DD292673A5

DD292673A5 - Traenkoele fuer sintermetallgleitlager

Info

Publication number: DD292673A5
Application number: DD28475485A
Authority: DD
Inventors: Herbert Finger; Johannes Krohn; Christa Staege; Baerbel Hinze; Karl-Heinz Lippmann; Wolf Mueller; Heinz Berndt; Klaus Meyer; Klaus Wagner; Kornelia Weh
Original assignee: Zeitz Hydrierwerk
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1991-08-08

Abstract

Die Erfindung betriff Traenkoele fuer Sintermetallgleitlager kleiner Abmessungen, die vorzugsweise in elektrischen Kleinstmotoren eingesetzt werden. Die Traenkoele sollen es gestatten, die Sintermetallgleitlager mit einer Lebensdauerschmierung von mindestens 3 000 Betriebsstunden bei Gleitlagertemperaturen bis zu 150C auszustatten. Es wurde gefunden, dasz ein Gemisch bestehend aus einem Dicarbonsaeuredialkylester, einem Polyalkylenglykolpolyol, einem Polyesteralkohol, Phenyl-Beta-naphthylamin, Triarylphosphat, einer Fettsaeure und erforderlichenfalls einem polykondensationsfaehigen Dicarbonsaeure-Polyol-Komplexester ein Traenkoel fuer Sintermetallgleitlager kleiner Abmessungen ergibt, welches eine Lebensdauerschmierung von mindestens 3 000 Betriebsstunden bei Lagertemperaturen bis 150C bei geringem Verschleisz und niedrigen Reibwerten ermoeglicht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Tränköle für Sintermetallgleitlager kleiner Abmessungen, die vor allem in elektrischen Kleinstmotoren der Unterhaltungsbrariche, in der Mikroelektronik, in der Feingeräte· und Steuerungstechnik, in elektrischen Kameras, im medizinischen Apparatebau und in EDV-Anlagen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Tränköle für Gleit- und Wälzlager der Feinwerktechnik möglich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, zur Schmierung von Sintermetallgleitlagern Schmierstoffe auf Basis von Mineralölen und Syntheseölen einzusetzen. Schmierstoffe auf Mineralölbasis sind in einem Temperaturbereich von -1O⁰C bis 110^eC einsetzbar. Sie besitzen für diesen Anwendungsfall im oberen Temperatureinsatzbereich eine ungenügende Oxydationsstabilität, neigen verstärkt zur Rückstandsbildung und erfüllen insgesamt nicht die Anforderungen, die an einen solchen Schmierstoff zur Lebensdauerschmierung gestellt werden.

Synthetische Schmierstoffe bestehen vorwiegend aus Poly-Alpha-Olefinen, Silikonölen, Polyglykolen oder Carbonsäureestern.

Eine Kombination derartiger Grundöle sowie der Einsatz von Eindickern zur Verbesserung der Langzeitwirkung ist möglich. Schmierstoffe auf Basis von Poly-Alpha-Olefinen besitzen eine geringe Verdunstungsneigung und eine große chemische Beständigkeit, die eine Verwendung spezieller Typen bei Lagertemperaturen bis 14O⁰C gestatten. Poly-Alpha-Olefine in der benötigten Viskositätslage und mit den geforderten Gebrauchswertparametern sind kostenaufwendig in der Herstellung und stehen nicht immer zur Verfügung. Schmierstoffe auf Basis von Silikonölen sind bei Gleitlagertemperaturen bis 15O⁰C einsetzbar, haben aber den Nachteil, daß sie auf Grund der niedrigen Oberflächenspannung zum Kriechen neiger:. Ein Einsatz in elektrischen und elektronischen Geräten ist daher auszuschließen. Polyglykole besitzen bei Gleitlagertemperaturen bis zu 14O⁰C gute Schmiereigenschaften, führen aber häufig zu Korrosionsproblemen mit dem Gleitlagerwerkstoff, insbesondere Sinterbronze. Carbonsäureesteröle als Schmierstoffe für Sintermetallgleitlager neigen unter den Einsatzbedingungen dieser Lager durch Einwirkung des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft und katalytischer Einflüsse des Sinterlagerwerkstoffes zur Spaltung, Dabei entstehen organische Säuren, die zu Korrosionsproblemen bis hin zum Totalausfall des Gleitlagers führen. Für den Einsatz in Mikrolagern, insbesondere bei batteriebetriebenen Motoren, werden sehr niedrige Reibwerte gefordert, die sowohl von den Mineralölen als auch den Syntheseölen bei einem Langzeiteinsatz nicht erfüllt werden. Aus den dargelegten Gründen wird gegenwärtig im angeführten Anwendungsgebiet nur eine Lebensdauer von ca. 1000 bis 1500 Betriebsstunden ohne zusätzliche Schmierung bei erforderlichen Zuverlässigkeiten von größer/gleich 90% erreicht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Vränköle für Sintermetallgleitlager bereitzustellen, die es gestatten, Sintermetallgleitlager kleiner Abmessungen für elektrische Kleinstmotoren mit einer Lebensdauerschmierung bei einer hohen Zuverlässigkeit auszustatten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Tränköle für Sintermetallgleitlager zu schaffen, die ein gutes Alterungsverhalten bei hohen Temperaturen, eine geringe Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur, niedrige Reibwerte sowie einen guten Verschleißschutz, eine gute Verträglichkeit mit den metallischen Werkstoffen besitzen und unter den Beanspruchungsbedingungen von Gleitlagern aus Sintermetallen, insbesondere aus graphitierter Sinterbronze, eine Lebensdauerschmierung von mindestens 3000 Betriebsstunden bei Gleitlagertemperaturen bis zu 15O⁰C gestatten. Der Schmierstoff soll weiterhin toxikologisch unbedenklich sein und keine Geruchsbelästigung herbeiführen.

