DE202011003324U1 - Metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle - Google Patents

Metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle Download PDF

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Abstract

Metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle mit einem Metallsalz einer organischen Säure, Fettalkohol, aromatischem Amin, Epoxidharz, Sukzinimid und 2-iminsubstituierte von Indulin, dadurch gekennzeichnet, dass die Komposition enthält (in Mass. %)metallbeplatteter öllösbarer Zusatz 6–20 Abgeleitetes von Sukzinimid 50–65 aromatisches Amin 10–20 Epoxidharz 13–18 Entschäumerzusatz 0,3–0,5, wobei dieser metallbeplattete öllösbare Zusatz enthält (in Mass. %):Metallsalz der organischen Säure 10–90 Metallsalz der unorganischen Säure 1,5–25 Fettalkohol 3–55 aromatisches Amin 1–8 Epoxidharz 2–10 Sukzinimidpolymer 2–8 2-iminsubstituierte von Indulin 0,5–6.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung ist aufgrund der Mineral- und der synthetischen Öle, die eine metallbeplattete multifunktionale Komposition aufweisen, für Schmierstoffe einsetzbar, die Gleit-, lasttragfähige, antioxidative und Detergent-Dispersanteigenschaften erhöhen und in Verbrennungsmotoren von Last- und Personenkraftwagen, in Lokomotiven, bei der Binnen- und Hochseeflotte sowie als Getriebe- und Industrieöle verwendbar sind.
  • In Zusammenhang mit einer Verschärfung der Betriebsbedingungen für Wagen und für Mechanismen mit großen thermischen und Reibungsbelastungen bekommt eine neue Richtung in der Bildung der Schmierstoffe unter Ausnutzung der metallbeplatteten Zusätze eine breite Entwicklung, die auf der wissenschaftlichen Eröffnung der Tribotechnik gegründet ist [Garkunow D. N. Wissenschaftliche Eröffnungen in der Tribotechnik. Der Effekt der Verschleißfreiheit. Der Wasserstoffverschleiß der Metalle. Verlag MSHA, 2004, 383 S.].
  • Ein prinzipieller Unterschied im Mechanismus der Schmierbehandlung von metallbeplatteten Materialien gegenüber den traditionell verwendeten Materialien ist im Laufe der Reibung die Bildung einer metallischen (Serwowit) Schutzfolie mit einer Dicke von 1–2 mm auf den Oberflächen der Reibung an den Stellen des tatsächlichen Kontakts. Dadurch werden die wesentlich tribotechnischen Charakteristiken verbessert, die eine Autokompensation des Verschleißes der Reibpartner und in Bezug auf die Verbrennungsmotoren gewährleistet. Zudem wird die Bildung eines dichten Kontaktes zwischen dem Spiegel des Motorzylinders und den zu ihnen verknüpften Kolbenringen sichergestellt.
  • Für die Erhöhung der Gleit-, lasttragfähigen Eigenschaften der Öle werden in die Schmierumgebung Weichmetalle mit einer variablen Valenz in verschiedenen Vereinigungsformen eingeführt. Das sind z. B. Metallsalze der organischen und unorganischen Säuren, komplexe Vereinigungen, feindisperse Suspensionen u. a.
  • Es ist ein metallbeplatteter Zusatz bekannt, der Salz einer fettigen Säure und eines einwertigen Kupfers in einer Ölsäurelösung aufweist (a. s. Die UdSSR 859425, 25.01.1979).
  • Ein solcher Zusatz verbessert die Gleiteigenschaften, verfügt aber über keine übrigen funktionalen Charakteristiken, die sehr wichtig für die Verbrennungsmotoren sind, zum Beispiel antioxidative und Detergent-Dispersanteigenschaften. Außerdem ist wegen der kleinen Metallkonzentration im Zusatz (Hundertstel eines Prozents) eine Autokompensation des Verschleißes der Reibpartner unmöglich, und demzufolge auch ein Schutz vor einem Wasserstoffverschleiß.
  • Für die Erhöhung der Gleiteigenschaften der Öle werden auch komplexe Metallverbindungen verwendet, zum Beispiel Zinn-, Blei-, Kupferhydroxychinolinate (Pat. US
    Figure 00030001
    4431553). Wegen ihrer geringen Lösbarkeit im Öl sind sie aber bei großen Belastungen von Friktionseinheiten nicht wirksam.
