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Istvan Berenyi, 5 Köln 1, Maastricher Str. 23 und Rolf W. Gerling,
5 Kolben 1-, Maastricher Str. 21-23
Verfahren zur Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades von als Brennstoffe verwendeten
Kohlen und Kohlenwasserstoffen Die Erfindung betrifft für Schmierstoffe bestimmte
neue Zusätze von verhältnismäßig einfacher Zusammensetzung, die überaus wirksame
Detergenteigenschaften und verbesserte Schmiereigenschaften sowie verbessertes Abdichtvermögen
in sich vereinigen, ohne daß eine Eigenschaft die andere nachteilig beeinflußt.
Die Wirkungsweise der Zusätze gemäß der Erfindung ist noch nicht völlig geklärt,
;jedoch scheinen sie nach dem Prinzip der Umkehrbarkeit wirksam zu sein, d.h0 in
Abhängigkeit von den örtlichen Betriebsbedingungen in der in Frage kommenden Umgebung,
z0B. in - einem Innenverbrennungsmotor, sind die Detergentwirkungen, Schmier- und
Abdichteigenschaften unter sich ändernden Bedingungen reversibel. Mit anderen Worten,
die Schmier-, Detergent- und Abdichteigenschaften ändern sich mit dem physikalischen
Zustand der Betriebsumgebung, der Temperatur, dem Druck und den auf die Medien ausgeübten
Scherkräften, den jeweiligen geschmierten Teilen und der Toleranz zwischen den Teilen.
Jede dieser drei erwünschten Eigenschaften wird in Abhängigkeit von den Betriebabedingungen
in örtlich optimierter Höhe gehalten. Bei verschiedenen Bedingungen werden Einstellungen
auf die optimalen Schmier-, Detergent- und Abdichtwirkungen durch die Betriebsbedingungen
selbzt, z.B. Geschwindigkeit, Drucke,
Temperaturen und Reibungsgrad
der bewegten Teile, erreicht.
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Im Schmiersystem, das den Zusatz gemäß der Erfindung enthält, werden
der Zusatz und das Öl im allgemeinen bei einer niedrigen Grundviskosität mit hohem
Eindringvermögen gehalten, wobei jedoch die Schmierviskosität und die Konsistenz
sich ändern und sich je nach den auftretenden Betriebsbedingungen von selbst optimal
einstellen.
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Der Schmierstoffzusatz gemäß der Erfindung besteht aus einem als Bindemittel
oder Träger dienenden Kohlenwasserstoff in Form eines Gemisches von aliphatischen,
cycloaliphatischen, olefinischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und bekannten
synthetischen organischen, organischanorganischen oder anorganischen Schmiermitteln,
aliphatischen, olefinischen und aromatischen Alkoholen und Fettsäuren und ihren
Metallsalzen.
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Das Bindemittel macht 10 bis 90%, vorzugsweise 40 bis 90 Gew.- des
Zusatzes aus. Die aromatischen Kohlenwasserstoffe im Bindemittel machen vorzugsweise
0 bis 15 GewX des Zusatzes aus, wobei 5 Gew.-% besonders bevorzugt werden. Als aromatische
Kohlenwasserstoffe werden solche der Benzol-und Naphthenreihe bevorzugt,wobei Benzol
selbst besonders bevorzugt wird. Das Bindemittel besteht grundsätzlich aus mineralischen,
d.h. Erdöl- und Kohledestillaten, tierischen Ölen und Pflanzenölen, z.B. Rizinusöl,
und bekannten synthetischen organischen Ölen, d.h. Glykolestern, Alkylglykolen und
organisch-anorganischen Ölen, d.h. Siliconölen, z.B. Tetraäthylsilan, und Gemischen
dieser oele.
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Als Alkoholbestandteil des Zusatzes werden aliphatische, olefinisobe
und aromatische Alkohole und ihre Gemische verwendet, wobei die Alkohole 2 bisis
C-Atome enthalten.
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Der Alkohol macht 5 bis 30 Gew.-% des Zusatzes aus.
