EP0890634A1 - Working fluid for hydrodynamic machine - Google Patents

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EP0890634A1
EP0890634A1 EP98112238A EP98112238A EP0890634A1 EP 0890634 A1 EP0890634 A1 EP 0890634A1 EP 98112238 A EP98112238 A EP 98112238A EP 98112238 A EP98112238 A EP 98112238A EP 0890634 A1 EP0890634 A1 EP 0890634A1
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Harald Hoffeld
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Voith Turbo GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to an operating medium for a hydrodynamic Machine, especially clutches and / or brakes.
  • Hydrodynamic machines such as, for example, are customary Clutches or brakes (see Voith, hydrodynamic gears, Clutches, brakes, Otto Krausskopf-Verlag GmbH, Mainz, 1970, their Full disclosure content in the present application is included) filled with mineral oils as the working fluid. This had the The advantage that the bearing lubrication is always ensured by the mineral oils.
  • G 84 14 929 proposed by the Provide surfaces in contact with the working liquid with a metal oxide layer.
  • glycol or phosphate ester was used as an alternative to water as the operating medium to meet the demand for low environmental impact and Flame retardant.
  • glycol as the operating medium, a simultaneous lubrication of the bearings can be guaranteed, but resulted problems in the area of environmental pollution when using this substance. So Depending on the manufacturer, glycol can be classified in Water hazard class 0 or 1 can be obtained, despite the classification in Water hazard class 0 is the use of this operating medium especially difficult in water protection areas, because the liquid is a has a higher density than water and is also water-soluble.
  • a high hydrodynamic torque transmission is said as well as the bearing lubrication are guaranteed.
  • the Bearing lubrication should last with the new operating medium as can be achieved with the use of mineral oils.
  • the working fluid has a high thermal load and the formation toxic substances under temperature stress can be excluded. Is solved this task by the operating medium specified in claim 1, the characterized in that it comprises fully synthetic esters.
  • Fully synthetic esters made from mineral oil are particularly preferred synthesized dicarboxylic esters and / or polyol esters.
  • this Operating medium according to the invention has a flash point that> 280 ° C. is.
  • the operating medium according to the invention is easily biodegradable, should leak from the closed circuit due to leakage etc.
  • the hydraulic fluid has sufficient ecological compatibility and is in water hazard class 1 (classification according to the VCI concept) only weakly water-hazardous, classified.
  • a turbo coupling becomes a working medium specified, which is characterized by high fire safety and a high environmental compatibility and all for use in turbo couplings necessary technical operating conditions are met.

Abstract

The working medium comprises completely synthetic ester.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsmedium für eine hydrodynamische Maschine, insbesondere Kupplungen und/oder Bremsen.The invention relates to an operating medium for a hydrodynamic Machine, especially clutches and / or brakes.

Üblicherweise sind hydrodynamische Maschinen, wie beispielsweise Kupplungen oder Bremsen (siehe hierzu Voith, Hydrodynamische Getriebe, Kupplungen, Bremsen, Otto Krausskopf-Verlag GmbH, Mainz, 1970, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen wird) mit Mineralölen als Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Dies hatte den Vorteil, daß die Lagerschmierung durch die Mineralöle stets sichergestellt ist.Hydrodynamic machines such as, for example, are customary Clutches or brakes (see Voith, hydrodynamic gears, Clutches, brakes, Otto Krausskopf-Verlag GmbH, Mainz, 1970, their Full disclosure content in the present application is included) filled with mineral oils as the working fluid. This had the The advantage that the bearing lubrication is always ensured by the mineral oils.

In bestimmten Anwendungsgebieten hydrodynamischer Maschinen, beispielsweise beim Einsatz von hydrodynamischen Kupplungen zwischen Antriebsmotor und Arbeitsmaschine im Bergbau, mußte sichergestellt sein, daß das Arbeitsmedium nur schwer entflammbar ist. Als weitere Forderung ergab sich die nach einer niedrigen Umweltbelastung. Beide Forderungen, also die der Schwerentflammbarkeit und die einer niedrigen Umweltbelastung, wurden im Stand der Technik bislang durch den Einsatz von Wasser als Arbeitsmedium erfüllt. In diesem Zusammenhang wird auf die Gebrauchsmusteranmeldungen G 84 14 929 und G 86 13 508 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen wird.In certain areas of application of hydrodynamic machines, for example when using hydrodynamic couplings between Drive motor and working machine in mining, had to be ensured that the working medium is hardly inflammable. As another requirement came out after a low environmental impact. Both demands that is, flame retardancy and low environmental impact, have been in the prior art so far through the use of water Working medium fulfilled. In this context, the Utility model applications G 84 14 929 and G 86 13 508 referenced, the disclosure content of which is fully included in this application becomes.

