen Zusammensetzung enthalten..

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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