EP4219668A1 - Schmierstoffzusammensetzung - Google Patents
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- C10N2040/04—Oil-bath; Gear-boxes; Automatic transmissions; Traction drives
Definitions
- the present invention relates to a lubricating composition for application to the surface of drive elements such as roller bearings, gears, plain bearings and chains.
- the composition is suitable for preventing, reducing or avoiding signs of fatigue in the material of drive elements, such as micropitting, false brinelling and white etching cracks.
- Another object of the present invention is the use of the lubricant composition for treating surfaces of drive elements and the further use of such drive elements.
- One measure is to increase the thickness of the lubricating film.
- Fatigue wear is caused by local overloading of the material due to periodic compressive stress.
- the fatigue of the material becomes visible through gray spots (grey staining, surface fatigue, micro-pitting) or pits on the surface of the material.
- gray spots grey staining, surface fatigue, micro-pitting
- fine cracks appear in the metal lattice initially 20 to 40 ⁇ m below the surface, which lead to material breakouts.
- the small microscopically visible break-outs on the tooth flank known as micropitting or gray spot formation, can be recognized macroscopically as dull gray areas.
- gray spots can usually be observed on the tooth flanks in practically all speed ranges.
- very flat pitting occurs as gray spots on the raceway in the area of the sliding contact.
- White etching cracks can lead to fatigue damage that occurs much earlier than is to be expected for a drive element with given load parameters.
- False brinelling is a form of damage that occurs in bearings that appear to be stationary. Micro-movements are introduced into the contact surfaces as a result of vibrations (e.g. in machines, but also during transport by means of motor vehicles, rail vehicles or ships) or elastic deformations, which can lead to damage after just a few load changes. This can lead to unsteady running behavior and immediate or early component failure.
- Various additives are also used to improve the viscosity properties in lubricants in order to avoid or at least minimize the above-mentioned damage in roller bearings, gears, gears and the like.
- additives were investigated that can be used to reduce friction between the components or that have improved viscosity.
- the EP 1 642 957 A1 relates to the use of MoS2 and molybdenum dithiocarbamate, which are used as additives in urea greases for cardan shafts.
- the additives known from the prior art described above are not thermally stable as organic substances.
- they can evaporate under the operating conditions or, as classic anti-wear additives, can react primarily with the metal surfaces, ie they react primarily at the roughness points that are in contact, since the lightning temperatures that occur there provide sufficient energy for a chemical reaction with the metal friction layer is present. They can therefore counteract fatigue damage to a lesser extent at best.
- Solid lubricants such as Molybdenum disulfide, on the other hand, due to its density, tends to settle out of oil formulations and can also be corrosive.
- DE 102011103215 A1 describes the use of a composition containing surface-modified nanoparticles and a carrier material that is applied to the surfaces of drive elements to prevent or reduce fatigue damage. It is assumed that the mechanism of action of the nanoparticles is based on the fact that they accumulate on the surface of the drive elements and thereby smooth them out. The smoothing increases the contact surfaces and reduces the surface pressure.
- JP 2006144827 A names compositions with silica nanoparticles to suppress WEC damage.
- the subject of the present invention is a lubricating composition for application to the surface of drive elements, the lubricating composition containing a base oil and a silasesquioxane.
- the composition is suitable for preventing, reducing or avoiding signs of fatigue in the material of drive elements, such as micropitting, false brinelling and white etching cracks.
- the positive influence of the lubricant composition is surprising, since silasesquioxanes are significantly smaller than those in the publications DE 102011103215 A1 and JP2006144827A are nanoparticles and it could therefore not be assumed that, analogously to these particles, they can bring about a reduction in the signs of fatigue by smoothing the surface.
- the composition according to the invention can be mixed homogeneously with base oils of the most varied of polarities, since the polarity of the composition can be easily adjusted, for example, via the selection of the substituents of the silsesquioxane.
- the polarity of the composition can be easily adjusted, for example, via the selection of the substituents of the silsesquioxane.
- due to its production process sufficient saturation of the OH groups of the silasesquioxane can be guaranteed.
- the use of silasesquioxane enables high storage stability and that there is no impairment of foaming behavior or filterability.
- silsesquioxanes which are liquid at room temperature (20° C.) and/or have low melting points (preferably below 100° C., DIN EN ISO 11357-2 (edition: 2014-07)) can be used favorably .
- Silsesquioxanes are organosilicon compounds and form cage-like structures with Si-O-Si bonds and tetrahedral Si corners.
- the silsesquioxane can have 6 to 12 Si corners in molecular form and/or be present as an oligomer and/or polymer.
- Molecular silsesquioxanes are preferred according to the invention, more preferably molecular silsesquioxanes with 6 to 12, more preferably 7 to 10, in particular with 7 or 8 Si corners.
- each Si center is bonded to three oxo groups, which in turn connect to other Si centers.
- the Si centers are only partially bonded to three oxo groups bonded to other Si centers, and there are, preferably three, Si centers bonded to only two oxo groups bonded to other Si centers.
- the third group herein is preferably a substituent, more preferably a hydroxy substituent.
- the fourth group on the Si is also preferably a substituent, whereby a surface-modified silsesquioxane can be obtained, which is preferred according to the invention.
- suitable substituents are alkyl (C1-C20), cycloalkyl (C3-C20), alkenyl (C2-C20), cycloalkenyl (C5-C20), alkynyl (C2-C20), cycloalkynyl (C5-C20) -, aryl (C6-C18) or heteroaryl group, oxy, hydroxy, alkoxy (C4-C10), oxirane polymer (degree of polymerization with 4 to 20 repeat units)-, carboxy, silyl, alkylsilyl, alkoxysilyl , siloxy, alkylsiloxy, alkoxysiloxy, silylalkyl, alkoxysilylalkyl, alkylsilylalkyl, halogen, epoxy (C2-
- Preferred substituents are hydroxy, alkyl (C4-C10), aryl (C6-C12), especially phenyl and tolyl, alkoxyl (C4-C10), alkenyl (C2-C10), oxirane polymer, especially polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol and/or or their copolymers (degree of polymerisation 4 to 20, in particular 10 to 15 repeating units), epoxy (C2-C10) and/or cycloalkyl (C5-C10), each substituted or unsubstituted.
- substituents are hydroxy, alkyl (C4-C10), phenyl, tolyl, alkoxyl (C4-C10), alkenyl (C2-C10) and/or oxirane polymer, in particular polyethylene glycol, polypropylene glycol and/or their copolymers (degree of polymerisation 4 to 20, in particular 10 to 15 repeat units), each substituted or unsubstituted.
- R can additionally have functional groups, in particular thio groups, phosphate groups, individually or in combination.
- the optionally present thio or phosphate groups can also react with the metal surface to be protected.
- the silsesquioxane can also be mixtures of structurally different silsesquioxanes.
- silsesquioxanes can be synthesized by hydrolysis of organotrichlorosilanes (ideally: 8 RSiCl 3 ; + 12 H 2 O ⁇ [RSiO 3/2 ] 8 + 24 HCl).
- organotrichlorosilanes ideally: 8 RSiCl 3 ; + 12 H 2 O ⁇ [RSiO 3/2 ] 8 + 24 HCl.
- R substituent
- the exterior of the cage be further modified.
- R H
- the Si-H group can undergo hydrosilylation or oxidation to the silanol.
- Bridged poly-silsesquioxanes are most readily prepared from clusters containing two or more trifunctional silyl groups attached to non-hydrolyzable silicon-carbon bonds.
- Vinyl-substituted silsesquioxanes can be linked by alkene metathesis.
- radicals R can be the same or different.
- R can additionally have functional groups, in particular thio groups, phosphate groups, individually or in combination.
- the optionally present thio or phosphate groups can also react with the metal surface to be protected.
- the silsesquioxane has a structure derived from the chemical formula [RSiO 3/2 ] n in which one or more, preferably one, silicon unit RSi is replaced by other units.
- R independently alkyl (C4-C10), aryl (C6-C12), preferably isooctyl, isobutyl and/or phenyl, especially isooctyl, the silsesquioxane optionally being in the form of a mixture with other silsesquioxanes.
- Such a silsesquioxane is available in the form of a mixture with other silsesquioxanes, for example under the trade names: Isooctyl POSS® Cage
- Such a silasesquioxane is available, for example, under the trade name: TriSilanollsobutyl POSS® from Hybrid Plastics.
- the lubricant composition can also contain mixtures of structurally different silasesquioxanes.
- the silsesquioxane is present on nanoparticle carrier materials, preferably on oxidic nanoparticles, in particular on amorphous silicon dioxide nanoparticles.
- Such silasesquioxanes are available, for example, under the trade name POSS® Nanosilica Dispersion from Hybrid Plastics. The advantage here is the very good stabilization of the nanoparticles in different media and the combination of the two different particle sizes.
- the silsesquioxane can be blended directly with the base oil of the lubricant or in the form of a masterbatch.
- this advantageously contains a carrier material, preferably selected from the group consisting of mineral oils, synthetic hydrocarbons, including particularly preferably polyalphaolefins (PAO) and metallocene-catalyzed PAO (m-PAO), polyglycols, esters, perfluoropolyethers (PFPE ), silicone oils, native oils and derivatives of native oils, oils containing aromatics such as phenyl ethers, alkylated naphthalenes and mixtures of the above carrier materials.
- PAO polyalphaolefins
- m-PAO metallocene-catalyzed PAO
- PFPE perfluoropolyethers
- silicone oils native oils and derivatives of native oils
- oils containing aromatics such as phenyl ethers, alkylated naphthalenes and mixtures of
- the base oil of the lubricant composition is preferably selected from the group consisting of polyglycols, silicone oils, PFPE, mineral oils, esters, synthetic hydrocarbons, including particularly preferably PAO, m-PAO, oils containing aromatics such as phenyl ethers, alkylated diphenyl ethers, alkylated naphthalenes, phenyl ethers, native oils and Derivatives of native oils and mixtures of the above base oils.
- Polyglycols, esters and/or synthetic hydrocarbons, including particularly preferably polyalphaolefins (PAO) and metallocene-catalyzed PAO (m-PAO) are particularly preferably used as the base oil.
- esters are selected from an ester of an aliphatic or aromatic di-, tri- or tetracarboxylic acid (preferably C 6 - to C 60 -) with one or a mixture of C 7 - to C 22 -alcohols, from an ester of trimethylolpropane, Pentaerythritol or dipentaerythritol with aliphatic C 7 to C 22 carboxylic acids, from C 18 dimer acid esters with C 7 to C 22 alcohols, from complex esters, as individual components or in any mixture.