Die Verwendung von Wasser als Kupplungs-/Arbeitsflüssigkeit hatte eine Reihe von Nachteilen. So konnten diese Flüssigkeiten nicht zugleich als Schmiermittel für die Lager verwendet werden. Es war somit eine getrennte Schmierung der Lager erforderlich und eine Abdichtung derselben gegen den Arbeitsraum. Ein weiterer Nachteil bestand darin, daß das Arbeitsmedium Wasser im Betrieb an den Innenflächen verschiedener Kupplungsbauteile, insbesondere den Schaufelrädern, Korrosionsschäden verursachte. The use of water as a clutch / working fluid had one Series of disadvantages. So these liquids could not be used as Lubricants are used for the bearings. It was therefore a separate one Lubrication of the bearings required and sealing them against the Working space. Another disadvantage was that the working medium Water in operation on the inner surfaces of various coupling components, especially the paddle wheels, caused corrosion damage.

Durch aufwendige Konstruktionen der Kupplung wurde versucht, diese Nachteile, die aufgrund des Einsatzes von Wasser als Arbeitsflüssigkeit entstanden, zu beheben.Through complex designs of the coupling, this was attempted Disadvantages due to the use of water as a working fluid emerged to fix.

So wurde beispielsweise in der G 84 14 929 vorgeschlagen, die von der Arbeitsflüssigkeit berührten Flächen mit einer Metalloxidschicht zu versehen.For example, G 84 14 929 proposed by the Provide surfaces in contact with the working liquid with a metal oxide layer.

Alternativ zu Wasser als Betriebsmedium wurde Glykol bzw. Phosphatester eingesetzt, um die Forderung nach einer niedrigen Umweltbelastung und Schwerentflammbarkeit zu erfüllen.As an alternative to water as the operating medium, glycol or phosphate ester was used used to meet the demand for low environmental impact and Flame retardant.

Zwar konnte durch den Einsatz von Glykol als Betriebsmedium eine gleichzeitige Schmierung der Lager gewährleistet werden, jedoch ergaben sich Probleme im Bereich der Umweltbelastung bei Einsatz dieses Stoffes. So kann Glykol je nach Hersteller zwar mit der Klassifizierung in Wassergefährdungsklasse 0 bzw. 1 erhalten werden, trotz der Einordung in Wassergefährdungsklasse 0 ist die Verwendung dieses Betriebsmediums insbesondere in Wasserschutzgebieten aber schwierig, da die Flüssigkeit eine höhere Dichte als Wasser besitzt und außerdem wasserlöslich ist.By using glycol as the operating medium, a simultaneous lubrication of the bearings can be guaranteed, but resulted problems in the area of environmental pollution when using this substance. So Depending on the manufacturer, glycol can be classified in Water hazard class 0 or 1 can be obtained, despite the classification in Water hazard class 0 is the use of this operating medium especially difficult in water protection areas, because the liquid is a has a higher density than water and is also water-soluble.

Als weiteres Betriebsmedium, das insbesondere die Forderung nach der Schwerentflammbarkeit erfüllt, ist im Stand der Technik der Einsatz von Phosphatestern genannt. Es ergaben sich jedoch Probleme betreffend die Lebensdauer der Lager, die aufgrund der verringerten Schmierung um ca. 20 % bei Verwendung von Phosphatestern herabgesetzt wurde. Außerdem zeigten die Stoffe eine hohe Umweltbelastung, da Phosphatester unter Temperaturbelastung zur Bildung toxischer Stoffe neigen.As another operating medium, which in particular the demand for Flame retardance is fulfilled, the use of Called phosphate esters. However, there were problems regarding the Lifetime of the bearings, which due to the reduced lubrication by approx. Was reduced by 20% when using phosphate esters. Furthermore the substances showed a high environmental impact because phosphate esters under Thermal stress tend to form toxic substances.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Arbeitsflüssigkeit für eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine Kupplung, zur Verfügung zu stellen, mit der die Nachteile der zuvor genannten Flüssigkeiten überwunden werden. Außerdem soll eine hohe hydrodynamische Drehmomentübertragung sowie die Lagerschmierung gewährleistet werden. Betreffend die Lagerschmierung sollen mit dem neuen Betriebsmedium die Lebensdauern wie bei der Verwendung von Mineralölen erreicht werden. Des weiteren sollte die Arbeitsflüssigkeit in hohem Maße thermisch belastbar und die Bildung toxischer Stoffe unter Temperaturbelastung ausgeschlossen sein. Gelöst wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Betriebsmedium, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es vollsynthetische Ester umfaßt.It is therefore an object of the invention to provide a working fluid for a hydrodynamic machine, especially a clutch, are available too with which the disadvantages of the aforementioned liquids are overcome become. In addition, a high hydrodynamic torque transmission is said as well as the bearing lubrication are guaranteed. Regarding the Bearing lubrication should last with the new operating medium as can be achieved with the use of mineral oils. Furthermore, should the working fluid has a high thermal load and the formation toxic substances under temperature stress can be excluded. Is solved this task by the operating medium specified in claim 1, the characterized in that it comprises fully synthetic esters.