  • Es ist eine metallbeplattete öllösbare Komposition für die Schmierstoffe MSK ”Walena” ausgearbeitet, die Metallsalz einer unorganischen Säure, Fettalkohol, Epoxydharz und 2-iminsubstituierte von Indulin sowie Metallsalz der organischen Säure, aromatisches Amin und Sukzinimidpolymer aufweist. Das Verhältnis der Komponenten in Mas. % ist: Metallsalz der organischen Säure 10–90; Metallsalz der unorganischen Säure 1,5–25; Fettalkohol 3–55, aromatisches Amin 1–8; Epoxydharz 2–10; Sukzinimidpolymer 2–8; 2-iminsubstituierte von Indulin 0,5–6. Diese Komposition, die wirksame metallbeplattete Komponenten, Metallsalze einer variablen Valenz aufweist, verfügt über hochtribotechnische Gleit-, Antiverschleiß-, lasttragfähige Charakteristiken (Pat. RU
    Figure 00030002
    2277579). Jedoch werden für die Aufrechterhaltung eines normalen Temperaturregimes des Verbrennungsmotorlaufs an die Motorenöle außer den angegebenen funktionalen Eigenschaften hohe Anforderungen an Detergent-Dispersant- und antioxidative Eigenschaften gestellt. Dies gilt besonders für schwerbeladene Verbrennungsmotoren, zum Beispiel Lokomotiven, Schiffsdiesel und leistungsfähige Lastkraftwagen. In diesem Zusammenhang wurde bei der Entwicklung einer metallbeplatteten multifunktionalen Komposition die metallbeplattete Komponente MSK ”Walena” verwendet, um die Konzentrationen der Detergent-, Dispersant- und antioxydativen Komponenten zu vergrößern.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle zu entwickeln, die eine erhöhte Gleit-, lasttragfähige, antioxidative und Detergent-Dispersanteigenschaften aufweist und eine Autokompensation des Verschleißes der Reibpartner und einen Schutz vor Wasserstoffverschleiß sicherstellt.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs gelöst.
  • Die metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle, die einen metallbeplatteten öllösbaren Zusatz aufweist, hat laut der Erfindung zusätzlich ein Abgeleitetes von Sukzinimid, ein aromatisches Amin, Epoxidharz und einen Entschäumerzusatz mit folgendem Verhältnis der Komponenten (in Mas. %):
    metallbeplatteter öllösbarer Zusatz 6–20
    abgeleitetes von Sukzinimid 50–65
    aromatisches Amin 10–20
    Epoxidharz 13–18
    Entschäumerzusatz 0,3–0,5
  • Als eine metallbeplattete Komponente kann in der Komposition der Zusatz ”Walena” verwendet werden. Ein Beispiel des Abgeleiteten von Sukzinimid ist ein industriell ausgegebener Zusatz C-5A. Als aromatisches Amin können Homologe von Diphenylamin verwendet werden; Epoxidharz – Diäthylenglykol-1 – ein Produkt der Kondensation des Epichlorhydrins mit Glykol und als Entschäumerzusatz – PMS-200 (Polymethylsilikonentschäumerzusatz). Ein Beispiel der Kompositionsbestände (in Mas. %):
    Zusatz ”Walena” 8 12 18
    Abgeleitetes von Sukzinimid C-5A 62-58-53
    Homologe von Diphenylamin 16-15-13,5
    Epoxidharz Diäthylenglykol-1 13,5-14,5-15
    Entschäumerzusatz PMS-200 0,5-0,5-0,5
  • Die metallbeplattete multifunktionale Komposition (MFK) für Öle, von den Autoren: MFK ”Serwowit” genannt, stellt eine dicke Flüssigkeit mit grüner Farbe dar, die sich in Ölen gut auflöst und eine Lösung bildet, in der sich Metall in der Art von Ionen befindet.
  • Die Einschätzung des Einflusses der ausgearbeiteten Komposition MFK ”Serwowit” auf die Gleiteigenschaften der Öle wurde auf einen Wagen der II-5018 Reibung vorgenommen. Das Öl wurde auf den Reibungspartnern erprobt: eine Stahlrolle (Stahl 45) – eine gusseiserne Backe. Der Rollendurchmesser beträgt 43 mm. Die Drehfrequenz der Rolle erfolgte mit 500 Minuten–1. Der untere Teil der Rolle tauchte in ein Bad mit dem dosierten Ölumfang ein. Die Öltemperatur wurde mit einem Quecksilberthermometer gemessen. Vor dem Test liefen sich die Backe und die Rolle auf dem Motorenöl M-10 B im Laufe von zwei Stunden ein. Die Testdauer erfolgte über drei Stunden mit einer ständigen Belastung von 2600 H, die als Ergebnis vorläufiger Experimente übernommen wurde.