- Merkmale der Erfindung

Überraschend wurde gefunden, daß eine Kombination, bestehend aus

88,65 bis 36,3 Ma.-% eines neutralen, niederviskosen, raffinierten Dicarbonsäuredialkylesters mit einer Säurezahl von höchstens 0,10mg KOH/g und einem Flammpunkt von mindestens 18O⁰C;

10 bis 52Ma.-% eines Polyalkylenglykolpolyols mit einem Oxyethylenanteil von 6 bis 28Ma.-%, einem mittleren Molekulargewicht von 1500 bis 6000, einem Stockpunkt von höchstens -25⁰C und einem Viskositätsindex von mindestens 200; 0,5 bis 5 Ma.-% eines Polyesteralkoholes mit einem mittleren Molekulargewicht von 800 bis 2500, einer Hydroxy Izahl von 120 bis 260mg KOH/g und einer Säurezahl von höchstens 4mg KOH/g;

0,3 bis 1,2Ma.-% Phenyl-IAipha oder Beta-)Naphthylamin;

0,5 bis 5 Ma.-%Triary !phosphat und

0,05 bis 0,5Ma.-% einer langkettigen Fettsäure

alle Anforderungen erfüllt, die an ein Tränköl für Sintermetallgleitlager gemäß Aufgabenstellung gestellt werden.

Es wurde weiter gefunden, daß mit einem Zusatz von 0,2 bis 2 Ma.-% eines polykondensationsfähigen Dicarbonsäure-Polyol-

Komplexesters zu dem Tränköl für Sintermetallgleitlager die Laufzeit und die Berlastungsfähigkeit der Sintermetallgleitlager noch erhöht werden kann und dabei sehr niedrige Reibungs- und Verschleißwerte auftreten. Damit ist es erforderlichenfalls möglich, das Tränköl für Sintermetallgleitlager extremen Beanspruchungsbedingungen anzupassen.

Der neutrale, niederviskose Dicarbonsäuredialkylester besitzt eine Viskosität von 5 bis 20mmVs bei 4O⁰C, vorzugsweise jedoch von 7 bis 14mm*/s bei 4O⁰C. Bevorzugt wird Bis(2-ehtylhexyl)adipat und/oder -sebazat eingesetzt.

Als Polyalkylenglykolpolyol wird vorzugsweise ein Polyethylenpropylenglykolyol, insbesondere ein Polyethylsnpropylenglykoltriol mit einem Oxyethylenanteil von 8 bis 12Ma.-%, einem mittleren Molekulargewicht von 5000 und einer Hydroxylzahl von 32 bis 36mg KOH/g eingesetzt.

Der Polyesteralkohol wird bevorzugt aus aliphatischen C₄- bis Cg-Dicarbonsäuren und einem Gemisch von zwei- und dreiwertigen Alkoholen hergestellt und besitzt vorzugsweise eine OH-Zahl von 180 bis 220mg KOH/g und eine Säurezahl von höchstens 2 mg KOH/g.