- the lubricant composition can also contain other customary additives such as thickeners (metal soaps, metal complex soaps, bentonites, ureas, silicates, sulfonates, polyimides, etc.), solid lubricants (PTFE, metal oxides, graphite, boron nitride, molybdenum disulfide, etc.) and additives (phosphates, thiophosphates, aromatic amines, phenols, sulfates, etc.).
- Preferred thickeners are lithium soaps, lithium complex soaps, ureas, calcium complex soaps, calcium sulfonate thickeners, bentonites, aluminum complex soaps.
- Particularly preferred thickeners are lithium soaps, lithium complex soaps, aluminum complex soaps, bentonites and ureas.
- the additives mentioned can be soluble additives, in particular as anti-corrosion agents, as agents for reducing friction, as agents for protection against metal influences and as UV stabilizers.
- the lubricant composition has a viscosity of ISO VG 68-680, particularly preferably ISO VG 220-460.
- the base oils preferably used are polyglycols on the one hand and mixtures of synthetic hydrocarbons on the other hand, including particularly preferably mixtures of PAO with m-PAO, mixtures of esters or compositions containing mixtures of synthetic hydrocarbons and esters as base oils. Medicinal white oils are also suitable.
- the lubricant composition has an NLGI class of 0 to 3, preferably 1 or 2, according to DIN 51818.
- the base oil preferably has a viscosity in the range from 50 to 460 mm 2 /sec.
- Base oils used with preference are PAO, m-PAO, esters and mixtures thereof.
- Preferred thickeners are lithium soaps, lithium complex soaps and ureas.
- the lubricant composition has an NLGI class of 1 to 3 according to DIN 51818.
- Base oils that are preferably used are mineral oils, PAO, m-PAO, esters and mixtures thereof.
- Preferred thickeners are lithium soaps, lithium complex soaps, calcium complex soaps and ureas.
- the base oil preferably has a viscosity in the range of 30-300 mm 2 /sec, preferably in the range of 50-200 mm 2 /sec.
- the lubricant composition preferably contains the silsesquioxane in an amount of from 0.01 to 40% by weight, more preferably from 0.05 to 20% by weight, even more preferably in an amount from 0.07 to 15% by weight and in particular from 0. 1 to 10% by weight based on the total weight of the lubricant composition.
- the lubricant composition contains the silsesquioxane in an amount of 0.05 to 5% by weight.
- the lubricating composition contains the base oil preferably in an amount of 99.99 to 50% by weight, more preferably 99 to 60% by weight and especially in an amount of 98 to 65% by weight based on the total weight of the lubricating composition.
- polyglycol as base oil with PEGPOSS® Cage Mixture is particularly preferred.
- R iso-octyl or iso-butyl and/or phenyl.
- the combination of esters, hydrocarbons, alkylated diphenyl ethers as base oil with IsooctylPOSS® Cage Mixture, PhenylPOSS® , OctalsobutylPoss® is particularly preferred.
- the composition according to the invention generally contains silsesquioxane in an amount of from 0.01 to 40% by weight, more preferably from 0.05 to 20% by weight, even more preferably in an amount from 0.07 to 15% by weight and in particular from 0 .1 to 10% by weight;
- Base oil in an amount of 99.99 to 50% by weight, more preferably in an amount of 99 to 50% by weight, still more preferably in an amount of 99 to 60% by weight, especially in an amount of 98 to 65% by weight.
- Thickeners in an amount of 3 to 40% by weight, more preferably in an amount of 5 to 40% by weight and in particular in an amount of 7 to 25% by weight and solid lubricants in an amount of 0% to 30% by weight.
- % more preferably in an amount of 0 to 20% by weight and additives in an amount of 0% to 15% by weight, even more preferably in an amount of 0 to 10% by weight and in particular in an amount of 2 to 10% by weight, based in each case on the total weight of the lubricant composition.
- this lubricating composition can be considered a water-based lubricating composition.
- the lubricant composition is present as a water-based gear oil formulation with which, when carrying out an FZG test according to DIN ISO 14635-3, the power level 12 with total wear on the wheel and pinion of ⁇ 150 mg is passed and preferably in the subsequent extended test of 50 hours at power level 10 no significant additional wear is generated.
- Preferred base oils for the water-based lubricant composition are water-soluble polyalkylene glycols, water-soluble carboxylic acid esters and/or water-soluble fatty alcohol ethoxylates.
- water-soluble means that after mixing the base oils with water (stirring for 1 hour) in a concentration ratio of at least 5% by weight base oil in water at room temperature (25° C.), a transparent liquid is present.
- carboxylic acid ester base oils for the water-based lubricant composition are selected from the group consisting of ethoxylated mono- or dicarboxylic acids with a chain length of C 4 - to C 40 - and degrees of ethoxylation of 2-15.
- Preferred fatty alcohol ethoxylates consist of fatty alcohols with chain lengths of C6 to C22 and a degree of ethoxylation of more than 3.
- the water-based lubricant composition contains 0.5 to 40% by weight lubricant thickener selected from the group consisting of metal soaps made from mono- and/or dicarboxylic acids, ureas, phyllosilicates, solid lubricants and aerosil.
- the lubricant composition is present as a gear oil formulation with which, when carrying out an FZG micropitting test C/8.3/60 according to FVA information sheet 54/7 with injection lubrication, the profile deviation in step running is 7.5 ⁇ m and/or in continuous running 20 ⁇ m does not exceed.
- the lubricant composition is characterized in that when a false brinell test is carried out using an SNR FEB 2 test device at room temperature, 8000 N load, pivot angle 3° and 24 Hz vibration frequency, a running time of at least 50 h is achieved and the Wear of the drive element is preferably below 100 mg, in particular below 20 mg.
- the lubricant composition is characterized in that a mass loss of the drive element caused by vibrations is reduced by at least 50%, preferably by at least 90%, and/or the length of time until failure is at least doubled.
- Another object of the present invention is the use of the lubricant composition according to the invention for treating surfaces of drive elements, preferably of roller bearings, gears, plain bearings and/or chains, in particular roller bearings and gears.
- the lubricant composition according to the invention is also suitable for lubricating seals on rotating shafts.
- roller bearings that are used as wheel bearings and/or in transmissions that are exposed to vibration.
- the use in main bearings, blade bearings, adjustable bearings, generator bearings of wind turbines is also particularly advantageous.
- roller bearings used in electric motors of electrically powered vehicles is advantageous.
- the application in rolling bearings in clutches is particularly advantageous, especially in hybrid vehicles.
- bearings in ancillary units are characterized by the fact that the ancillary units are generally not operated continuously but are only switched on at times, which means that vibrations affect the stationary bearings.
- Ancillary units in automobiles are also frequently driven via pulleys.
- joints in automotive applications such as constant velocity joints, azipod joints, tripod joints, chassis joints and/or ball joints, where material fatigue/fractures are also known to be a damage pattern.
- the drive elements mentioned above are particularly susceptible to the damage mechanisms described at the beginning, so that the use of silsesquioxanes with their beneficial influence on them is particularly efficient.
- a further object of the present invention is the use of drive elements, preferably roller bearings, gears, plain bearings and/or chains, the surfaces of which have been treated with the lubricant composition according to the invention, in systems and machines for the production and transport of food, in wind turbines, in automobiles, in pulley bearings, in rail vehicles, in ships, in electric motors, generators, ancillary units, joints.
- drive elements preferably roller bearings, gears, plain bearings and/or chains, the surfaces of which have been treated with the lubricant composition according to the invention
- the wear behavior of lubricant compositions in roller bearings is determined with small oscillating rolling and sliding movements with a constant load.
- the switch-off criterion for the SNR is the wear path. If the value for a bearing rises above 30 mm, the run is automatically ended or the specified running time is reached.
- Bearing type FAG 51206 is used as a test bearing. The resulting wear is not determined via the wear path but by weighing the cleaned bearing rings before and after the test. The grooves of the bearing rings are completely filled with the lubricant composition to be tested, and excess grease is wiped off. Depending on the density, this results in a quantity of lubricant composition of approx. 1 g per bearing ring.
- the test device consists of a closed gear housing with a viewing window. Two gears of the same size (external diameter 54 mm) are mounted centrally above vertical shafts, which are immersed in the test oil so that part of the gears are not covered by oil. The pair of gears is driven for 5 minutes at a speed of 1450 rpm. Air is mixed into the oil, so to speak. The change/increase in volume can be measured using a scale in the viewing window. be documented. Limit values of the standard are: after 1 min standstill after operation of the gear pair ⁇ 15% and after 5 min standstill ⁇ 10% total. Foam volumes must not be exceeded.
- Viscosity measurement (DIN 51562) using a Stabinger viscometer SVM 3000 (Anton Paar).
- air is foamed with a constant volume flow over an immersed sintered ball at room temperature, then at 94°C and then again at room temperature for 1 min. It is measured a) how much foam forms in ml and b) how long it takes for the foam to dissipate after the air inlet has ended. Specification is (a,b). Limit value: (max. 75 ml/10 min) for all 3 temperature sequences must not be exceeded. b is specified in the form x:y min. This means the foam has dissolved after x minutes and y seconds.
- Achieved force level sum of the damage (width of all grooves and seizures) on the active tooth flanks of the 16 pinion teeth is more than one tooth width or 20 mm.
- a heatable oil reservoir (60°C) is filled with approx. 10L oil, with an adjustable pump (Vogel Fluidtec GmbH / flow sensor controlled) the oil is circulated (6L/min) through a filter with a precisely defined pore size (Mahle PI 2105 PS 3 ⁇ m/ Mahle PI 3105 PS 10 ⁇ m) pumped.
- the pressure is measured by sensors in front of and behind the filter. The system switches off when the pressure difference here exceeds 2.2 bar. The duration of the test is up to 840 hours.
- a lithium soap grease of NLGI class 2 with polyglycol base oil with approx. 46 mm 2 /sec viscosity at 40°C and an additive package (corrosion, oxidation stability, load carrying capacity, wear) was mixed with 5.85% PEGPOSS ® Cage Mixture and mixed with a speed mixer (company . Hauschild, Type DAC 700.1 FVZ) homogenized (example fat 1).
- PEGPOSS ® Cage Mixture has a viscosity of approx. 80 mm 2 /sec at 40°C.