  • Die Temperatur und das Reibungsmoment sind alle 30 Minuten fixiert worden.
  • Es wurden Ölmuster 1, 2, 3 untersucht, die 3,6% MFK ”Serwowit” enthalten. In den Muster wurden Konzentrationen des Zusatzes ”Walena” mit 0,2, 0,4, 0,6%, verwendet. Für den Vergleich wurde ein etatmäßiges Öl M14B2 (Muster 4) geprüft, das zurzeit für das Einölen der Lokomotiv- und der Schiffsdiesel verwendet wird.
  • Die experimentalen Daten sind in den Tabellen 1–4 vorgestellt.
  • In den Tabellen sind die Abhängigkeiten des Reibungskoeffizienten und der Öltemperatur von der Testzeit bei einer Belastung von 2600 H angeführt.
  • Tabelle 1
    Figure 00060001
  • Tabelle 2
    Figure 00060002
  • Tabelle 3
    Figure 00060003
  • Tabelle 4
    Figure 00070001
  • Diese Testergebnisse der Öle (Tabellen
    Figure 00070002
    1–4) auf die Gleiteigenschaften haben gezeigt, dass bei einer Einleitung in die Ölbase M14B2 3,6% der Komposition MFK ”Serwowit”, die 0,2, 0,4, 0,6% einer metallbeplatteten Komponente enthält, der Reibungskoeffizient tatsächlich identisch war und zum Testende bis zu 0,05 gesunken ist, während bei der Anwendung eines etatmäßigen Öls M14B2 (Muster
    Figure 00070003
    4) ein Reibungskoeffizient von 0,3 gebildet ist, was tatsächlich einer trockenen Reibung entspricht, d. h. das Öl hat Schmiereigenschaften verloren.
  • Nach der Temperaturkennzahl hatten die Öle mit der metallbeplatteten Komposition eine mittlere Temperatur von 36°C (bei einer Zimmertemperatur 20°C), was 2,5-mal im Vergleich mit dem etatmäßigen Öl M14B2 niedriger ist, dessen mittlere Temperatur nach drei Teststunden 92°C erreicht hat.
  • In den durchgeführten Bedingungen der Experimente bei einer Testdauer von 180 Minuten und einer Belastung der Muster von 2600 H mit verschiedenen Ölen konnte kein Verschleiß der Teile der Friktionseinheit festgestellt werden.
  • Für die Aufspürung dieses Parameters waren die Testbedingungen verschärft: die Testdauer bis auf 6 Stunden vergrößert, die Fläche der Reibungsfläche des oberen Musters (Backen) ist 2-mal verringert, und die Belastung auf die Muster ist von 2600 H auf 3000 H erhöht, was einem spezifischen Druck von 50 MPa entspricht. Das imitiert in gewissem Maße einen Öllauf an den Stellen des tatsächlichen Kontaktes der Details.
  • Es sind auch Öltests in Bezug auf den Verschleiß der Details bei hohem spezifischen Drücken durchgeführt worden.
  • Die zweite Testetappe ist mit zwei Ölmustern – dem etatmäßigen Öl (Muster 4) und dem Öl M14B2 mit dem Inhalt von 3,6% der Komposition MFK ”Serwowit” im Laufe von 6 Stunden und einer Belastung von 3000 H durchgeführt worden. Die Veränderung des Reibungsmoments und der Temperatur sind alle 60 Minuten fixiert worden.
  • Die Testergebnisse sind in der Tabelle 5 angeführt. Tabelle 5
    Testzeit (Minuten) 60 120 180 240 300 360
    Öl M14 B2 + MFK ”Serwowit”
    Reibungsmoment (Hm) 14 11,5 10,5 9,8 9,4 9,1
    Reibungskoeffizient 0,2170 0,1782 0,1628 0,1519 0,1463 0,1411
    Temperatur (°C) 105 109 106 104 102 101
    Verschleiß –0,0006 g
  • Etatmäßiges Öl
    Figure 00080001
  • Nach den Angaben in der Tabelle 5 ist der Verschleiß der Backe mit dem etatmäßigen Öl 2-mal größer als mit dem Öl, das die ausgearbeitete Komposition enthält. Dabei waren sowohl das Reibungsmoment als auch die Temperatur mit dem etatmäßigen Öl wesentlich höher. Zum Ende eines 6-stündigen Tests waren das Reibungsmoment 2-mal und die Temperatur 1,7-mal größer als mit dem Öl, das die metallbeplattete Komposition MFK ”Serwowit” enthält. Das Muster
    Figure 00090001
    4 steht auch in Bezug auf die Temperaturstandhaftigkeit nach. Nach dem Reibungswagenanlauf hat das etatmäßige Öl in 40 Minuten gequalmt, und beim Öl mit der Komposition MFK ”Serwowit” gab es bis zum Testende keinen Rauch.