Besonders bevorzugt sind vollsynthetische Ester, die aus Mineralöl synthetisierte Dikarbonester und/oder Polyolester umfassen.Fully synthetic esters made from mineral oil are particularly preferred synthesized dicarboxylic esters and / or polyol esters.

Der Einsatz derartiger Arbeitsflüssigkeiten als Betriebsmedien für hydrodynamische Maschinen hat u.a. den Vorteil, daß ein Umstieg von Mineralöl auf das neue Betriebsmedium ohne großen Aufwand möglich ist. Insbesondere zeichnen sich die Arbeitsflüssigkeiten durch eine niedrige Umweltbelastung bei einem eventuellen Austritt aus der Kupplung aus sowie eine sehr schwere Entflammbarkeit. Daneben besteht die prinzipielle Möglichkeit der Entsorgung dieser Arbeitsflüssigkeiten gemeinsam mit Mineralöl, was die Entsorgungskosten erheblich verringert.The use of such working fluids as operating media for hydrodynamic machines has the advantage that a change from Mineral oil on the new operating medium is possible without much effort. In particular, the working fluids are characterized by a low one Environmental pollution in the event of a leak from the coupling as well a very difficult flammability. There is also the principle Possibility of disposal of these working fluids together with Mineral oil, which significantly reduces disposal costs.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Betriebsmediums sowohl die Anforderungen an eine niedrige Umweltbelastung wie auch der Schwerentflammbarkeit erfüllt werden können. Andererseits trifft dies auch auf sämtliche technische Erfordernisse, wie beispielsweise eine sich nicht ändernde Viskosität und auch thermische Stabilität zu. Dies war insbesondere deswegen überraschend, weil im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Betriebsmedium bekannt war, daß bei Verwendung von Estern, die auf natürlicher Basis entstanden waren oder einen Anteil natürlicher Ester enthielten, die technischen Anforderungen nicht erfüllt werden konnten. Diese Ester waren wie die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten als Hydraulikflüssigkeiten klassifiziert und für hydrostatische Anwendungen geeignet. Bei Verwendung von derartigen Hydraulikflüssigkeiten in hydrodynamischen Maschinen, beispielsweise Turbokupplungen oder Bremsen traten aber die nachfolgenden Probleme auf:

  • die Viskosität nahm ständig zu,
  • die Fluide zeigten eine mangelnde thermische Stabilität.
Insbesondere führten die in der Kupplung auftretenden thermischen Belastungen zu einer Zerstörung des Ester, insbesondere der Ester mit nativen Bestandteilen.Surprisingly, it has been found that the use of the operating medium according to the invention can meet both the requirements for low environmental pollution and the low flammability. On the other hand, this also applies to all technical requirements, such as a constant viscosity and also thermal stability. This was particularly surprising because, in contrast to the operating medium according to the invention, it was known that when using esters which were formed on a natural basis or contained a portion of natural esters, the technical requirements could not be met. Like the fluids of the invention, these esters were classified as hydraulic fluids and suitable for hydrostatic applications. When using such hydraulic fluids in hydrodynamic machines, for example turbo clutches or brakes, the following problems occurred:
  • the viscosity increased constantly,
  • the fluids showed poor thermal stability.
In particular, the thermal loads occurring in the coupling led to the destruction of the ester, especially the esters with native components.

All diese Probleme konnten mit dem vollsythetischen Betriebsmedium auf unerwartet einfache Art und Weise gelöst werden.All of these problems could arise with the fully synthetic operating medium solved unexpectedly simple way.