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Die Pettsäuron und/oder anderen Netalisalze und ihre Gemische
weruen
aus gesattigten und ungesättigten Fettsäuren mit 2 bis 27 C-Atomen, vorzugaweise
15 bis 27 C-Atomen, insbesondere 15 bis 18 C-Atomen, ausgewählt. Das Metallkation
des Salzes hat eine Wertigkeit von 1 bis 4. Die Fettsäuren oder ihre Metallsalze
machen 5 bis 85 Gew.
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des Zusatzes aus.
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Der Zusatz wandelt die Newtonschen Öle des Bindemittels sowie diejenigen
des Schmieröls im System, dem das Additive zugesetzt wird, in nicht-Newtonsche Öle
um.
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Von den Fettsäuren werden Palmitate, Oleate- und Stearate bevorzugt.
Als Beispiele geeigneter Metallkationen sind Metallkationen von Natrium, Lithium,
Aluminium, Blei und Cadmium zu nennen. Die Salze der Fettsäuren werden in den Trägerölen
zu Beginn der Herstellung des Additives gelöst oder dispergiert.
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Als weiterer Bestandteil wird in den Zusätzen gemäß der Erfindung
wahlweise, aber vorzugsweise ein Oxydationsbeschleuniger (oxidation promoter) oder
-katalysator, z.B.
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Nitromethan, in einer Menge von 0 bis 12, vorzugsweise 1 bis Di0,
insbesondere 1% verwendet.
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Ferner werden wahlweise anorganische Hochleistungsschmierstoffe, z.B.
Molybdänsulfid, Titandioxyd und Titanchlorid, verwendet. Diese Stoffe können in
Mengen von 0,5 bis 15 Gew.-* zugesetzt werden. Als Metallkationen können in diesen
Verbindungen beispielsweise solche von Magnesium, Nickel, Titan und Molybdän verwendet
und in Form von Palmitaten, Stearaten, Oleaten, Naphthenaten, Chloriden, Nitraten,
Oxyden, Sulfiden und Phosphaten zugesetzt werden.
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Ebenfalls wahlweise werden in Mengen von 0,5 bis 15 Gew.-* kolloidale
ispersionen von Absorptionsmitteln, z.B.
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Titandioxyd und/oder Siliciumdioxyd, verwendet, die Ölmoleküle sowohl
aus dem Träger oder Bindemittel des Additives als auch aus dem System, dem das Additive
zugesetzt
wird, absorbieren und hierdurch den nachstehend beschriebenen
Umwandlungsprozess fördern und beschleunigen.
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Es wird angenommen, daß die sich selbst optimierende Kombination von
Detergent-, Abdicht- und Schmierwirkungen des Schmierstoffzusatzes gemäß der Erfindung
durch die Gleichgewichte erzielt wird> die zwischen den Alkoholen und Kohlenwasserstoffen
mit Aldehyden und Säuren auf Grund eines Oxydations-Reduktionsprozesses, der während
der Temperaturwechselbehandlung und unter den Druckbedingungen während der Herstellung
und des Gebrauchs des Zusatzes stattfindet, eingesetellt werden. Es wird angenommen,
daß die folgenden Gleichgewichtsreaktionen stattfinden: Kohlenwasserstoffe + Alkohole
Aldehyde + Säuren Alkohol + Säure Aldehyd + Sauerstoff
Ester Säure Aldehyd + Waserstoff
Alkohol Die Aldehyde bilden bei Anlagerung von Sauerstoff Säuren und bilden sich
bei Anlagerung von Wasserstoff in die Alkohole zurück, und durch die Reaktion der
Alkohole mit den Säuren werden schmierfähige Ester gebildet. Die aliphatischen,
aromatischen und olefinischen schmierfähigen Kohlenwasserstoffe bilden mit den Alkoholen
sowohl einen Detergenteffekt als auch einen Schmiereffekt aus0 Durch Bemessen der
Anteile der Bestandteile können die Detergent-, Schmier- und Abdichteffekte abgeschwächt
oder verstärkt werden.