- a comparison fat 1 was produced, in which the fat was diluted with 5.85% of a polyglycol based on EO:PO approx.
- Example Grease 1 PG Grease, Lithium Soap, PG Base Oil + Diluted with 5.85% PEGPOSS ® Cage Mixture Comparative Grease 1, PG Grease, Lithium Soap, PG Base Oil + Diluted with 5.85% PG Base Oil Wear Bearing 1 (mg) 21 95 Wear bearing 2 (mg) 0 216 test duration 50 h 19 h, 28 min (cancel)
- Reference oil 2 Ester-based gear oil, ISO VG 100 additive package (corrosion, foam, oxidation stability, load carrying capacity, wear) Reference Oil 2 + 1.3% Isooctyl POSS ® Cage Mixture Kinematic viscosity 40°C [mm 2 /sec] 98 99.3 ASTM foam test rt 0 ml / 0 min 0 ml / 0:0 min 94°C 0 ml / 0 min 0 ml / 0:0 min rt 0 ml / 0 min 10 ml/ 0:03 min FZG gray spot test, C/8.3/60 Step test, change in weight (mg) after strength step 10 24 16 Step test, micropitting area (%) after power step 10/400 h 30 20 Step test, profile shape deviation ( ⁇ m) after power level 10/400 h 8.8 (fail) 7.3 (pass) Endurance test, change in weight (mg) according to strength level 10/400 h failed
- Reference oil 3 Polyglycol gear oil, additive package (corrosion, oxidation stability, load carrying capacity, wear, foam) ISO VG 100 Reference Oil 3 + 5.8% PEGPOSS ® Cage Mixture Viscosity 40°C [mm 2 /sec] 101 102 ASTM foam test rt 10 ml / 0:15 min 0 ml / 0:0 min 94°C 20 ml / 0:15 min 10 ml / 0:0 min rt 20 ml / 0:25 min 10 ml/ 0.03 min Flender foam test Foam after 1 min standing time (%) 20 0 Foam after 5 min standing time (%) 19 4 FZG micropitting test, C/8.3/90°C splash lubrication Step test, change in weight (mg) after strength step 10 17 1 Step test, micropitting area (%) after power step 10 10 0 Step test, profile shape deviation ( ⁇ m) after power level 10 5 4.6 Endurance test, change in weight (mg) according to strength
- Example 4 Filterability of oils containing silsesquioxane compared to oils containing SiO 2 nanoparticles
- Reference oil 4 gear oil PAO/ester ISO VG 46 additive package (corrosion, oxidation stability, load carrying capacity, wear, foam) Reference oil 4 +1.3% IsooctylPOSS ® Reference oil 4 + 0.5% SiO 2 nanoparticles, primary particles 10 nm, surface covered with phenyl and trimethylsilyl groups Viscosity 40°C [mm 2 /sec] 46.2 47 47.6 Flender foam test, before filtration test Foam after 1 min standing time (%) 2 2 2 Foam after 5 min standing time (%) 0 3 2 Filtration test 3 ⁇ m filter Pressure build-up/test duration ⁇ 2.2 bar/840 h ⁇ 2.2 bar/840 h > 2.2 bar/0h filterability passport passport failed Flender foam test, after filtration test 3 ⁇ m Foam after 1 min standing time (%) 4 5 not determined Foam after 5 min standing time (%) 5 5 not determined Filtration test 10 ⁇ m filter Pressure build-up/test duration not determined ⁇ 2.2 bar/760 h >
- Reference oil 4 can be filtered at 3 ⁇ m without any problems.
- the addition of IsooctylPOSS ® Cage Mixture has no effect on the viscosity and the good filtration and foaming behavior.
- SiO 2 nanoparticles which can also be used to reduce micropitting, high pressures are required for effective filtration.
- the proportion of inorganic SiO x is approximately the same in the two oils with the additives containing silicon.
- Reference oil 5 water-based gear oil based on polyglycol (approx. 39% by weight), additive package (approx. 21% by weight corrosion, load carrying capacity/wear, foam, biocide), water (approx. 40% by weight) Reference oil 5 + 1% by weight PEGPOSS ® Cage Mixture Viscosity 40°C ISO VG 460 ISO VG 460 FZG DIN ISO 14635-3-A/2.8/50 splash lubrication Achieved power level 12 12 Total wear after power level 11 188 mg 96 mg Total wear after power level 12 231 mg 145 mg Additional wear according to power level 10/50 h 63 mg 7 mg
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmierstoffzusammensetzung zum Auftragen auf die Oberfläche von Antriebselementen, wie Wälzlagern, Getrieben, Gleitlagern und Ketten. Die Zusammensetzung ist geeignet um Ermüdungserscheinungen im Material von Antriebselementen, wie Graufleckenbildung, False Brinelling und White Etching Cracks zu verhindern, zu verringern oder zu vermeiden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Schmierstoffzusammensetzung zur Behandlung von Oberflächen von Antriebselementen sowie die weitere Verwendung derartiger Antriebselemente.
- Bei Antriebselementen kommt es im Falle von zu hohen mechanischen Belastungen zu zwei Arten von Schädigungen:
- 1) Fressen und Verschleißen, bei denen die Schädigung von der Oberfläche der Kontaktflächen ausgeht.
- 2) Ermüdungsschäden, die ihren Ausgang im Gefüge unterhalb der belasteten Flächen nehmen und letztendlich in Ausbrüchen, wie beispielsweise Graufleckenbildung, False Brinelling und White Etching Cracks, enden.
- Zur Verminderung von Verschleiß und Fressen gibt es eine Vielzahl von Additiven und Festschmierstoffen, die gut bekannt sind und vielfach eingesetzt werden.
- Zur Unterbindung von Ermüdungsschäden sind nur sehr wenige wirksame Maßnahmen bekannt. Eine Maßnahme ist die Erhöhung der Schmierfilmdicke.
- Ermüdungsverschleiß entsteht durch örtliche Überlastung des Werkstoffes durch periodische Druckbeanspruchung. Die Ermüdung des Werkstoffes wird durch Grauflecken (grey staining, surface fatigue, micro-pitting) bzw. Grübchen auf der Oberfläche des Werkstoffes sichtbar. Es entstehen in der Regel zunächst 20 bis 40 µm unterhalb der Oberfläche feine Risse im Metallgitter, die zu Materialausbrüchen führen. Die als Micro-pittings oder Graufleckenbildung bezeichneten kleinen mikroskopisch sichtbaren Ausbrüche auf der Zahnflanke sind makroskopisch als mattgraue Bereiche zu erkennen. Bei Verzahnungen können in der Regel praktisch in allen Geschwindigkeitsbereichen Grauflecken auf Zahnflanken beobachtet werden. Auch in Wälzlagern entstehen im Bereich des Gleitkontaktes sehr flache Ausbrüche als Grauflecken auf der Laufbahn. Diese Zusammenhänge sind ausführlich in der
DE 10 2007 036 856 A1 und der dort angegebenen Literatur beschrieben. - White etching cracks (WEC) können zu einem Ermüdungsschaden führen, der deutlich früher auftritt als bei einem Antriebselement bei gegebenen Belastungsparametern zu erwarten ist. Metallographisch lassen sich dabei weiße Risse in der Tiefe des Gefüges nachweisen. Die weiße Verfärbung beruht dabei darauf, dass die als weiß erscheinenden Risse nicht der in der Probenpräparation erforderlichen Anätzung unterliegen. Diese Risse können bei weiterer tribologischer Belastung zu Ausbrüchen im Material und zum Versagen des Bauteiles führen. Als Ursache werden mehrere Faktoren wie Schlupf, Schadströme und eindiffundierter Wasserstoff diskutiert.
- Bekanntermaßen treten solche Schäden insbesondere in Lagern von Elektromotoren oder Generatoren von Windkraftanlagen und im Automobilbereich auf (Siehe auch Dissertation H.Surborg, 2014, Otto von Guericke Universität Magdeburg, Shaker Verlag Aachen 2014).
- False Brinelling ist eine Schädigungsform, die bei scheinbar stillstehenden Lagern auftritt. Durch Schwingungen (beispielsweise bei Maschinen aber auch beim Transport mittels Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen oder Schiffen) oder elastische Verformungen werden in die Kontaktflächen Mikrobewegungen eingeleitet, welche bereits nach wenigen Lastwechseln zu Schäden führen können. Dies kann zu unruhigem Laufverhalten und zum sofortigen oder frühzeitigen Bauteilversagen führen.
- Grundsätzlich gehören die oben beschriebenen Schädigungsmechanismen durch die entstehenden Risse zu den schwerwiegendsten Materialbeeinträchtigungen.
- Zur Vermeidung dieser Ermüdungsschäden werden in der Praxis üblicherweise folgende Maßnahmen ergriffen:
- Senkung der Kontaktkräfte,
- geeignete Auswahl des Schmiermittels,
- ausreichende Schmiermittelzufuhr,
- günstige Positionierung und Gestaltung der Schmierstellen,
- Vermeidung von Zuständen ohne Schmierung.
- Ferner werden zur Verbesserung der Viskositätseigenschaften in Schmiermitteln unterschiedliche Zusätze verwendet, um die oben genannten Schäden in Wälzlagern, Zahnrädern, Getrieben und dergleichen zu vermeiden oder zumindest zu minimieren.
- Darüber hinaus wurden zur Vermeidung von Ermüdungserscheinungen verschiedene Untersuchungen gemacht, unter anderem wurde versucht, die Schmierwirkung von Schmierstoffen durch Zugabe verschiedener Additive zu verbessern. Es wurden insbesondere Additive untersucht, mit denen die Reibung zwischen den Bauteilen verringert werden kann oder die eine verbesserte Viskosität aufweisen.