Als Arylphosphat wird bevorzugt Trikresylphosphat verwendet. Die langkettigen Fettsäuren besitzen eine Kettenlänge im

Bereich C₎₂ bis C₂₄, vorzugsweise jedoch im Bereich C₁₆ bis Ci₈. Als polykondensationsfähige Dicarbonsäure-Polyolkomplexester

werden Methanol-Triethylenglykol- und/oder Methanol-Hexandiol-Komplexester der Adipin- und/oder Sebacinsäure,bevorzugt der Sebacinsäurehexandiolmethanol-Komplexester, verwendet. Diese Komplexester werden durch partielle

Umesterung der Dimethylester mit dem Polyol im Verhältnis 1 Mol zu 0,5MoI hergestellt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Tränköle für Sintermetallgleitlager erfolgt durch Mischen der Komponenten bei Temperaturen von 50 bis 70⁰C.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

86,9kg raffiniertes Bis(2ethy!hexyl)adipat mit einer Säurezahl von 0,03 mg KOH/g, einer Viskosität von 8,3mmVs bei 4O⁰C und einem Flammpunkt von 202⁰C werden mit 10,5kg Polyethylpropylenglykoltriol, das einen Oxyethylenanteil von 8,8Ma.-%, ein mittleres Molekulargewicht von 2400, eine Hydroxylzahl von 52 mg KOH/g und einen Stockpunkt von -35°C besitzt, 1 kg

Polyesteralkohol, hergestellt aus Adipinsäure, Neopentylglykol und Glycerin, das eine Hydroxylzahl von 188 mg KOH/g und eine

Säurezahl von 2,1 mg KOH/g aufweist sowie mit 1 kg Tricresylphosphat, 0,5 kg Phenyl-Beta-Naphthylamin und 0,1 kg technischer Stearinsäure bei Temperaturen von 70⁰C intensiv gemischt.

Das erhaltene Produkt ist ein vorzügliches Tränköl für Sintermetallgleitlager kleiner Abmessungen. Die gebrauchswertbestimmenden Kennwerte sind in Tabelle 1 angeführt. Das Produkt wurde in Testgruppen mit zehn und mehr Kleinstmotoren mit getränkten Sintermetallgleitlagern auf die erreichbare Betriebsdauer geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 enthalten. Zum Vergleich wurden Kleinstmotoren, deren Lager mit einem Tränköl auf Mineralölbasis bzw. auf Syntheseölbasis versehen wurden, getestet. Das synthetische Tränköl des Standes der Technik galt bisher als besonders geeignet für derartige Anwendungsfälle.

Die Ergebnisse in Tabelle 2 weisen deutlich die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung aus. Die angegebenen Warte für dia Stromaufnahme sind bei dem verwendeten Motortyp dem Reibungsmoment direkt proportional.

Der Verschleiß der mit dem Öl dieses Beispieles getränkten Sintermetallgleitlager betrug nach 3000 Betriebsstunden 0,033mg/ mm².

Beispiel

67,1 kg raffiniertes B.s(2 ethylexyl)sebazat mit einer Säurezahl von 0,07 mg KOH/g, einer Viskosität bei 40°C von 12,1 mmVs und einem Flammpunk' von 218⁰C werden mit 22kg Polyethylenpropylenglykoltriol, dessen Oxyethylenanteil 26Ma.-% bei einem mittleren Molekulargewicht von 5500, einer Hydroxylzahl von 31 mg KOH/g und einem Stockpunkt von —28°C beträgt, 4,5kg Polyesteralkohol hergestellt aus Azelainsäure, Propylenglykol und Glycerin, der eine Hydroxylzahl von 248 mg KOH/g, eine Säurezahl von 3,12mg KOH/g und ein mittleres Molekulargewicht von 1800 aufweist, sowie mit 5kg Tricresylphosphat, 1 kg Phenyl-Beta-Naphthylamin und 0,4kg Stearinsäure bei 60⁰C intensiv gemischt.

Die gebrauchswertbestimmenden Kennwerte sind in Tabelle 1 enthalten. Die Ausprüfung des Tränköles analog Beispiel 1 ergab selbst nach 3000 Betriebsstunden niedrige Stromaufnahme und einen Verschleiß der Lager von nur 0,014mg/mm².