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Wenn ein Alkohol im Überschuss gebildet wird, reagiert er mit den
organischen Säuren unter Bildung von Estern, die gute Schmierstoffe darstellen und
die Schmier- und Abdichteffekte verstärken.
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Der Sättigunesgrad der hochmolekularen organischen Säuren und der
Oxydationsgrad beeinflussen sowohl die Schmiereigenschaften
als
auch die Dichteigenschaften. Je höher der Sättigungsgrad2 deho der Reduktionsgrad,
um so stärker ist der Schmier- und Dichteffekt, und je höher die Ungesättigtheit
und der Alkoholgehalt, um so stärker ist die Detergentwirkung.
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Die Gesamtmischung, die erhalten wird, wenn der Zusatz gemäß der Erfindung
mit rein Newtonschen Schmierölen gemischt wird, enthält nichtnewtonsche Öle, die
als Träger oder Dispergiermittel dienen und aus reinen olefinischen und/oder aliphatischen
oder aromatischen Mineralölen mit oder ohne zugesetzte Pflanzen;ilv oder tierische
Öle und mit oder ohne Syntheseöle mit Viskositäten bestehen und im Bereich von SAE
5 bis 140 liegen. Der Träger enthält 10 bis 90 des Zusatzgemisches0 Das Gewichtsverhältnis
von Kohlenwasserstofföl zu Syntheseölen im Träger variiert von 90:10 bis 100900
Der Grad de Abdict-9 Reinigungs- oder Schmiereffekte hängt sowohl von den oben genannten
Mengenverhältnissen der Ausgangsstoffe als aucb von der Temperaturwechsel-und Druckbehandlung
bei der Herstellung (preparatory heat cycling and pressure) ab. Je länger die Dauer
der Temperaturwechselbehandlung und je höher die Temperatur und der Druck sind,
um so ausgeprägtere Schmier- und Dichteioenschaften hat das Endprodukt, und umgekehrt
liegt die Betonung auf Reinigungswirkung und leichter Schmierung, je schwächer die
Temperaturwechsel und Druckbehandlung ist.
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Der Schmierstoffzusatz gemäß der Erfindung wird wie folgt hergestellt:
Die Fettsäuren und/oder die Metallsalze der Fettsäuren werden in dem als Träger
dienenden Kohlenwasserstoff dispergiert oder geschmolzen und dann mit dem Kohlenwasserstoff
gemischt. Die erhaltene Dispersion wird dann einer Wärmebehandlung unter den nachstehend
genannten Bedingungen in Bezug auf Zeit, Temperatur und Druck unterworfen und gekühlt,
worauf die anderen Bestandteile zugesetzt
werden, oder die übrigen
Bestandteile werden nach dem Vermischen der Fettsäure oder ihrer Salze mit dem Träger
zugesetzt.
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Wie bereits erwähnt, werden durch Anwendung höherer Temperaturen und
Drucke und längerer Temperaturwechselbehandlungen zunächst schwerere Konsistenzen
ausgebildet und zähere Mischungen erhalten.
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Bei der Herstellung des Additives gemäß der Erfindung werden die Metallsalze
bei Temperaturen von 50 bis 4380C, vorzugsweise von 27 bis 25700, insbesondere bei
930C, geschmolzen oder dispergiert. Während der gesamten Herstellung wird der Druck
bei 1 bis 30 Atm., im allgemeinen bei 1 bis 10 Atm. gehalten. Nach dem Schmelzen
der Metallsalze der Fettsäuren stellt man die Temperatur auf 38 bis 260°C, vorzugsweise
auf einen Wert im Bereich von 38 bis 121°C ein9 setzt die Bestandteile des Trägers
zu und hält 5 Mit nuten bis 12 Stunden, vorzugsweise 15 Minuten bis 4 Stunden, insbesondere
1 Stunde bei dieser Temperatur0 Das Gemisch wird dann wahlweises jedoch vorzugsweise
zwischen einer Temperatur von -1 und 26000, vorzugsweise von 38 und 149°C9 insbesondere
von 79 bis 104°C 30 Minuten bis 6 Stunden9 vorzugsweise 1 Stunde hin- und hergeführt0
Während dieser Zeit werden etwa 2 bis 25 Zyklen vollendet, wobei 5 Zyklen bevorzugt
werden0 Das Material wird dann im allgemeinen auf Raumtemperatur gekühlt, worauf
die restlichen Bestandteile zugemischt werden.