- So beschreibt die
DE-OS 1 644 934 Organophosphate als Additive in Schmiermitteln, die als Anti-Ermüdungsadditive zugesetzt werden. - Die bereits oben genannte
DE 10 2007 036 856 A1 offenbart die Zugabe von Polymeren mit Estergruppen, die als Antifatigue-Additive in Schmiermitteln verwendet werden. - Aus der
US 2003/0092585 A1 sind Thiazole als Additive bekannt, die Schädigungen von Oberflächen verhindern können. - Die
EP 1 642 957 A1 betrifft die Verwendung von MoS2 und Molybdändithiocarbamat, die als Additive in Harnstofffetten für Gelenkwellen Verwendung finden. - Die oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Additive, wie Organophosphate und Thiazole, sind als organische Stoffe thermisch nicht stabil. Darüber hinaus können sie unter den Betriebsbedingungen verdampfen oder können als klassische Anti-Wear-Additive vor allem mit den Metalloberflächen reagieren, d. h. sie reagieren überwiegend an den sich berührenden Rauhigkeitsspitzen ab, da dort durch die auftretenden Blitztemperaturen ausreichend Energie für eine chemische Reaktion mit der metallischen Reibschicht vorhanden ist. Sie können Ermüdungsschäden deshalb allenfalls untergeordnet entgegenwirken. Festschmierstoffe, wie Molybdändisulfid haben dagegen aufgrund ihrer Dichte die Tendenz, sich aus Ölformulierungen abzusetzen und können außerdem korrosiv wirken. Da die Feststoffteilchen mit Teilchengrößen im Mikrometerbereich eingesetzt werden, kommt es zu einer starken Beeinflussung des Fließverhaltens und einer Viskositätserhöhung sowie zu einem Abweichen vom newtonschen Fließverhalten. Dieses Verhalten verschlechtert die Verfügbarkeit des Additivs im Schmierspalt. REM Untersuchungen an den Oberflächen der metallischen Reibpartner zeigen, dass diese Strukturen Vertiefungen mit Abmessungen deutlich unterhalb 1 µm aufweisen. Diese Vertiefungen sind den Festschmierstoffteilchen mit Größen im Mikrometerbereich nicht zugänglich.
-
DE 102011103215 A1 beschreibt die Verwendung einer Zusammensetzung enthaltend oberflächenmodifizierte Nanopartikel und ein Trägermaterial, das auf die Oberflächen von Antriebselementen zur Verhinderung oder Verminderung von Ermüdungsschäden aufgetragen wird. Es wird vermutet, dass der Wirkmechanismus der Nanopartikel darauf beruht, dass sie sich auf der Oberfläche der Antriebselemente anlagern und diese hierdurch glätten. Durch die Einglättung werden die Kontaktoberflächen vergrößert und die Flächenpressung reduziert. -
JP 2006144827 A - Nachteilig an den in
DE 102011103215 A1 undJP 2006144827 A - Ausgehend von dem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schmierstoffzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die auf die Oberflächen von Antriebselementen aufgetragen werden kann, um so Ermüdungserscheinungen wie Graufleckenbildung, False Brinelling und White Etching Cracks zu verhindern, zu verringern oder zu vermeiden, und die die vorgenannten im Stand der Technik auftretenden Nachteile zumindest teilweise ausräumt.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schmierstoffzusammensetzung zum Auftragen auf die Oberfläche von Antriebselementen, wobei die Schmierstoffzusammensetzung ein Basisöl und ein Silasesquioxan enthält. Die Zusammensetzung ist geeignet um Ermüdungserscheinungen im Material von Antriebselementen, wie Graufleckenbildung, False Brinelling und White Etching Cracks zu verhindern, zu verringern oder zu vermeiden. Der positive Einfluss der Schmierstoffzusammensetzung ist dabei überraschend, da Silasesquioxane deutlich kleiner als die in den Druckschriften
DE 102011103215 A1 undJP2006144827A - In praktischen Versuchen wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung mit Basisölen der unterschiedlichsten Polaritäten homogen vermischt werden kann, da beispielsweise über die Wahl der Substituenten des Silasesquioxans die Polarität der Zusammensetzung einfach angepasst werden kann. Dazu kommt, dass aufgrund seines Herstellungsprozesses eine ausreichende Absättigung der OH Gruppen des Silasesquioxans gewährleistet werden kann. Ferner wurde gefunden, dass die Verwendung von Silasesquioxan eine hohe Lagerstabilität ermöglicht, sowie, dass es zu keiner Beeinträchtigung des Schaumverhaltens oder der Filtrierbarkeit kommt. In praktischen Versuchen wurde auch gefunden, dass Silasesquioxane die bei Raumtemperatur (20°C) flüssig sind und/oder niedrige Schmelzpunkte (vorzugsweise unter 100°C, DIN EN ISO 11357-2 (Ausgabe: 2014-07)) haben, günstig eingesetzt werden können.
- Silasesquioxane (auch Silasesquisiloxane, Sesquisiloxane oder Silesquioxane genannt) sind Organosiliciumverbindungen und bilden käfigartige Strukturen mit Si-O-Si-Bindungen und tetraedrischen Si-Ecken. Das Silasesquioxan kann in molekularer Form 6 bis 12 Si-Ecken aufweisen und/oder als Oligomer und/oder Polymer vorliegen. Erfindungsgemäß bevorzugt sind molekulare Silasesquioxane, noch bevorzugter molekulare Silasesquioxane mit 6 bis 12, noch bevorzugter 7 bis 10, insbesondere mit 7 oder 8 Si-Ecken. Dabei ist in einer bevorzugten Ausführungsform jedes Si-Zentrum an drei Oxogruppen gebunden, die sich wiederum mit anderen Si-Zentren verbinden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Si-Zentren nur anteilig an drei mit anderen Si-Zentren verbundenen Oxogruppen gebunden, und es sind, vorzugsweise drei, Si-Zentren an lediglich zwei mit anderen Si-Zentren verbundenen Oxogruppen gebunden. Die dritte Gruppe ist hier vorzugsweise ein Substituent, noch bevorzugter ein Hydroxysubstituent.
- Die vierte Gruppe am Si ist ebenfalls vorzugsweise ein Substituent, wodurch ein oberflächenmodifiziertes Silasesquioxan erhalten werden kann, welches erfindungsgemäß bevorzugt ist. Geeignete Substituenten sind beispielsweise Alkyl (C1-C20)-, Cycloalkyl (C3-C20)-, Alkenyl (C2-C20)-, Cycloalkenyl (C5-C20)-, Alkinyl (C2-C20)-, Cycloalkinyl (C5-C20)-, Aryl (C6-C18)- oder Heteroarylgruppe, Oxy-, Hydroxy-, Alkoxy (C4-C10)-, Oxiran-Polymer (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20 Wiederholungseinheiten)-, Carboxy-, Silyl-, Alkylsilyl-, Alkoxysilyl-, Siloxy-, Alkylsiloxy-, Alkoxysiloxy-, Silylalkyl-, Alkoxysilylalkyl-, Alkylsilylalkyl-, Halogen-, Epoxy (C2-C20)-, Ester-, Arylether-, Fluoralkyl-, blockierte Isocyanat-, Acrylat-, Methacrylat-, Mercapto-, Nitril-, Amin-, und/oder Phosphingruppe, jeweils substituiert oder unsubstituiert. Dabei kann das Silasesquioxan gleiche Substituenten oder Gemische verschiedener Substituenten aufweisen.
- Bevorzugte Substituenten sind Hydroxy, Alkyl (C4-C10), Aryl (C6-C12), insbesondere Phenyl und Tolyl, Alkoxyl (C4-C10), Alkenyl (C2-C10), Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten), Epoxy (C2-C10), und/oder Cylcoalkyl (C5-C10), jeweils substituiert oder unsubstituiert.
- Besonders bevorzugte Substituenten sind Hydroxy, Alkyl (C4-C10), Phenyl, Tolyl, Alkoxyl (C4-C10), Alkenyl (C2-C10) und/oder Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten), jeweils substituiert oder unsubstituiert.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann R zusätzlich funktionale Gruppen, insbesondere Thiogruppen, Phosphatgruppen einzeln oder in Kombination aufweisen. Die optional vorhandenen Thio- oder Phosphatgruppen können zusätzlich eine Reaktion mit der zu schützenden Metalloberfläche eingehen.
- Erfindungsgemäß kann das Silasesquioxan auch Mischungen von strukturell unterschiedlichen Silasesquioxanen sein.
- Silasesquioxane können beispielsweise durch Hydrolyse von Organotrichlorsilanen synthetisiert werden (idealisiert: 8 RSiCl3; + 12 H2O → [RSiO3/2]8 + 24 HCl). Je nach Substituent (R) kann das Äußere des Käfigs weiter modifiziert werden. Wenn R = H ist, kann die Si-H-Gruppe einer Hydrosilylierung oder Oxidation zum Silanol unterzogen werden. Überbrückte Poly-Silasesquioxane werden am leichtesten aus Clustern hergestellt, die zwei oder mehr trifunktionelle Silylgruppen enthalten, die an nicht hydrolysierbaren Silicium-Kohlenstoff-Bindungen gebunden sind. Vinyl-substituierte Silasesquioxane können durch die Alkenmetathese verknüpft werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Silasesquioxan die chemische Formel [RSiO3/2]n auf mit: n = 6, 8, 10, 12; vorzugsweise n = 8, 10, 12 und insbesondere 8, wobei R unabhängig voneinander = Alkyl (C1-C20)-, Cycloalkyl (C3-C20)-, Alkenyl (C2-C20)-, Cycloalkenyl (C5-C20)-, Alkinyl (C2-C20)-, Cycloalkinyl (C5-C20)-, Aryl (C6-C18)- oder Heteroarylgruppe, Oxy-, Hydroxy-, Alkoxy (C4-C10)-, Oxiran-Polymer (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20 Wiederholungseinheiten)-, Carboxy-, Silyl-, Alkylsilyl-, Alkoxysilyl-, Siloxy-, Alkylsiloxy-, Alkoxysiloxy-, Silylalkyl-, Alkoxysilylalkyl-, Alkylsilylalkyl-, Halogen-, Epoxy (C2-C20)-, Ester-, Arylether-, Fluoralkyl-, blockierte Isocyanat-, Acrylat-, Methacrylat-, Mercapto-, Nitril-, Amin-, und/oder Phosphingruppe, jeweils substituiert oder unsubstituiert, ist.
- Dabei können die Reste R gleich oder verschieden sein.
- Bevorzugt ist R unabhängig voneinander = Hydroxy, Alkyl (C4-C10), Aryl (C6-C12), insbesondere Phenyl und Tolyl, Alkoxyl (C4-C10), Alkenyl (C2-C10), Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten), Epoxy (C2-C10), und/oder Cylcoalkyl (C5-C10), jeweils substituiert oder unsubstituiert.