Beispiel 3

Dem nach Beispiel 1 hergestellten Tränköl für Sintermetallgleitlager wird 1 Ma.-% Adipinsäure-Ti iethylenglykol-Methanol-Komplexester zugesetzt. Dieser wird durch partielle Umsetzung eines Ad'pinsäuredimethylesters in Anwesenheit einer organischen Titanverbindung als Katalysator, Ausblasen im Inertgasstrom und anschließende Vakuumdestillation hergestellt. Der destillierte Komplexester hat eine mittlere Molmasse von 230g/mol und einen Siedepunkt von 75°C bei 66Pa. Die Austestung desTränkölos analog Beispiel 1 ergab nach 3000 Betriebsstunden einen Verschleiß der Lager von 0,017 mg/mm² und niedrige Werte der Stromaufnahme, so daß das Verschleißverhalten des Produktes nach Beispiel 1 noch beträchtlich verbessert wird.

Beispiel 4 Dem nach Beispiel 2 hergestellten Tränköl für Sintermetallgleitlager wird 1 Ma.-% Sebaciiisäure-Hexandiol-Methanol-

Komplexester zugemischt.

Der Komplexester wird durch partielle Umesterung von 0,5MoI Sebacinsäuredimethylester mit 1 Mol Hexandiol-(1,6) und 1 mol Tetrabutylorthotitanat als Katalysator bei 140°C hergestellt. Das freiwerdende Methanol wird im Inertgasstrom ausgetragen und das verbleibende Produkt destillativ aufgearbeitet. Der Komplexester siedet bei 66Pa bei 98⁰C und hat eine osmometrisch bestimmte Molmasse von 300g/mol. Bei der Austestung entsprechend Beispiel 1 ergaben sich mit diesem Produkt Laufzeiten von 3000h und sehr geringe Stromaufnahmen, der Verschleiß lag bei 0,015mg/mm².

Beispiel 5

48,0kg raffiniertes Bis(2ethylhexyl)adiapt mit einer Säurezahl von 0,03 mg KOH/g, einer Viskosität von 8,3mmVe bei 4O⁰C und einem Flammpunkt von 202⁰C werden mit 46kg Polyethylenpropylenglykoltriol, das einen Oxyethylenanteil von 22Ma.-% bei einem mittleren Molekulargewicht von 5000, einer Hydroxylzahl von 35mg KOH/g und einem Stockpunkt von -31 "C besitzt, 2 kg Polyesteralkohol, hergestellt aus Adipinsäure, Neopentylglykol und Glycerin, der eine Hydroxylzahl von 216mg KOH/g und eine Säurezahl von 1,12mg KOH/g aufweist, sowie mit 3kg Tricresylphosphat, 0,8kg Phenyl-Alpha-Naphthylamin und 0,2kg technischer C_u- bis C₂₂-Fettsäure bei Temperaturen von 7O⁰C intensiv gemischt.

Das erhaltene Produkt ist ein vorzügliches Tränköl für Sintermetallgloitlager kleiner Abmessungen. Die gebrauchswertbestimmenden Kennwerte sind in Tabelle 1 angeführt.

Tab. V. Physikalisch-chemische Kennwerte

Kennwerte	(g/cm³)	Bsp.1	(mmVs)	9	Produktenach	Bsp. 5	Produkte des Standes d. Technik	9	(mA)	Beispiel 3	)	Beispiel 4	9	I	Produkte d. St. d.	Mineralöl	T.
		0,952	(%)		Bsp. 2	0,978	synthetisches Öl		37	(mA		(mA)		Mineralöl	_	synthetisches Öl
Dichte b. 2O⁰C	(mmVs)		(%)	14,3	0,971 ·		_	51,5	36	39		33	12,4	(mA)		(mA)
Viskosität b.		21,8		0,16		70,5		0,11	38	39		32	0,49	60	43,0	32
4O⁰C	(mmVs)		0	44,2		12,2	0	38	41		32	0	60		29
Viskosität b.		13,3			50,2		Tab. 2: Abhängigkeit der Stromaufnahme von der Laufzeit bei Kleinstelektromotoren	38	41		33	62	21,0	30
50⁰C	<°C)	212,5		28,1	222	9,2	Laufzeit Produkt nach	38	46		33	62	129	32
Vl	(⁰C)	-65		221	-56	125	(h) Beispiel 1 Beispiel 2	39	44		33	58	-35	33
Stackpunkt	(%)	206		-65	209	-70	(mA)	39	44		34	75	215	56
Flammpunkt		0,02		224	0,03	230	250 47	39	46		33	11	0,26	1)
Ramsbottomtest	(mgKOH/g)	1		0,01	1	0,22	500 43	48	44		35		2
Farben. Ostwald		0,21		1	0,31	2	750 44		49		38		0,46
NZ	(%)			0,35		0,31	1000 47
Zentrifugen		0			0		1250 50		0
schlamm	Kennwerte nach 72stündiger Alterung bei 15O⁰C, 5I		O	O	1600 48
	(Fe, Cu, Messing)		Luft/h, Anwesenheit katalytischer Metalle	1750 50
	Farbe n. Ostwald			2000 51		9
Viskosität b.			2250 51
5O⁰C			3000 55		26,7
Ramsbottomtest				0,50
Zentrifugenschlamm			1,40