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Der Schmierstoffzusatz gemäß der Erfindung wird mit üblichen Schmierölen
in Mengen von 3 bis 95 Teilen pro 100 Gew.-Teile Schmieröl verwendet. In den meisten
Fällen genügt die Zugabe von etwa 0,47 1 zum Kurbelgehäuse eines Automotors, um
die gewünschte Reinigungs-, Schmier- und Abdichtwirkung zu erzielen.
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Es wurde gerunden, daß durch Einführung von 0,5 bis 5% des mit Krartstoff
gemischten Zusatzitoffs in die oberen
Zylinder außerdem die Leistung
des Motors gesteigert wird.
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Reines Öl ist ein Newtonsches Öl. Es wird dünner wenn es erhitzt wird.
Alle Newtonschen Öle werden nach ihrer bei 2500 (770F) gemessenen Viskosität mit
einer SAE-Nummer eingestuft. Beispielsweise bedeutet ein Öl vom Gewicht 30 (30 weight
oil) dieSAE-Viskositäts-Nummer 30 bei 25°C.
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Wenn jedoch Newtonsches Öl im Motor erhitzt wird, wird es dünner und
die Schmierfähigkeit des Öls wird schlechter0 Dieses unerwünschte Verdünnungsverhältnis
spiegelt sich im "Viskositätsindex"als Norm wider, die von A.S.T.M., S.A.E.
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und vielen anderen Organisationen anerkannt ist.
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Bei den Newtonschen reinen, nicht modifizierten Ölen stellt die absolute
oder kinematische Zähigkeit den Widerstand gegen die Strömung dar und ist eine direkte
Funktion der Konsistenz, die das Maß der relativen Härte, gemessen durch ihre nahezu
reziproke Funktion der "Penetration", darstellt.
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Kinematische Zähigkeit -- f.Konsistenz 1 Penetration Nichtnewtonsche
oder modifizierte Öle, die Mehrbereichsöle sind, werden im Gegensatz zu den reinen
Ölen dicker, wenn sie erhitzt werden, und dünner, wenn sie gekühlt werden0 Ferner
werden sie nicht bei 2500, sondern bei 0°C und 100°C klassifiziert.Beispielsweise
hat ein Öl SAE 10W-30 eine Viskositätszahl von 10 bei 0°C und von 50 bei 100 C.
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Diese Einstufung entspricht in Wirklichkeit einem reinen Öl der SAE
In. 10 bei 0°C und einen reinen Öl der SAE Nr. 50 t i i 100°C. Diese Ausbildung
der umgekehrten Wirkung in M@hrbereichsölen hat den Zweck, einen Verlust von Schmiervermögen
im laufenden Motor zu vermeiden.
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Versuche haben jedoch ergeben, daß die Schmierfähigkeit des Öls trotz
der stärker erhöhten Dicke bei höheren Temperatureii tatsächlich nur geringfügig
verbessert
wird.
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Die American Societyfor Testing and Materials (ASTM) definiert die
Viskosität" als den Fließwiderstand einer Flüssigkeit, Viskosität ist somit ein
Maß des kombinierten Effekts der Adhäsion und Kohäsion = Dicke einer Flüssigkeit.
