DE952926C - Zusaetze zu Schmiermitteln - Google Patents

Description

• Die Erfinder haben beantragt, nicht genannt zu werden Die Erfindung betrifft die Verwendung geringer Mengen von Ameisen- oder Essigsäure, deren Amide oder Alkylaminsalze als Zusätze zu Schmiermitteln, die dadurch eine außergewöhnliche Wirksamkeit hinsichtlich der Verhinderung oder Verringerung des Verschleißes von Metallteilen erhalten, die in Reibungsberührung arbeiten. Die Erfindung ist auf flüssige Schmieröle sowie auf Schmierfette und andere feste oder halbfeste Schmiermittel, die einen überwiegenden Anteil mineralischer oder synthetischer Schmieröle oder eines Gemisches beider enthalten, und auch auf Getriebeöle anwendbar, die unter sehr hoher Belastung arbeiten. Es. ist bekannt, daß gewisse Ester und höhere Fettsäuren die Verhinderung oder Verminderung der Reibung und die Erhöhung der Belastbarkeit von Schmiermitteln bewirken. So setzt man Schmierölen und -fetten bereits seit langem Mittel zur Erhöhung der Schmierfähigkeit zu. Obgleich Mineralschmieröle und synthetische Ester, die immer mehr als Schmieröle in Gebrauch kommen, recht gut die Reibung herabsetzen, erfüllen sie doch nicht immer alle Anforderungen. Verschiedene Mittel zur Erhöhung der Schmierfähigkeit, wie TrikrAylphosphat, tierische und pflanzliche Fette und fette 051e, wie Schmalzöl, Spermöl, Baumwollsamenöl u. dgl., gelten als wertvolle Schmierölzusätze. Indessen verhindern selbst diese Stoffe zuweilen den Verschleiß sich reibender Metallteile ungenügend, insbesondere solcher aus Stahl. Es sind auch Hochdruckzusätze vorgeschlagen worden, die Schwefel, Chlor und andere Stoffe enthalten.
• Bisher hatten Schmiermittelzusätze zur Erhöhung der Schmierfähigkeit und Herabsetzung der Reibung normalerweise ein verhältnismäßig hohes Molekulargewicht. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sehr geringe Mengen Ameisen- oder Essigsäure bzw. deren Amide oder Alkylaminsalze ausgezeichnete Schmierölzusätze zur Verringerung der Abnutzung sind.
• Besonders wirksame Zusätze sind Formamid und die niedrigen Alkylaminsalze der Ameisensäure, wie Mond-, Di- und Tri-methylaminformiat und die höheren Homologen mit Alkylgruppen bis zu etwa C20. Einige dieser Verbindungen sind nur sehr wenig öllöslich, aber da nur sehr geringe Mengen von ihnen notwendig sind, kann man sie den Schmierölen in genügenden Mengen einverleiben und dadurch eine sehr gute Verschleißfestigkeit erzielen.
• Wenn auch die Verbindungen der Ameisensäure bevorzugt verwendet werden, können auch Derivate der Essigsäure benutzt werden. Essigsäure ist etwas weniger wirksam als Ameisensäure. Die zuzusetzenden Mengen Carbonsäure, Amid oder Aminderivat betragen o,oi bis 10/" vorzugsweise 0,05 bis 0,5% des Öles.
• Die Viskosität des Schmieröls soll mindestens 2 cSt bei 37,8° und kann bis zu etwa i07 cSt bei 98,9° betragen.
• In den nachfolgend angegebenen Beispielen wurde folgendes Prüfverfahren angewendet: Ein Mineralschmieröl von einer Viskosität von etwa 8 cSt bei 98,9° wurde in dem Vierkugelapparat (VKA.) auf seine Fähigkeit geprüft, die Abnutzung von Metallteilen zu verhindern.
• Das Mineralölschmieröl ergibt ohne Zusätze Schleifspuren von einem mittleren Durchmesser von 0,51 mm. Beispiel i Dem Mineralschmieröl von einer Viskosität von 8 cSt bei 98,9' wurde o,5 Gewichtsprozent Ameisensäure zugesetzt. Dadurch wurde der Durchmesser der Schleifspuren bei der VKA.-Prüfung von 0,51 auf o,23 mm vermindert. Wenn das gleiche Öl mit i °/° Trikresylphosphat versetzt wurde, betrug der Durchmesser der Schleifspuren 0,25 mm. Trikresylphosphat wurde bisher als eines der wirksamsten Mittel zur Erhöhung der Schmierfähigkeit und Verminderung der Abnutzung angesehen. Von den o,5-0/° Ameisensäure ging übrigens der größte Teil nicht in Lösung. Daraus ergibt sich, daß auch eine geringere Menge als 0,5 °/° ausreicht. Beispiel 2 Die VKA.