	9

29,3
0,15
0

1 Versuche wegen Überschreiten vorgegebener Grenzwerte abgebrochen.

Claims

1. Tränköle für Sintermetallgleitlager auf der Basis von Dicarbonsäureester^ gekennzeichnet dadurch, daß sie aus

88,65 bis 36,3Ma.-% eines Dicarbonsäuredialkylesters,

IO bis 52Ma.-% eines Polyalkylenglykolpolyols,

0,5 bis 5Ma.-% eines Polyesteralkohols,

0,3 bis 1,2 Ma.-% Phenyl-(Alpha oder Beta)-Naphthylamin,

0,5 bis 5Ma.-% Triarylphosphat und

0,05 bis 0,5 Ma.-% einer Fettsäure

bestehen und erforderlichenfalls zusätzlich 0,2 bis 2 Ma.-% eines polykondensationsfähigen Dicarbonsäure-Polyol-Komplexesters oder eines Gemisches derartiger Komplexester enthalten.

2. Tränköle nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus

88,65 bis 36,3Ma.-% eines neutralen, niederviskosen, raffinierten Dicarbonsäuredialkylesters mit einer Viskosität bei 40⁰C von 5 bis20mm²/s, einer Säurezahl von höchstens 0,10 mg KOH/g und einem Flammpunkt von mindestens 180°C;

10 bis 52Ma.-% eines Polyalkylenglykolpolyols mit einem Oxyethylenanteil von 6 bis 28Ma.-%, einem mittleren Molekulargewicht von 1500 bis 6000, einer Hydroxylzahl von 28 bis 52 mg KOH/g, einem Stockpunkt von höchstens -25⁰C und einem Viskositätsindex von mindestens 200; 0,5bis5Ma.-%eines Polyesteralkohols mit einem mittleren Molekulargewicht von 800 bis 2500, einer Hydroxylzahl von 120 bis 260mg KOH/g und einer Säurezahl von höchstens 4mg KOH/g; 0,3 bis 1,2Ma.-% Phenyl-Beta-naphthylamin;

0,5 bis b Ma.-% Triarylphosphat und

0,05 bis 0,5Ma.-% einer langkettigen Fettsäure bestehen.

3. Tränköle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Dicarbonsäuredialkylester

technisches Bis (2 ethylhexyl) adipat und/oder-sebazat enthalten ist.

4. Tränköle nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Dicarbonsäuredialkylester eine Viskosität von 6 bis 14mm²/s bei 40⁰C besitzen.

5. Tränköle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als Polyalkylenglykolpolyol ein Polyethylenpropylenglykolpolyol mit einem Oxyethylenanteil von 8 bis 12 Ma.-%, einem mittleren Molekulargewicht von 5000 und einer Hydroxylzahl von 32 bis 36 mg KOH/g enthalten ist.

6. Tränköle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Polyalkylenglykolpolyol Polyethylenpropylenglyoltriol enthalten ist.'

7. Tränköl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß als Triarylphosphat

Trikresylphosphat enthalten ist.

8. Tränköle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß als Fettsäure eine Fettsäure der Kettenlänge Ci₂ bis C₂4 enthalten ist.

9. Tränköle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß als polykondensationsfähige Komplexester Sebacinsäure-Hexandiol-Methanol-Komplexester und/ oder eine Kombination desselbigen mit Adipinsäure-Triethylenglykol-Methanol-Komplexester enthalten ist.

10. Tränköle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Komplexester im Mittel auf einen Dicarbonsäurerest einen Methanol- und einen Polyolrest enthalten.

11. Tränköle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Komplexester durch partielle Umesterung aus den Dimethylestern gewonnen werden.