Betreffend die Schwerentflammbarkeit ist es besonders bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Betriebsmedium einen Flammpunkt aufweist, der > 280° C ist. Um die Umweltverträglichkeit zu erhöhen, ist mit Vorteil vorgesehen, daß das erfindungsgemäße Betriebsmedium biologisch leicht abbaubar ist, sollte es aus dem geschlossenen Kreislauf aufgrund von Leckagen etc. austreten.With regard to flame retardancy, it is particularly preferred if this Operating medium according to the invention has a flash point that> 280 ° C. is. In order to increase environmental compatibility, it is advantageously provided that the operating medium according to the invention is easily biodegradable, should leak from the closed circuit due to leakage etc.

Nachfolgend sollen Beispiele für die erfindungsgemäßen Betriebsmedien gegeben werden. Diese Beispiele erläutern lediglich die Erfindung und stellen insbesondere keine Beschränkung auf ein bestimmtes Betriebsmedium dar. Gemäß der Erfindung werden hiervon alle derartigen Betriebsmedien erfaßt, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie vollsynthetische Ester umfassen.The following are examples of the operating media according to the invention are given. These examples only illustrate the invention and represent in particular, does not represent a restriction to a specific operating medium. According to the invention, all such operating media are covered by this, which are characterized in that they comprise fully synthetic esters.

Beispiel 1:Example 1:

Betriebsmedium umfassend die schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeit RENOSAFE DU 46 der Firma Fuchs Mineralölwerke GmbH, 68145 Mannheim, wobei gemäß vorläufiger Produktinformation der Firma Fuchs, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in diese Anmeldung mit aufgenommen wird, die schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeit RENOSAFE DU 46 u. a. folgende Eigenschaften aufweist:

  • einen Viskositätsindex gemäß DIN ISO 2909 von 188, d.h. auch bei hohen Temperaturen wird mit diesem Betriebsmedium eine ausreichende Schmierung gewährleistet
  • Flammpunkt gemäß DIN ISO 2592 von 306° C, so daß eine hohe Brandsicherheit gewährleistet ist
  • Oxidationsstabilität RENOSAFE DU 46 ist oxidativ stabiler als vergleichbare Öle auf Mineralölbasis, so daß sich keine bzw. nur geringe Mengen von Reaktionsprodukten, die Korrosion verursachen können, bilden können. Gemäß DIN 51585 beträgt der Korrosionsgrad gegenüber Stahl 0-A.
Operating medium comprising the flame-retardant hydraulic fluid RENOSAFE DU 46 from Fuchs Mineralölwerke GmbH, 68145 Mannheim, whereby according to preliminary product information from Fuchs, the disclosure of which is fully included in this application, the flame-retardant hydraulic fluid RENOSAFE DU 46 has the following properties, among others:
  • a viscosity index according to DIN ISO 2909 of 188, ie sufficient lubrication is guaranteed with this operating medium even at high temperatures
  • Flash point according to DIN ISO 2592 of 306 ° C, so that a high fire safety is guaranteed
  • Oxidation stability RENOSAFE DU 46 is oxidatively more stable than comparable mineral oil-based oils, so that no or only small amounts of reaction products that can cause corrosion can form. According to DIN 51585, the degree of corrosion compared to steel is 0-A.

Gemäß dem Sicherheitsdatenblatt nach 91/155/EWG, § 14 GefStoffV, TRGS 220 der Hydraulikflüssigkeit RENOSAFE DU 46 der Firma Fuchs Mineralölwerke GmbH, Friesenheimer Straße 15, D-68169 Mannheim, dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen wird, weist die Hydraulikflüssigkeit eine ausreichende ökologische Verträglichkeit auf und ist in Wassergefährdungsklasse 1 (Einstufung nach VCI-Konzept) also nur schwach wassergefährend, klassifiziert.According to the safety data sheet according to 91/155 / EWG, § 14 GefStoffV, TRGS 220 of the hydraulic fluid RENOSAFE DU 46 from Fuchs Mineralölwerke GmbH, Friesenheimer Strasse 15, D-68169 Mannheim, whose Disclosure content is fully included in this application, the hydraulic fluid has sufficient ecological compatibility and is in water hazard class 1 (classification according to the VCI concept) only weakly water-hazardous, classified.