  • Es ist bekannt, dass bei einem Friktionseinheitslauf die Reibungsteile nicht vollflächig kontaktieren (sondern nur in ihren getrennten Punkten). Bei großen spezifischen Belastungen entstehen infolgedessen in der Kontaktzone hohe Temperaturen (bis zu 1000°C).
  • Das Öl, das in die Kontaktzone mit einer hohen Temperatur gerät, unterliegt einer tiefen Oxidierung und anderen physikalisch-chemischen Prozessen. Die Prozesse führen zur Bildung von schädlichen Zweitprodukten, die kanzerogene Vereinigungen (polynukleare kondensierte Kohlenwasserstoffe) enthalten können.
  • Die Konzentration solcher Stoffe verringert sich bei einer Temperaturabsenkung der Reibungsflächen. Es ist festgestellt worden, dass bei der Nutzung der metallbeplatteten Schmierstoffe eine Serwowitfolie die Reibungsflächen vor der Oxidierung schützt. Zudem erträgt die Schutzfolie hohe spezifische Belastungen, verringert den Reibungskoeffizienten und die Erwärmung der Oberflächen. Sie schützt die Reibungsflächen vor dem Verschleiß.
  • Die Bildung einer metallischen Serwowitfolie gewährleistet eine Autokompensation des Verschleißes. Sie erhöht die Kompression in den Motoren, was zu einer Kostensenkung des Brennstoffs und des Öls, einer Reduktion der Schadstoffemission bei dem Verbrennungsmotorenlauf und einer Senkung der Konzentration KO in dem Auspuffgas um das Zwei- bis Dreifache führt.
  • Der Gehalt in der entwickelten Komposition mit dem angegebenen Verhältnis der Komponenten der aktiven waschenden Komponente des Zusatzes ”Walena” und die zusätzliche Einleitung in die Komposition eines aschefreien Detergents-Dispergentszusatzes des Sukzinimidtyps versorgen die Öle mit den notwendigen Detergents-Dispergentseigenschaften.
  • So verfügt die geschaffene metallbeplattete multifunktionale Komposition über alle funktionalen Eigenschaften, die für die Versorgung der Arbeit der Motoren-, Getriebe- und Industrieöle notwendig sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Garkunow D. N. Wissenschaftliche Eröffnungen in der Tribotechnik. Der Effekt der Verschleißfreiheit. Der Wasserstoffverschleiß der Metalle. Verlag MSHA, 2004, 383 S. [0003]

Claims (5)

  1. Metallbeplattete multifunktionale Komposition für Motoren-, Getriebe- und Industrieöle mit einem Metallsalz einer organischen Säure, Fettalkohol, aromatischem Amin, Epoxidharz, Sukzinimid und 2-iminsubstituierte von Indulin, dadurch gekennzeichnet, dass die Komposition enthält (in Mass. %) metallbeplatteter öllösbarer Zusatz 6–20 Abgeleitetes von Sukzinimid 50–65 aromatisches Amin 10–20 Epoxidharz 13–18 Entschäumerzusatz 0,3–0,5,
    wobei dieser metallbeplattete öllösbare Zusatz enthält (in Mass. %): Metallsalz der organischen Säure 10–90 Metallsalz der unorganischen Säure 1,5–25 Fettalkohol 3–55 aromatisches Amin 1–8 Epoxidharz 2–10 Sukzinimidpolymer 2–8 2-iminsubstituierte von Indulin 0,5–6.
  2. Metallbeplattete multifunktionale Komposition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als aromatisches Amin Homologe von Diphenylamin verwendet ist.
  3. Metallbeplattete multifunktionale Komposition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Epoxidharz Diäthylenglykol-1, ein Produkt einer Kondensation von Epichlorhydrin mit Glykol verwendet ist.
  4. Metallbeplattete multifunktionale Komposition nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschäumerzusatz ein Polymethylsilikonentschäumerzusatz verwendet ist.
  5. Metallbeplattete multifunktionale Komposition nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komposition eine Schutzfolie mit einer Dicke von 1–2 mm bildet, die eine Autokompensation des Verschleißes der Oberflächen der Reibkontaktstellen bewirkt.
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