- Besonders bevorzugt ist R unabhängig voneinander = Hydroxy, Alkyl (C4-C10), Phenyl, Tolyl, Alkoxyl (C4-C10), Alkenyl (C2-C10) und/oder Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten), jeweils substituiert oder unsubstituiert.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann R zusätzlich funktionale Gruppen, insbesondere Thiogruppen, Phosphatgruppen einzeln oder in Kombination aufweisen. Die optional vorhandenen Thio- oder Phosphatgruppen können zusätzlich eine Reaktion mit der zu schützenden Metalloberfläche eingehen.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Silasesquioxan eine Struktur auf, die von der chemischen Formel [RSiO3/2]n abgeleitet ist, in der eine oder mehrere, vorzugsweise eine, Siliziumeinheit RSi ersetzt ist durch andere Einheiten. Dieses Silasesquioxan weist vorzugsweise die Formel [RSiO3/2]n(R2SiO)3 auf, wobei die Reste R unabhängig voneinander aus den oben beschriebenen ausgewählt sein können und n = 2, 4, 6, 8, vorzugsweise n = 2, 4, 6 und insbesondere 4 ist.
- Ebenfalls denkbar ist die Verwendung von überbrückten molekularen Silasesquioxanen.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Silasesquioxan ein Silasesquioxan gemäß der Formel (I):
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Silasesquioxan ein Silasesquioxan gemäß der obigen Formel (I), wobei: R unabhängig voneinander = Alkyl (C4-C10), Aryl (C6-C12), vorzugsweise isooctyl, iso-butyl und/oder Phenyl, insbesondere iso-octyl ist, wobei das Silasesquioxan gegebenenfalls in Form einer Mischung mit anderen Silasesquioxanen vorliegt. Ein derartiges Silasesquioxan ist ist in Form einer Mischung mit anderen Silasesquioxanen beispielsweise erhältlich unter dem Handelsnamen: Isooctyl POSS® Cage Mixture und Octalsobutyl POSS® von Hybrid Plastics.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Silasesquioxan ein Silasesquioxan gemäß der Formel (II):
- Es hat sich gezeigt, dass die Schmierstoffzusammensetzung auch Mischungen von strukturell unterschiedlichen Silasesquioxanen enthalten kann.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Silasesquioxan auf nanoteiligen Trägermaterialien vor, vorzugsweise auf oxydischen Nanoteilchen, insbesondere auf amorphen Siliziumdioxid-Nanopartikeln. Derartige Silasesquioxane sind beispielsweise erhältlich unter dem Handelsnamen POSS® Nanosilica Dispersion von Hybrid Plastics. Vorteilhaft hieran ist die sehr gute Stabilisierung der Nanoteilchen in verschiedenen Medien und die Kombination der beiden unterschiedlichen Teilchengrößen.
- Das Silasesquioxan kann direkt mit dem Basisöl des Schmierstoffs vermischt werden oder in Form einer Vormischung. Im Falle des Einbringens in Form einer Vormischung enthält diese vorteilhafterweise ein Trägermaterial, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mineralölen, synthetischen Kohlenwasserstoffen, darunter besonders bevorzugt Polyalphaolefine (PAO) und Metallocen katalysiertes PAO (m-PAO), Polyglykolen, Estern, Perfluorpolyethern (PFPE), Silikonölen, nativen Ölen und Derivaten von nativen Ölen, aromatenhaltigen Ölen wie Phenylethern, alkylierten Naphtalinen und der Mischungen oben genannter Trägermaterialien. Besonders bevorzugt als Trägermaterial werden Polygkykole, Ester und synthetische Kohlenwasserstoffe eingesetzt.
- Das Basisöl der Schmierstoffzusammensetzung wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyglykolen, Silikonölen, PFPE, Mineralölen, Estern, synthetischen Kohlenwasserstoffen, darunter besonders bevorzugt PAO, m-PAO, aromatenhaltigen Ölen wie Phenylethern, akylierten Diphenylethern, alkylierten Naphtalinen, Phenylethern, nativen Ölen und Derivaten von nativen Ölen, und der Mischungen oben genannter Basisöle. Besonders bevorzugt als Basisöl werden Polygkykole, Ester und/oder synthetische Kohlenwasserstoffe, darunter besonders bevorzugt Polyalphaolefine (PAO) und Metallocen katalysiertes PAO (m-PAO), eingesetzt. Besonders bevorzugte Ester sind ausgewählt aus einem Ester einer aliphatischen oder aromatischen Di-, Tri- oder Tetracarbonsäure (vorzugsweise C6- bis C60-) mit einem oder in Mischung vorliegenden C7- bis C22-Alkoholen, aus einem Ester von Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder Dipentaerythrit mit aliphatischen C7- bis C22- Carbonsäuren, aus C18-Dimersäureestern mit C7- bis C22-Alkoholen, aus Komplexestern, als Einzelkomponenten oder in beliebiger Mischung.
- Die Schmierstoffzusammensetzung kann darüber hinaus noch weitere übliche Zusätze z.B. Verdicker (Metallseifen, Metallkomplexseifen, Bentonite, Harnstoffe, Silikate, Sulfonate, Polyimide usw.), Festschmierstoffe (PTFE, Metalloxide, Graphit, Bornitrid, Molybdändisulfid usw.) und Additive (Phosphate, Thiophosphate, aromatische Amine, Phenole, Sulfate usw.) enthalten. Bevorzugte Verdicker sind Lithiumseifen, Lithiumkomplexseifen, Harnstoffe, Calciumkomplexseifen, Calciumsulfonatverdicker, Bentonite, Aluminiumkomplexseifen. Besonders bevorzugte Verdicker sind Lithiumseifen, Lithiumkomplexseifen, Aluminiumkomplexseifen, Bentonite und Harnstoffe.
- Die genannten Additive können lösliche Additive sein, insbesondere als Korrosionsschutzmittel, als Mittel zur Reibungsminderung, als Mittel zum Schutz gegen Metalleinflüsse und als UV-Stabilisatoren.
- Für Getriebeanwendungen hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Schmierstoffzusammensetzung eine Viskosität von ISO VG 68-680, besonders bevorzugt ISO VG 220-460 aufweist. Dabei sind die bevorzugt eingesetzten Basisöle Polyglykole einerseits und andererseits Mischungen von synthetischen Kohlenwasserstoffen, darunter besonders bevorzugt Mischungen von PAO mit m-PAO, Mischungen von Estern oder Zusammensetzungen, die Mischungen aus synthetischen Kohlenwasserstoffen und Estern als Basisöle aufweisen. Ebenfalls geeignet sind medizinische Weissöle.
- Für fettgeschmierte Anwendungen in Windkraftanlagen hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Schmierstoffzusammensetzung eine NLGI Klasse nach DIN 51818 von 0 bis 3, bevorzugt 1 oder 2 aufweist. Dabei weist das Basisöl vorzugsweise eine Viskosität im Bereich 50 bis 460 mm2/sec auf. Bevorzugt verwendete Basisöle sind PAO, m-PAO, Ester und deren Mischungen. Bevorzugte Verdicker sind Lithiumseifen, Lithiumkomplexseifen und Harnstoffe.
- Für Anwendungen im Automotive Bereich hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Schmierstoffzusammensetzung eine NLGI Klasse nach DIN 51818 von 1 bis 3 aufweist. Bevorzugt eingesetzte Basisöle sind Mineralöle, PAO, m-PAO, Ester und deren Mischungen. Bevorzugte Verdicker sind Lithiumseifen, Lithiumkomplexseifen, Calciumkomplexseifen und Harnstoffe. Dabei weist das Basisöl vorzugsweise eine Viskosität im Bereich 30-300 mm2/sec, bevorzugt im Bereich 50-200 mm2/sec auf.
- Die Schmierstoffzusammensetzung enthält das Silasesquioxan vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 40 Gew.%, noch bevorzugter von 0,05 bis 20 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 0,07 bis 15 Gew.% und insbesondere von 0,1 bis 10 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Schmierstoffzusammensetzung das Silasesquioxan in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.%.
- Die Schmierstoffzusammensetzung enthält das Basisöl vorzugsweise in einer Menge von 99,99 bis 50 Gew.%, noch bevorzugter 99 bis 60 Gew.% und insbesondere in einer Menge von 98 bis 65 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Schmierstoffzusammensetzung Polyglykol als Basisöl in Kombination mit einem Silasesquioxan der Formel [RSiO3/2]n mit: n = 6, 8, 10, 12, vorzugsweise n = 8, 10, 12 und insbesondere 8, wobei R unabhängig voneinander = Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten) ist.
- Ebenfalls denkbar ist die Kombination von Polyglykol als Basisöl mit einem Silasesquioxan der Formel [RSiO3/2]n(R2SiO)3, mit n = 2, 4, 6, 8, vorzugsweise n = 2, 4, 6 und insbesondere 4, wobei R unabhängig voneinander = Alkyl (C4-C10), vorzugsweise iso-octyl ist.
- Insbesondere bevorzugt ist die Kombination von Polyglykol als Basisöl mit PEGPOSS® Cage Mixture.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Schmierstoffzusammensetzung Ester, Kohlenwasserstoffe, alkylierte Diphenylether als Basisöl in Kombination mit einem Silasesquioxan gemäß der Formel [RSiO3/2]n mit n = 6, 8, 10, 12, vorzugsweise n = 8, 10, 12 und insbesondere 8, wobei: R = Alkyl (C1-C20)-, oder Aryl (C6-C18)-, noch bevorzugter iso-octyl, iso-butyl und/oder Phenyl ist.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Schmierstoffzusammensetzung Ester, Kohlenwasserstoffe, alkylierte Diphenylether als Basisöl in Kombination mit einem Silasesquioxan gemäß der obigen Formel (I), wobei: R = iso-octyl oder iso-butyl und/oder Phenyl ist. Insbesondere bevorzugt ist die Kombination von Estern, Kohlenwasserstoffen, alkylierten Diphenylethern als Basisöl mit IsooctylPOSS® Cage Mixture, PhenylPOSS®, OctalsobutylPoss®.
- Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält im Allgemeinen Silasesquioxan in einer Menge von 0,01 bis 40 Gew.%, noch bevorzugter von 0,05 bis 20 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 0,07 bis 15 Gew.% und insbesondere von 0,1 bis 10 Gew.%; Basisöl in einer Menge von 99,99 bis 50 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 99 bis 50 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 99 bis 60 Gew.%, insbesondere in einer Menge von 98 bis 65 Gew.%; Verdicker in einer Menge von 3 bis 40 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 5 bis 40 Gew.% und insbesondere in einer Menge von 7 bis 25 Gew.% sowie Festschmierstoffe in einer Menge von 0 Gew.% bis 30 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 0 bis 20 Gew.% und Additive in einer Menge von 0 Gew.% bis 15 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 0 bis 10 Gew.% und insbesondere in einer Menge von 2 bis 10 Gew.%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Schmierstoffzusammensetzung:
- 5 bis 80 Gew.%, vorzugsweise von 10 bis 80 Gew.%, noch bevorzugter von 20 bis 70 Gew.% und insbesondere von 25 bis 60 Gew.% Polyalkylenglykol, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus statistisch verteilten Polyoxyethylen- und/oder Polyoxypropyleneinheiten und/oder anderer Polyoxyalkylenbausteinen, einem Blockpolymer aus Polyoxyethylen- und/oder Polyoxypropyleneinheiten und/oder anderen Polyoxyalkylenbausteinen, als Basisöl und/oder
- 5 bis 80 Gew.%, vorzugsweise von 10 bis 80 Gew.%, noch bevorzugter von 20 bis 70 Gew.% und insbesondere von 25 bis 60 Gew.% Carbonsäureester als Basisöl und/oder
- 2 bis 80 Gew.%, vorzugsweise von 10 bis 80 Gew.%, noch bevorzugter von 20 bis 70 Gew.% und insbesondere von 25 bis 60 Gew.% Fettalkoholethoxylate als Basisöl,
- mehr als 10 Gew.%, vorzugsweise von 15 bis 85 Gew.%, noch bevorzugter von 20 bis 60 Gew.% und insbesondere von 25 bis 50 Gew.% Wasser,
- 0,01 bis 40 Gew.%, noch bevorzugter von 0,05 bis 20 Gew.%, noch bevorzugter von 0,07 bis 15 Gew.% und/oder von 0,05 bis 5 Gew.% und/oder von 0,1 bis 10 Gew.% Silasesquioxan,
- Aufgrund ihres Wasseranteils kann diese Schmierstoffzusammensetzung als wasserbasierte Schmierstoffzusammensetzung angesehen werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Schmierstoffzusammensetzung als wasserbasierte Getriebeölformulierung vor, mit der bei Durchführung eines FZG-Tests nach DIN ISO 14635-3 die Kraftstufe 12 mit Gesamtverschleiß an Rad und Ritzel von < 150 mg bestanden wird und vorzugsweise bei nachfolgender verlängerter Prüfung von 50 Stunden bei Kraftstufe 10 kein signifikanter Mehrverschleiß generiert wird.
- Bevorzugte Basisöle für die wasserbasierte Schmierstoffzusammensetzung sind wasserlösliche Polyalkylenglykole, wasserlösliche Carbonsäureester und/oder wasserlösliche Fettalkoholethoxylate. Dabei ist unter "wasserlöslich" erfindungsgemäß zu verstehen, dass nach Vermischen der Basisöle mit Wasser (Rühren für 1 Stunde) in einem Konzentrationsverhältnis von mindestens 5 Gew.% Basisöl in Wasser bei Raumtemperatur (25°C) eine transparente Flüssigkeit vorliegt.
- Besonders bevorzugte Carbonsäureester-Basisöle für die wasserbasierte Schmierstoffzusammensetzung sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethoxylierten Mono- oder Dicarbonsäuren mit einer Kettenlänge von C4- bis C40- und Ethoxylierungsgraden von 2-15.
- Bevorzugte Fettalkoholethoxylate bestehen aus Fettalkoholen mit Kettenlängen von C6- bis C22- und einem Ethoxylierungsgrad von größer 3.
- Bevorzugte Additive für die wasserbasierte Schmierstoffzusammensetzung sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- 0,5 bis 20 Gew.%, vorzugsweise von 0,5 bis 10 Gew.%, schäumende oder nichtschäumende Emulgatoren aus der Klasse der anionischen, nichtionischen oder kationischen Tenside, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen oder aromatischen Ethoxylaten, Carboxylaten, Sulfonaten, Sulfaten oder Ammoniumsalzen,
- 0,5 bis 50 Gew.%, vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.%, Frostschutzmittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylenglycol, Glycerin oder Ionischen Flüssigkeiten,
- 0,5 bis 20 Gew.%, vorzugsweise von 5 bis 20 Gew.%, Korrosionsadditive, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkanolaminen, Phosphorsäure und Carbonsäurederivaten,
- 0,001 bis 2 Gew.%, vorzugsweise von 0,01 bis 1 Gew.%, Additive zur Verhinderung von Schaumbildung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polydimethylsiloxan und Acrylatpolymeren,
- 0,05 bis 10 Gew.%, vorzugsweise von 1 bis 5 Gew.%, wasserlöslicher Fress- und Verschleißschutzmittel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefel- oder Phosphor-haltigen Verbindungen,
- 0,001 bis 0,5 Gew.%, vorzugsweise von 0,05 bis 0,4 Gew.%, Biozide, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituierten Isothiazolinonen und Bronopol,
- und Gemischen hiervon.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die wasserbasierte Schmierstoffzusammensetzung 0,5 bis 40 Gew.% Schmierstoffverdicker, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallseifen aus Mono- und/oder Dicarbonsäuren, Harnstoffen, Schichtsilikaten, Festschmierstoffen und Aerosil.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Schmierstoffzusammensetzung als Getriebeölformulierung vor, mit der bei Durchführung eines FZG Graufleckentests C/8.3/60 nach FVA-Information Blatt 54/7 mit Einspritzschmierung die Profilabweichung beim Stufenlauf 7,5 µm und/oder beim Dauerlauf 20 µm nicht überschreitet.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich die Schmierstoffzusammensetzung dadurch aus, dass bei Durchführung eines false brinell Tests mittels SNR FEB 2 Prüfgerät bei Raumtemperatur, 8000 N Last, Schwenkwinkel 3° und 24 Hz Schwingfrequenz eine Laufzeit von mindestens 50 h, erreicht wird und der Verschleiß des Antriebselements dabei vorzugsweise unter 100 mg, insbesondere unter 20 mg liegt.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich die Schmierstoffzusammensetzung dadurch aus, dass ein Massenverlust des Antriebselements bedingt durch Vibrationen um mindestens 50 %, vorzugsweise von mindestens 90% reduziert und/oder die Zeitdauer bis zum Ausfall mindestens verdoppelt wird.
- Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Schmierstoffzusammensetzung zur Behandlung von Oberflächen von Antriebselementen, vorzugsweise von Wälzlagern, Getrieben, Gleitlagern und/oder Ketten, insbesondere Wälzlagern und Getrieben. Ebenfalls geeignet ist die erfindungsgemäße Schmierstoffzusammensetzung zur Schmierung von Dichtungen an rotierenden Wellen.
- Besonders vorteilhaft ist die Verwendung in Wälzlagern, die als Radlager verwendet werden und/oder Getrieben, die einer Vibration ausgesetzt sind. Weiterhin besonders vorteilhaft ist die Verwendung in Hauptlagern, Blattlagern, Verstell-Lagern, Generatorenlagern von Windkraftanlagen. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung in Wälzlagern, die in Elektromotoren von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung in Wälzlagern in Kupplungen, besonders bei Hybridfahrzeugen. Weiterhin besonders vorteilhaft ist die Verwendung in Lagerungen in Nebenaggregaten sowohl in Industrieanlagen als auch in Automobilen. Lagerungen in Nebenaggregaten zeichnen sich dadurch aus, dass die Nebenaggregate in der Regel nicht durchgängig betrieben sondern nur zeitweise zugeschaltet werden und damit Vibrationen auf die still stehenden Lager einwirken. Nebenaggregate in Automobilen werden zudem häufig über Pulley angetrieben. Weiterhin besonders vorteilhaft ist die Verwendung in Gelenken in Automotive Anwendungen wie Gleichlaufgelenken, Azipod-Gelenken, Tripode Gelenken, Fahrwerksgelenken und/oder Kugelgelenken, bei denen ebenfalls Materialermüdung/Ausbrüche als Schadensbild bekannt sind.
- Die oben genannten Antriebselemente sind besonders anfällig für die eingangs beschriebenen Schädigungsmechanismen, so dass die Verwendung von Silasesquioxanen mit ihrem vorteilhaften Einfluss hierauf besonders effizient ist.
- Besonders bevorzugt ist ferner die Behandlung von Oberflächen von Antriebselementen in Maschinen und Förderanlagen, die zur Herstellung von Lebensmitteln verwendet werden, bei denen ein direkter Kontakt der Schmierstoffzusammensetzung mit dem Lebensmittel möglich und eine entsprechende lebensmittelrechtliche Zulassung der Schmierstoffzusammensetzung erforderlich ist (USDA bzw. NSF, Koscher, Halal).
- Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Antriebselementen, bevorzugt Wälzlagern, Getrieben, Gleitlagern und/oder Ketten, deren Oberflächen mit der erfindungsgemäßen Schmierstoffzusammensetzung behandelt wurden, in Anlagen und Maschinen zur Herstellung und Förderung von Lebensmitteln, in Windkraftanlagen, in Automobilen, in Pulleylagern, in Schienenfahrzeugen, in Schiffen, in Elektromotoren, Generatoren, Nebenaggregaten, Gelenken.
- Beim SNR-FEB 2 (False-Brinelling Prüfstand der Wälzlagerfirma SNR) wird das Verschleißverhalten von Schmierstoffzusammensetzungen in Wälzlagern bei kleinen oszillierenden Abwälz- und Gleitbewegungen mit einer konstanten Last ermittelt. Das Abschaltkriterium des SNR ist der Verschleißweg. Wenn bei einem Lager der Wert über 30 mm steigt, wird automatisch der Lauf beendet oder aber die vorgegebenen Laufzeit wird erreicht. Die Lagertype FAG 51206 wird als Prüflager verwendet. Der entstehende Verschleiß wird nicht über den Verschleißweg sondern durch Wiegen der gereinigten Lagerringe vor und nach dem Versuch ermittelt. Die Rillen der Lagerringe werden komplett mit der zu prüfenden Schmierstoffzusammensetzung befüllt, überschüssiges Fett abgestrichen. Damit ergibt sich in Abhängigkeit von der Dichte eine Menge an Schmierstoffzusammensetzung von ca. 1 g pro Lagerring.