Nach der Definition der Viskositätswissenschaftler (Saybolt, Poiseuille usw.) ist
die Viskosität einer Substanz die Scherfestigkeit eines Flüssigkeitsfilms, der zwei
Oberflächen trennt. Die effektive Viskosität wird in Poise gemessen. Poise ist die
in Dyn gemessene Kraft, die erforderlich ist, um 1 cm2 einer ebenen Oberfläche mit
einer Geschwindigkeit von 1 cm/Sek. zu bewegen, wähtrend der Film zwischen den beiden
Oberflächen 1 cm dick ist. Somit ist scheinbare Viskosität = Schubspannung (shear
stress) Schubgeschwindigkeit <shear rate) Die Scherspannung wird definiert als
die Kraft, die erforderlich ist, um eine bestimmte konstante Geschwindigkeit über
dem gegebenen Reibungsbereich zu erzeugen. Diese Definition kann durch die folgende
Gleichung ausgedrückt werden: erforderliche Kraft Schubspannung = Reibungsfläche
Die Schubgeschwindigkeit wird definiert als die Geschwindigkeit, die über der Dicke
des olfilms erforderlich ist (oder angewandt wird). Dieser Ausdruck kann in Form
der folgenden Formel geschrieben werden: Schubgeschwindigkeit ~ erreichte konstante
Geschwindigkeit Dicke des Schmierölfilms Gemäß dieser Wechselbeziehung ist die scheinbare
Viskosität umgekehrt proportional der Dicke des Schmierfilme und direkt proportional
der erreichten konstanten Gleitgeschwindigkeit unter identischen Bedingungen in
Bezug auf
ausgeübte Kraft und Reibungsfläche.
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In nichtnewtonschen Ölen ist die Dicke des Schm;ierfilms nicht nur
die Funktion der reinen Konsistenz noch ungefähr eine gleiche Funktion seiner kinematischen
Zähigkeit.
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Diese Gleichartigkeit des Verhaltens gilt nur bei gleichen konstanten
Ueschwindigkeiten der Newtonschen Flüssigkeiten.
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Bei allen reinen Newtonschen Ölen ist die effektiveViskosität oder
die Dicke des Öls bei allen Schubgescbwindigkeiten bei einer gegebenen Temperatur
konstant. Nichtnewtonsche Öle, doh. Mehrbereichsöle, haben eine Viskosität, die
nicht wie bei den Newtonschen Ölen bei allen Schubgeschwindigkeiten konstant ist,
sondern eine Viskosität, die sich mit ändernder Schubgeschwindigkeit und Schubspannung
ändert.
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Das SAE Yearly Handbook (1972) nennt drei verschiedene Arten von Viskositäten:
effektive Viskosität (als Funktion des kombinierten Effekts von molekularer Kohäsion
und Adhäsion des Schmiermittels), Schmierfähigkeit des Öls, scheinbare Viskosität
(apparent viscosity), d.h. die Dicke des Öls, die der Motor feels, und die temporäre
Viskosität, d,h, die Eigenschaft des Öls, seine Viskosität unter sich ändernden
Bedingungen der Temperatur, des Drucks, der Scherkräfte usw. zu verändern.
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Durch Zugabe des Additives gemäß der Erfindung zu Newtonschem Öl wird
dieses sofort zu einem nichtnewtonsohen Öl gemacht. Daher kann auf die Gleichung
von Poiseuille zurückgegriffen werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß für nichtnewtonsohe
Flüssigkeiten die in der Formel genannte Viskosität tatsächlich die scheinbare Viskosität
ist, wie sie im SAE-Handbook definiert wird. Ferner zeigt die Formel, daß die scheinbare
Viskosität eina reziproke Funktion der Schmierfähigkeit der Flüssigkeit ist. Der
Grund liegt darin, daß bei einem nichtnewtonschen Öl die Viskosität kein konstantes
Schergesobwindigkeitsverhältnis
hat wie bei Newtonschen Ölen. Mit
steigender Schergeschwindigkeit wird vielmehr die Viskosität geringer, und umgekehrt
steigt die scheinbare Viskosität mit sinkender Schergeschwindigkeit. Diese reziproke
Funktion der scheinbaren Viskosität und der effektiven Viskosität kann wie folgt
geschrieben werden: Scheinbare Viskosität = 1 effektive Viskosität Die volle Formel
von Poiseuille kann wie folgt ausgedrückt werden: erforderliche Kraft Scheinbare
Viskosität Reibungsfläche oder wahrer Schmier- = Geschwindigkeit wirkungsgradindex
Dicke des Bei nichtnewtonschen modifizierten Ölen werden die scheinbare Viskosität,
die Dichte und die Konsistenz zu einer komplexeren Funktion der Schubspannung und
Schubgeschwindigkeit.