-Prüfung wurde mit dem gleichen Mineralschmieröl wiederholt. Bei Zusatz von 10/, Formamid wurde der Schleifspurendurchmesser auf 0,38 mm herabgesetzt. Das Formamid war selbst nach mehrstündigem Rühren bei 82° zum größten Teil in dem Öl ungelöst. Das zur Prüfung verwendete Material war das nach dem Absetzen erhaltene überstehende getrübte Öl, welches viel weniger als 10/, Formamid enthielt. Beispiel 3 Mit dem gleichen Grundöl wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, wobei Ameisensäure in verschiedenen Mengen verwendet wurde. Bei 0,o2 °/° Ameisensäure wurde der Schleifspurendurchmesser nur von 0,5i auf 0,49 mm verringert. Bei einem Zusatz von 0,o5 °/° Ameisensäure verringerte sich der Durchmesser auf 0,30 mm und bei o,io°/° Ameisensäure auf 0,25 mm. Beispiel 4 An Stelle von Ameisensäure wurden dem gleichen Grundöl 0,5 Gewichtsprozent Essigsäure zugesetzt. Dadurch verringerte sich der Schleifspurendurchmesser auf 0,33 mm. Bei Verwendung höhermolekularer Säuren waren indessen die Ergebnisse viel weniger günstig. So wurde der Schleifspurendurchmesser durch 0,5')/, Caprylsäure überhaupt nicht verringert und betrug sogar 0,52 statt 0,51 mm. Durch Zusatz von 0,5 °/° Ölsäure verkleinerte sich die Schleifspur nur auf 0,47 mm. Durch erhebliche Erhöhung des Ölsäuregehaltes auf 50/0 konnte die Schleifspur auf 0,39 mm herabgesetzt werden. Beispiel 5 In' weiteren Versuchen der gleichen Art wurde der Prüfapparat mit .5o kg belastet. Unter diesen Bedingungen ergab das Grundlageöl von der Viskosität 8 cSt bei 98,9° einen Schleifspurendurchmesser von 0,58 mm. Mit o,20/0 Ameisensäure wurde dieser auf 0,50 mm verringert. Durch Zusatz von i0/0 Trikresylphosphat wurde der Durchmesser sogar auf o,67 mm erhöht. Bei o,5 und 1,50/0 Ölsäure betrug der Durchmesser 0,55 bzw. 0,59 . Beispiel 6 Wenn i0/, Trikresylphosphat mit 1,50/0 Ölsäure kombiniert wurde, wurde der Schleifspurendurchmesser bei 5o kg Belastung von 0,58 auf o,39 mm verringert. Beispiel 7 Das gleiche Mineralschmieröl wurde mit i Gewichtsprozent Trikresylphosphat und o,2°/0 Ameisensäure vermischt. Diese Kombination zeigte keine Verbesserung gegenüber dem Grundlageöl. Der Schleifspurendurchmesser betrug bei 5o kg Belastung o,63 mm. Beispiel 8 Die VKA.-Prüfung wurde bei 75' und io kg Belastung in der Weise wiederholt, daß man eine Stahlkugel verwendete, die auf drei Bronzekugeln von gleicher Größe auflag. Unter diesen Bedingungen ergab das oben beschriebene Grundlageöl einen mittleren Schleifspurendurchmesser von 0,76 mm auf den Bronzekugeln. Mit einem Zusatz von 1°/o Trikresylphosphat zum Grundlageöl wurde der gleiche Durchmesser von 0,76 mm erzielt. Mit 0,5°/o Ölsäure wurde der Durchmesser nur auf o,65 verkleinert. Bei Zusatz von o,2°/, Ameisensäure wurde der Schleifspurendurchmesser auf den Bronzekugeln auf 0,57 mm herabgesetzt.
• Es ist bekannt, daß Ölsäure und Stearinsäure eine gewisse Wirkung als Zusätze zur Herabsetzung der Reibung oder der Abnutzung haben. Neuere Theorien der Schmierwirkung nehmen an, daß derartige Säuren auf der Lagerfläche adsorbiert werden wobei die langen Kohlenwasserstoffketten der Moleküle mehr oder weniger senkrecht zur Gleitfläche orientiert werden und so zwischen den Lagerteilen einen Schmierfilm bilden. Im allgemeinen sinkt mit kürzer werdenden Kohlenwasserstoffketten die Wirksamkeit dieser Zusätze schnell ab. Nach der Theorie schreibt man dieses Verhalten der Tatsache zu, daß Dicke und Scherfestigkeit des adsorbierten Schmierfilms proportional der Kettenlänge der Carbonsäure sind. Die im Beispiel 4 angegebenen Werte zeigen, daß Caprylsäure (C$) vollständig unwirksam ist.
• Ameisensäure andererseits ist viel stärker wirksam als die langkettigen Fettsäuren, wie Ölsäure, und zwar sowohl nach Gewichtsprozenten als auch nach Molprozenten gerechnet.
• Die Mittel zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit bzw. der Herabsetzung der Abnutzung lassen sich in zwei Gruppen einteilen, nämlich die langkettigen polaren Verbindungen, wie Ölsäure oder Stearinsäure, und die Glättungsmittel, wie Trikresylphosphat. Die Verbindungen der zweiten Gruppe wirken anscheinend in der Weise, daß sie die scharfen Vorsprünge und Unebei _eiten glätten, die im Feinbau selbst der sehr sorgfältig bearbeiteten Lagerflächen immer noch vorhanden sind. Durch diese Polierwirkung wird die tatsächliche Kontaktfläche vergrößert und die spezifische Belastung verringert, wodurch eine wirksame Schmierung ermöglicht wird.
• Ameisensäure gehört offenbar zu den Glättungsmitteln. Zwischen ihr und Trikresylphosphat, das ebenfalls als Glättungsmittel anzusprechen ist, besteht kein synergistisches Zusammenwirken, wohl aber in einem gewissen Grade zwischen Trikresylphosphat und den langkettigen Fettsäuren.
• In der nachfolgenden Tabelle sind einige der obigen sowie einige weitere Werte angegeben.