- Die Prüfvorrichtung besteht aus einem geschlossenen Getriebegehäuse mit Sichtscheibe. Es sind zwei gleichgroße Zahnräder (Außendurchmesser 54 mm) mittig über senkrecht stehenden Wellen angebracht, die in das Prüföl eintauchen, sodass ein Teil der Zahnräder nicht von Öl bedeckt ist. Bei einer Drehzahl von 1450 rpm wird für 5 min das Zahnradpaar angetrieben. Dabei wird sozusagen Luft in das Öl eingemischt. Die Veränderung/Zunahme des Volumens kann über eine Skala, die in dem Sichtfenster eingebracht ist, dokumentiert werden. Grenzwerte der Norm sind: nach 1 min Stilstand nach dem Betrieb des Zahnradpaares ≤15% und nach 5 min Stilstand ≤10% total. Schaumvolumen dürfen nicht überschritten werden.
- Viskositätsmessung (DIN 51562) mittels eines Stabinger Viskosimeters SVM 3000 (Anton Paar).
- Bei der Methode werden bei Raumtemperatur, dann bei 94°C und dann wieder bei Raumtemperatur für 1 min Luft mit einem konstanten Volumenstrom über eine eingetauchte Sinterkugel aufgeschäumt. Es wird gemessen a) wieviel Schaum in ml sich bildet und b) wie lange es dauert bis der Schaum sich nach Beendigen der Lufteinleitung wieder abgebaut hat. Angabe ist (a,b). Grenzwert: (max. 75 ml/10 min) bei allen 3 Temperatursequenzen dürfen nicht überschritten werden. b wird dabei in der Form x:y min angegeben. Das bedeutet der Schaum hat sich nach x Minuten und y Sekunden aufgelöst.
- C/8.3/60 nach FVA-Information Blatt 54/7 mit Einspritzschmierung. Die Grenzwerte der Norm sind: Die Profilabweichung darf beim Stufenlauf 7,5 µm und beim Dauerlauf 20 µm nicht überschreiten. Der Test wurde teilweise auch abweichend bei 90°C und Tauchschmierung durchgeführt.
- Durchführung nach Norm DIN ISO 14635-3 mit Tauchschmierung. Grenzwerte der Norm sind:
Erreichte Kraftstufe = Summe der Schäden (Breite aller Riefen und Fresser) an den aktiven Zahnflanken der 16 Ritzelzähne beträgt mehr als eine Zahnbreite bzw. 20 mm. - Zusätzlich Auswertung von Verschleiß an Rad und Ritzel.
- Zusätzlich erfolgte hier nach Testende eine verlängerte Prüfung über einen Zeitraum von 50 h bei Kraftstufe 10 unter Ermittlung des Verschleißes an Rad und Ritzel.
- Ein beheizbarer Ölvorratsbehälter (60°C) wird mit ca. 10L Öl befüllt, mit einer regelbaren Pumpe (Firma Vogel Fluidtec GmbH / Durchflusssensor geregelt) wird das Öl im Kreis (6L/min) durch einen Filter mit einer genau definierten Porengröße (Mahle PI 2105 PS 3µm/ Mahle PI 3105 PS 10µm) gepumpt. Vor und hinter dem Filter wird der Druck durch Sensoren gemessen. Die Anlage schaltet sich ab, wenn hier die Druckdifferenz 2,2 bar überschreitet. Die Versuchsdauer beträgt dabei bis zu 840 h.
- Ein Lithiumseifenfett der NLGI Klasse 2 mit Polyglykol Grundöl mit ca. 46 mm2/sec Viskosität bei 40°C und Additivpaket (Korrosion, Oxidationsstabilität, Lasttragfähigkeit, Verschleiss) wurde mit 5,85 % PEGPOSS® Cage Mixture versetzt und mit einem Speedmixer (Fa. Hauschild, Type DAC 700.1 FVZ) homogenisiert (Beispielfett 1). PEGPOSS® Cage Mixture besitzt eine Viskosität von ca. 80 mm2/sec bei 40°C. Um den Verdünnungseffekt auszugleichen wurde ein Vergleichsfett 1 hergestellt, bei dem das Fett 5,85 % eines Polyglykols auf Basis EO:PO ca. 1:1 mit vergleichbarer Viskosität in gleicher Weise verdünnt und homogenisiert wurde. Beide Fette wurden mit dem SNR FEB 2 Prüfstand bei 8000 N Last, einem Schwenkwinkel von 3°, einer Schwingfrequenz von 24 Herz bei 20°C ausgesetzt. Das Beispielfett 1 erreicht die vorgesehene Prüfdauer von 50 h bei geringem Massenverlust der Lager. Das Vergleichsfett 1 dagegen erreicht nach ca. 19 h den maximal zulässigen Verschleiß, der Lauf muss abgebrochen werden.
Beispielfett 1, PG Fett, Lithiumseife, PG Grundöl + Verdünnt mit 5,85% PEGPOSS® Cage Mixture Vergleichsfett 1, PG Fett, Lithiumseife, PG Grundöl + Verdünnt mit 5,85% PG Grundöl Verschleiß Lager 1 (mg) 21 95 Verschleiß Lager 2 (mg) 0 216 Prüfdauer 50 h 19 h, 28 min (Abbruch) -
Referenzöl 2: Getriebeöl Esterbasis, ISO VG 100 Additivpackage (Korrosion, Schaum, Oxidationsstabilität, Lasttragfähigkeit, Verschleiss) Referenzöl 2 + 1,3% Isooctyl POSS® Cage Mixture Kinematische Viskosität 40°C [mm2/sec] 98 99,3 ASTM Schaumtest RT 0 ml / 0 min 0 ml / 0:0 min 94°C 0 ml / 0 min 0 ml / 0:0 min RT 0 ml / 0 min 10 ml/ 0:03 min FZG Graufleckentest, C/8,3/60 Stufentest, Änderung Gewicht (mg) nach Kraftstufe 10 24 16 Stufentest, Graufleckenfläche (%) nach Kraftstufe 10/400 h 30 20 Stufentest, Profilformabweichung (µm) nach Kraftstufe 10/400 h 8,8 (fail) 7,3 (pass) Dauertest, Änderung Gewicht (mg) nach Kraftstufe 10/400 h fail* 35 Dauertest, Graufleckenfläche (%) nach Kraftstufe 10 fail* 23 Dauertest, Profilformabweichung (µm) nach Kraftstufe 10 fail* 10,8 (pass) *Ausfall nach 240 h Kraftstufe 10 durch Überschreiten Schadensgrenze, Profilformabweichung > 20 µm - Die Ergebnisse zeigen, dass bei dem Getriebeöl auf Esterbasis sich bei Zugabe von IsooctylPOSS® keine Veränderungen bei der kinematischen Viskosität und im Schaumverhalten ergeben. Die Ausbildung der Grauflecken wird dagegen stark unterdrückt, die Zugabe von IsooctylPOSS® Cage Mixture bewirkt, dass der Prüflauf über die ganze Prüfzeit durchgeführt werden kann und die Profilformabweichung deutlich unter den Grenzwerten bleibt.
-
Referenzöl 3: Getriebeöl Polyglykol, Additivpackage (Korrosion, Oxidationsstabilität, Lasttragfähigkeit, Verschleiss, Schaum) ISO VG 100 Referenzöl 3 + 5,8% PEGPOSS® Cage Mixture Viskosität 40°C [mm2/sec] 101 102 ASTM Schaumtest RT 10 ml / 0:15 min 0 ml / 0:0 min 94°C 20 ml / 0:15 min 10 ml / 0:0 min RT 20 ml / 0:25 min 10 ml/ 0,03 min Flender Schaumtest Schaum nach 1 min Standzeit (%) 20 0 Schaum nach 5 min Standzeit (%) 19 4 FZG Graufleckentest, C/8,3/90°C Tauchschmierung Stufentest, Änderung Gewicht (mg) nach Kraftstufe 10 17 1 Stufentest, Graufleckenfläche (%) nach Kraftstufe 10 10 0 Stufentest, Profilformabweichung (µm) nach Kraftstufe 10 5 4,6 Dauertest, Änderung Gewicht (mg) nach Kraftstufe 10/400 h 11 8 Dauertest, Graufleckenfläche (%) nach Kraftstufe 10/400 h 20 0 Dauertest, Profilformabweichung (µm) nach Kraftstufe 10/400 h 9,6 7 - Durch Zumischen von PEGPOSS® Cage Mixture ergibt sich keine signifikante Veränderung bei Viskosität und ASTM Schaumtest, dagegen ergibt sich eine deutliche Verbesserung beim Flender Schaumtest und das Auftreten von Grauflecken wird nahezu komplett unterdrückt.
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Referenzöl 4: Getriebeöl PAO/Ester ISO VG 46 Additivpackage (Korrosion, Oxidationsstabilität, Lasttragfähigkeit, Verschleiss, Schaum) Referenzöl 4 +1,3 % IsooctylPOSS® Referenzöl 4 + 0,5 % SiO2 Nanoteilchen, Primärpartikel 10 nm, Oberfläche mit Phenyl und Trimethylsilylgruppen belegt Viskosität 40°C [mm2/sec] 46,2 47 47,6 Flender Schaumtest, vor Filtrationsprüfung Schaum nach 1 min Standzeit (%) 2 2 2 Schaum nach 5 min Standzeit (%) 0 3 2 Filtrationstest 3 µm Filter Druckaufbau/Prüfdauer < 2,2 bar/840 h < 2,2 bar/840 h > 2,2 bar/0 h Filtirierbarkeit pass pass fail Flender Schaumtest, nach Filtrationsprüfung 3 µm Schaum nach 1 min Standzeit (%) 4 5 nicht bestimmt Schaum nach 5 min Standzeit (%) 5 5 nicht bestimmt Filtrationstest 10 µm Filter Druckaufbau/Prüfdauer nicht bestimmt < 2,2 bar/760 h > 2,2 bar/0 h Filtirierbarkeit nicht bestimmt pass fail - Das Referenzöl 4 kann problemlos bei 3 µm filtriert werden. Die Zugabe von IsooctylPOSS® Cage Mixture hat keine Auswirkungen auf die Viskosität und das gute Filtration- und Schaumverhalten.
- Durch Verwendung von SiO2 Nanoteilchen, die ebenfalls zur Verringerung der Graufleckigkeit eingesetzt werden können, sind für eine wirkungsvolle Filtration dagegen hohe Drücke nötig. Der Anteil an anorganischem SiOx ist bei den beiden Ölen mit den Silizium enthaltenden Zuschlägen in etwa gleich.