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Scheinbare Viskosität =Schubspannung Schubgeschwindigkeit wobei Schubspannung
= ausgeübte Kraft Reibungsfläche ferner erreichte konstante Geschwindigkeit Scher
R te = Dicke des Schmierfilms (Sbear) Eine Betrachtung dieser Formel zeigt, was
geschieht, wenn ein Additive, das Polymerisate, die das Öl verdicken, und/ oder
Kautschuk-Isobutane (rubber isobutanes) oder ähnliche klebrige Substanzen enthält,
mit dem Öl in das Kurbelgehäuse oder in die Verbrennungskammer eingeführt wird.
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Zunächst wird die Dicke des Ölfilms sowie die Kohäsion des Öls oder
der brennbaren Kohlenwasserstoffe erhöht, d.h.
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die scheinbare Dichte (Fließwiderstand) steigt. Dies bedeutet,
daß
die Schubgeschwindigkeit stark verringert wird, wenn die gleiche Kraft wie vor der
Einführung des Additives ausgeübt wird. Eine verringerte Schubgeschwindigkeit kann
eines von zwei Ergebnissen haben: Wenn die ausgeübte Kraft die gleiche ist, TVird
die Bewegungsgeschwindigkeit der geschmierten Flächen geringer und die Verdräng&ngsgeschwindigkeit
der bewegten Teile wird kleiner, und dies bedeutet, daß der Motor bei Aufnahme der
gleichen Kraft langsamer läuft. Wenn nun eine erhöhte Kraft ausgeübt wird, um den
Motor wieder auf die gleiche Drehzahl zu bringen, steigt die Schubspannung, und
dies führt zu erhöhter Hitzebildung des Motors, stärkerer Reibung einschließlich
der intermolekularen Reibung des Schmierstoffs selbst, verstärktem Verschleiß der
Teile und verkürzter Lebensdauer des Motors.
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Das Additive gemäß der Erfindung bewirkt eine Erniedrigung der scheinbaren
Viskosität durch Verringerung der Dicke und der intermolekularen Reibung des Ölfilms
im Motor sowie eine Verringerung der Kohäsion des Öls, obwohl es äußerst wichtig
ist, zu berücksichtigen, daß die effektive Viskosität oder die Schmierfähigkeit
stark verbessert wird, und zwar nicht nur um einige Prozent, sondern um ein Mehrfaches.
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Diese verminderte Dicke des Ölfilms und verminderte Kohäsion hat eine
erhöhte Schubgeschwindigkeit der bewegten Teile bei gleicher ausgeübter Kraft zur
Folge. Daher ist weniger Kraft erforderlich, um die gleiche Motorendrehzahl zu erreichen,
und dies bedeutet, daß die Schubspannung verringert und die nachteilige mechanische
Verschlechterung des Schmiermittels selbst herabgesetzt wird. Hierdurch wird wiederum
der Verschleiß an den Teilen vermindert, die Betriebstemperatur des Motors gesenkt
und inagesamt die Lebensdauer des Motors verlängert. Wenn jedoch die ursprüngliche
Kraft ausgeübt wird, würde dies bedeuten, daß der Motor tatsächlich schneller läuft.
Die Zugabe des Additives gemäß der Erfindung zu dem Motor oder Kraftstoff
eines
Motors kann eine erhöhte Leistungsabgabe bewirken.