  Tabelle I

  VKA.-Prüfung; 75°, 6oo .U/min; Stahl auf Stahl

  Konzentration der Zusätze Schleifspuren-

  in einem Mineralschmieröl durchmesser (mm)

  von der Viskosität 8 cSt bei Belastung von

  bei 98,9° ro kg 50 kg

  kein Zusatz ................. 0,51 0,58

  0,02 °/o Ameisensäure . . . _ . . . . 0,49 -

  0,05 °/o Ameisensäure . . . . . . . . . 0,30 -

  o,1 °/o Ameisensäure . . . . . . .-. . 0,25 -

  0,2l)/" Ameisensäure . . . . . . . . . 0,25 0,50

  0,50/, Ameisensäure) . . . . . . . . 0,23 -

  0,504 Ölsäure . . . . . . . . . . . . . . . 0,47 0,55

  5,004 Ölsäure . . . . . . . . . . . . . . . 0,39 -

  0,504 Essigsäure . . . . . . . . . . . . 0,33 -

  1,0 °/o Äthylformiat . . . . . . . . . . 0,49 -

  o,20/, Dimethylformamid ..... 0,46 -

  1,o % Diphenylformamid ..... 0,41 -

  1,0°/o Formamid*) ........... 0,38 -

  löste sich nicht vollständig bei Raumtemperatur.

  Im Rahmen der Erfindung können auch die Hal.-,-genide, die SH-, N HZ , N H R- und ähnliche Derivate der Ameisensäure oder Essigsäure verwendet werden.
• Als Schmierölgrundlage werden aus Gründen der Wirtschaftlichkeit Mineralschmieröle bevorzugt. Indessen können auch die beständigen synthetischen Öle verwendet werden, wie Ester zweibasischer Säuren, Mischester verschiedener Art sowie Polyglykol- und Glykoläther. Die meisten dieser Produkte können nach Wunsch mit Mineralschmieröl in verschiedenen Mengenanteilen kombiniert werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung von Ameisen- oder Essigsäure bzw. deren Amide oder Alkylaminsalze mit ein bis drei Alkylgruppen von je 1 bis 2o Kohlenstoffatomen als Zusätze zu Schmiermitteln in Mengen von o,oi bis 1, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent des Gesamt-Schmiermittels.
2. 2. Ausführungsformen der Erfindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - das Schmieröl ein synthetisches Öl, z. B. ein synthetischer Ester beispielsweise einer zweibasischen Säure, ein Mischester, ein Polyglykol- oder Glykoläther oder ein Mineralöl, vorzugsweise mit einer Viskosität von 2 cSt bei 37,8° bis 1o7 cSt bei 98,9°, ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 767 655.