- Auch bei einem gröberem Filter mit 10 µm ist es nicht möglich, das SiO2 enthaltende Öl bei niedrigen Drücken zu filtrieren, es baut sich sofort ein Druck von mehr als 2,2 bar auf, die Prüfung wird abgebrochen. Das IsooctylPOSS® Cage Mixture enthaltende Öl kann dagegen problemlos filtriert werden.
-
Referenzöl 5: wasserbasiertes Getriebeöl auf Basis Polyglykol (ca. 39 Gew.%), Additivpackage (ca. 21 Gew.% Korrosion, Lasttragfähigkeit/ Verschleiss, Schaum, Biozid), Wasser (ca. 40 Gew.%) Referenzöl 5 + 1 Gew.% PEGPOSS® Cage Mixture Viskosität 40°C ISO VG 460 ISO VG 460 FZG DIN ISO 14635-3-A/2,8/50 Tauchschmierung Erreichte Kraftstufe 12 12 Gesamtverschleiß nach Kraftstufe 11 188 mg 96 mg Gesamtverschleiß nach Kraftstufe 12 231 mg 145 mg Zusatzverschleiß nach Kraftstufe 10/50 h 63 mg 7 mg - Durch Zumischen von PEGPOSS® Cage Mixture ergibt sich keine signifikante Veränderung bzgl. Viskosität, dagegen ergibt sich eine deutliche Verbesserung beim Verschleißverhalten in Getriebeanwendungen, vor allem bei mäßiger Belastung (Kraftstufe 10).
Claims (20)
- Schmierstoffzusammensetzung zum Auftragen auf die Oberfläche von Antriebselementen, wobei die Schmierstoffzusammensetzung ein Basisöl und ein Silasesquioxan enthält.
- Schmierstoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Silasesquioxan die chemische Formel [RSiO3/2]n aufweist mit: n = 6, 8, 10, 12; wobei R unabhängig voneinander = Alkyl (C1-C20)-, Cycloalkyl (C3-C20)-, Alkenyl (C2-C20)-, Cycloalkenyl (C5-C20)-, Alkinyl (C2-C20)-, Cycloalkinyl (C5-C20)-, Aryl (C6-C18)- oder Heteroarylgruppe, Oxy-, Hydroxy-, Alkoxy (C4-C10)-, Oxiran-Polymer (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20 Wiederholungseinheiten)-, Carboxy-, Silyl-, Alkylsilyl-, Alkoxysilyl-, Siloxy- , Alkylsiloxy-, Alkoxysiloxy-, Silylalkyl-, Alkoxysilylalkyl-, Alkylsilylalkyl-, Halogen-, Epoxy (C2-C20)-, Ester-, Arylether-, Fluoralkyl-, blockierte Isocyanat-, Acrylat-, Methacrylat-, Mercapto-, Nitril-, Amin-, und/oder Phosphingruppe, jeweils substituiert oder unsubstituiert, ist.
- Schmierstoffzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass R unabhängig voneinander = Hydroxy, Alkyl (C4-C10), Aryl (C6-C12), insbesondere Phenyl und Tolyl, Alkoxyl (C4-C10), Alkenyl (C2- C10), Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten), Epoxy(C2-C10) und/oder Cylcoalkyl (C5-C10) ist.
- Schmierstoffzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass R unabhängig voneinander = Hydroxy, Alkyl (C4-C10), Phenyl, Tolyl, Alkoxyl (C4-C10), Alkenyl (C2- C10) und/oder Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten) ist.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silasesquioxan die chemische Formel [RSiO3/2]n(R2SiO)3 aufweist, mit: n = 2, 4, 6, 8, wobei R unabhängig voneinander = Alkyl (C1-C20)-, Cycloalkyl (C3-C20)-, Alkenyl (C2-C20)-, Cycloalkenyl (C5-C20)-, Alkinyl (C2-C20)-, Cycloalkinyl (C5-C20)-, Aryl (C6-C18)- oder Heteroarylgruppe, Oxy-, Hydroxy-, Alkoxy (C4- C10)-, Oxiran-Polymer (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20 Wiederholungseinheiten)-, Carboxy-, Silyl-, Alkylsilyl-, Alkoxysilyl-, Siloxy-, Alkylsiloxy-, Alkoxysiloxy-, Silylalkyl- , Alkoxysilylalkyl-, Alkylsilylalkyl-, Halogen-, Epoxy (C2-C20)-, Ester-, Arylether-, Fluoralkyl-, blockierte Isocyanat-, Acrylat-, Methacrylat-, Mercapto-, Nitril-, Amin-, und/oder Phosphingruppe, jeweils substituiert oder unsubstituiert, ist.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silasesquioxan ein Silasesquioxan gemäß der Formel:
-CH2CH2(OCH2CH2)mOCH3, und m = 10 bis 15 ist, wobei das Silasesquioxan gegebenenfalls in Form einer Mischung mit anderen Silasesquioxanen vorliegt. - Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silasesquioxan ein Silasesquioxan gemäß der Formel (I) ist: wobei: R unabhängig voneinander = Alkyl (C4-C10), Aryl (C6-C12), vorzugsweise iso-octyl, iso-butyl und/oder Phenyl ist, wobei das Silasesquioxan gegebenenfalls in Form einer Mischung mit anderen Silasesquioxanen vorliegt.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silasesquioxan auf nanoteiligen Trägermaterialien, vorzugsweise auf oxydischen Nanoteilchen, insbesondere auf amorphen Siliziumdioxid Nanopartikeln, vorliegt.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisöl ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyglykolen, Silikonölen, PFPE, Mineralölen, Estern, synthetischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere PAO, m-PAO, aromatenhaltigen Ölen wie Phenylethern, akylierten Diphenylethern, alkylierten Naphtalinen, Phenylethern, nativen Ölen und Derivaten von nativen Ölen, und Mischungen hiervon.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffzusammensetzung enthält:- 5 bis 80 Gew.% Polyalkylenglykol, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus statistisch verteilten Polyoxyethylen- und/oder Polyoxypropyleneinheiten und/oder anderer Polyoxyalkylenbausteinen, einem Blockpolymer aus Polyoxyethylen- und/oder Polyoxypropyleneinheiten und/oder anderen Polyoxyalkylenbausteinen als Basisöl, und/oder- 5 bis 80 Gew.% Carbonsäureester als Basisöl und/oder- 2 bis 80 Gew. % Fettalkoholethoxylate als Basisöl,- mehr als 10 Gew. % Wasser und- 0,01 bis 40 Gew.% Silasesquioxan,wobei die Mengenangaben jeweils auf das Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung bezogen sind.
- Schmierstoffzusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyalkylenglykol, der Carbonsäureester und/oder das Fettalkoholethoxylat wasserlöslich sind.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silasesquioxan in einer Menge von 0,01 bis 40 Gew.%, noch bevorzugter von 0,05 bis 20 Gew.%, noch bevorzugter von 0,07 bis 15 Gew.% und insbesondere von 0,1 bis 10 Gew.% enthalten ist, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Polyglykol als Basisöl in Kombination mit einem Silasesquioxan der Formel [RSiO3/2]n mit: n = 6, 8, 10, 12, wobei R unabhängig voneinander = Oxiran-Polymer, insbesondere Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, und/oder deren Copolymere (Polymerisationsgrad mit 4 bis 20, insbesondere 10 bis 15 Wiederholungseinheiten) ist, enthalten ist.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ester, Kohlenwasserstoffe, alkylierte Diphenylether als Basisöl in Kombination mit einem Silasesquioxan gemäß der Formel [RSiO3/2]n mit n = 6, 8, 10, 12; wobei: R unabhängig voneinander = Alkyl (C1 bis C20)-, oder Aryl (C6-C18)-, noch bevorzugter iso-octyl, iso-butyl und/oder Phenyl ist, enthalten sind.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Silasesquioxan in einer Menge von 0,01 bis 40 Gew.%, noch bevorzugter von 0,05 bis 20 Gew.%, noch bevorzugter in einer Menge von 0,07 bis 15 Gew.% und insbesondere von 0,1 bis 10 Gew.%; Basisöl in einer Menge von 99,99 bis 50 Gew.%, noch bevorzugter von 99 bis 50 Gew.%, noch bevorzugter von 99 bis 60 Gew.% und insbesondere von 98 bis 65 Gew.%; Verdicker in einer Menge von 3 bis 40 Gew.%, bevorzugt von 5 bis 40 Gew.%, und insbesondere von 7 bis 25 Gew.%; sowie Festschmierstoffe in einer Menge von 0 Gew.% bis 30 Gew.%, noch bevorzugter von 0 bis 20 Gew.%; und Additive in einer Menge von 0 Gew.% bis 15 Gew.%, noch bevorzugter von 0 bis 10 Gew.% und insbesondere von 2 bis 10 Gew.% enthalten sind, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Getriebeölformulierung vorliegt, und dass bei Durchführung eines FZG Graufleckentests C/8.3/60 nach FVA-Information Blatt 54/7 mit Einspritzschmierung die Profilabweichung beim Stufenlauf 7,5 µm und/oder beim Dauerlauf 20 µm nicht überschreitet.
- Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Durchführung eines false brinell Tests mittels SNR FEB 2 Prüfgerät bei Raumtemperatur, 8000 N Last, Schwenkwinkel 3° und 24 Hz Schwingfrequenz eine Laufzeit von mindestens 50 h erreicht wird und der Verschleiß des Antriebselements dabei vorzugsweise unter 100 mg liegt.
- Verwendung der Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche zur Behandlung von Oberflächen von Antriebselementen, vorzugsweise von Wälzlagern, Getrieben, Gleitlagern und/oder Ketten, wobei die Antriebselemente vorzugsweise in Anlagen und Maschinen zur Herstellung und Förderung von Lebensmitteln, in Windkraftanlagen, in Automobilen, in Pulleylagern, in Schienenfahrzeugen, in Schiffen, in Elektromotoren, Generatoren, Nebenaggregaten, Gelenken vorliegen.
- Verwendung von Antriebselementen, bevorzugt Wälzlagern, Getrieben, Gleitlagern und/oder Ketten, deren Oberflächen mit einer Schmierstoffzusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 behandelt wurden, in Anlagen und Maschinen zur Herstellung und Förderung von Lebensmitteln, in Windkraftanlagen, in Automobilen, in Pulleylagern, in Schienenfahrzeugen, in Schiffen, in Elektromotoren, Generatoren, Nebenaggregaten, Gelenken.
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