Beispiel 2:Example 2:

Betriebsmedium umfassend den biologisch schnell abbaubaren Hochleistungsschmierstoff PLANTOSYN 3268 der Firma Fuchs Mineralölwerke GmbH, 68145 Mannheim, wobei gemäß Produktinformation der Firma Fuchs Mineralölwerke GmbH, 68145 Mannheim, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, PLANTOSYN 3268 folgende Eigenschaften aufweist:

  • Viskosität bei 40° C 42,6 mm2/sek und bei 100° C 7,7 mm2/sek gemäß DIN 51562, d.h. PLANTOSYN 3268 ist in der Viskositätslage der Motoröl-SAE-Klasse 5W-20 zuzuordnen. Das Produkt ist auch unter Langzeitbeanspruchung sehr stabil;
  • hohe Brandsicherheit: Flammpunkt von 230° C gemäß DIN ISO 2592;
  • die Ökotoxizität ist gemäß Sicherheitsdatenblatt nach 91/155/EWG, § 14 GefStoffV TRGS 220 für PLANTOSYN 3268 der Firma Fuchs Mineralölwerke GmbH, Friesenheimer Straße 15, D-68169 Mannheim, dessen Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, sehr gut. Es besteht eine leichte biologische Abbaubarkeit. PLANTOSYN 3268 ist nicht wasserlöslich und wird daher beispielsweise nach Leckagen oder Ölverlusten im allgemeinen in den oberen Erdschichten festgehalten und dort biologisch schnell abgebaut. PLANTOSYN 3268 ist gemäß dem zuvor erwähnten Sicherheitsdatenblatt in die Wassergefährdungsklasse 0 (Einstufung nach VCI-Konzept) eingeordnet und im allgemeinen daher nicht wassergefährdend.
Operating medium comprising the rapidly biodegradable high-performance lubricant PLANTOSYN 3268 from Fuchs Mineralölwerke GmbH, 68145 Mannheim, whereby according to product information from Fuchs Mineralölwerke GmbH, 68145 Mannheim, whose disclosure content is fully included in the present application, PLANTOSYN 3268 has the following properties:
  • Viscosity at 40 ° C 42.6 mm 2 / sec and at 100 ° C 7.7 mm 2 / sec according to DIN 51562, ie PLANTOSYN 3268 is assigned to the motor oil SAE class 5W-20 in the viscosity position. The product is very stable even under long-term use;
  • high fire safety: flash point of 230 ° C according to DIN ISO 2592;
  • The ecotoxicity is very good according to the safety data sheet according to 91/155 / EEC, § 14 GefStoffV TRGS 220 for PLANTOSYN 3268 from Fuchs Mineralölwerke GmbH, Friesenheimer Straße 15, D-68169 Mannheim, the full disclosure of which is included in the present application. There is easy biodegradability. PLANTOSYN 3268 is not water-soluble and is therefore, for example after leaks or oil loss, generally retained in the upper layers of the earth and quickly biodegraded there. PLANTOSYN 3268 is classified according to the aforementioned safety data sheet in water hazard class 0 (classification according to the VCI concept) and therefore generally not hazardous to water.

Mit der vorliegenden Verwendung von vollsynthetischen Estern als Arbeitsflüssigkeit bzw. Betriebsmedium in einer hydraulischen Maschine, beispielsweise einer Turbokupplung, wird somit ein Arbeitsmedium angegeben, das sich durch eine hohe Brandsicherheit auszeichnet sowie eine hohe Umweltverträglichkeit und sämtliche für den Einsatz in Turbokupplungen notwendigen technischen Betriebsbedingungen erfüllt.With the present use of fully synthetic esters as Working fluid or operating medium in a hydraulic machine, For example, a turbo coupling becomes a working medium specified, which is characterized by high fire safety and a high environmental compatibility and all for use in turbo couplings necessary technical operating conditions are met.

Claims (4)

Betriebsmedium für hydrodynamische Maschinen, insbesondere für hydrodynamische Kupplungen und/oder Bremsen, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsmedium vollsynthetische Ester umfaßt.Operating medium for hydrodynamic machines, especially for hydrodynamic clutches and / or brakes, thereby characterized in that the operating medium is fully synthetic esters includes. Betriebsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die voll synthetischen Ester aus Mineralölen synthetisierte Dikarbonester und/oder Polyolester umfassen.Operating medium according to claim 1, characterized in that the fully synthetic esters synthesized from mineral oils and / or polyol esters. Betriebsmedium gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsmedium einen Flammpunkt, der > 200° C ist, aufweist.Operating medium according to claim 1 or 2, characterized in that that the operating medium has a flash point that is> 200 ° C. Betriebsmedium gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsmedium biologisch sehr leicht abbaubar ist.Operating medium according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the operating medium is biologically very light is degradable.
EP98112238A 1997-07-09 1998-07-02 Working fluid for hydrodynamic machine Withdrawn EP0890634A1 (en)

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DE19729210 1997-07-09
DE19729210 1997-07-09

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