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Dies wurde nicht nur theoretisch, sondern auch dynamometrisch sowie
auf der Rennstrecke nachgewiesen, wo Wagen mit und ohne Zusatz in Viertelmeilen-Beschleunigungstests
(400 m) geprüft wurden. In jedem Fall war die Zeit, die der Wagen für die Strecke
von 400 m benötigte, kürzer und die Endgeschwindigkeit höher, ein Beweis, daß der
Motor mehr effektive Pferdestärken leistete. Der Anstieg der effektiven Pferdestärkenleistung
ist nicht nur auf die verbesserte Schmierung, sondern auch auf die verbesserte Dichtung
von Kolben, Ringen usw. zurückzuführen. Beispielsweise ist die Kompression erhöht
und der Verbrennungsprozess vollständiger und wirksamer, so daß gleichzeitig weniger
Luftverunreinigungen erzeugt werden. Der optimale Effekt wird erzielt, wenn das
Additive sowohl auf der Kurbelgehäuseseite des Kolbens als auch auf der Verbrennungskammerseite
des Kolbens durch Zugabe zum Kraftstoff zugesetzt wird.
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Eine weitere Betrachtung der Formel für die scheinbare Viskosität
zeigt, wie die Zugabe des Additives gemäß der Erfindung zum Motorenöl dessen Schmierfähigkeit
verbessert. Es wurde gezeigt, daß sowohl bei Newtonschen Ölen als auch bei nichtnewtonschen
Ölen, die durch Zusatz des Additives gemäß der Erfindung modifiziert worden sind,
die scheinbare Viskosität eine umgekehrte Funktion der effektiven Viskosität ist.
Wenn die Kraft, die für die zrzeugung einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit
erforderlich ist, und die Reibungsfläche bei verringerter Dicke des Ölfilms gleioh
bleiben, nimmt die Geschwindigkeit der bewegten Teile zu. Dies beweist, daß eine
stärkere Schmierung stattfindet. So erhöht das dem Öl zugemischte Additive gemäß
der Erfindung die Sohmierfähigkeit des Öls oder die effektive Viskosität und erniedrigt
die scheinbare Viskosität des Öls. Ein zusätzlicher Effekt einer Erhöhung der effektiven
Viskosität (der wahren Schmierfähigkeit
) besteht darin, daß der
Motor kühler und mit weniger Reibung und Beanspruohung laufen kann. Wenn jedoch
die gleiche Kraft, wie sie vor der Zugabe des Additives gemäß der Erfindung vorhanden
war, ausgeübt wird, läuft der Motor schneller, weil die scheinbare Viskosität (Fließwiderstand)
des Öls verringert worden ist.
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Das Additive gemäß der Erfindung hat außerdem die vorteilhafte Eigenschaft
der temporären Viskositätsänderung. Dies bedeutet, daß das Öl in Kombination mit
dem Additive gemäß der Erfindung seine effektive Grenzviskosität (inherent viscosity)
nicht nur auf Temperaturänderungen wie Öl ohne das Additive gemäß der Erfindung,
sondern auch auf örtliche Änderungen von Druck, Drehzahl und Reibung des Motors
reagiert. Die Folge dieses genau naohprüfbaren Vorteils ist ein selbstoptimierender
Effekt, d.h. aetomatisches Annehmen optimalen Verhaltens. Wo das Öl auf schnelle
Bewegung innerer Teile und hohe Reibung tStfft die beispielsweise im Ventilantrieb
(valve train), hat die Kombination von Öl und Additive gemäß der Erfindung eine
erhöhte effektive Viskosität -(Schmierwirkung) zur Folge, wddurch bessere Schmierung
dort, wo sie am meisten gebraucht wird, bewirkt wird. Wenn die Drehzahl oder Geschwindigkeit
und Reibung im Motor geringer sind, nimmt das Öl eine niedrigere scheinbare Viskosität
und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit an, wodurch mehr Schmiermittel pro Zeiteinheit
der gleichen Fläche zugeführt und nicht die Arbeit des Motors behindert wird, wie
es der Fall istD wenn dicke und klebrige Zusätze verwendet werden, Ein Motor, zu
dessen Öl das Additive gemäß der Erfindung zugesetzt worden ist, bringt auch mehr
Leistung auf Grund der zusätzlichen Dichtungseigenschaften, die das Additive gemäß
der Erfindung außer der bereits erhöhten Sohmierwirkung dem Öl verleiht, nämlich
bessere Abdichtung, geringere. Undichtigkeit zwischen Kolbenringen und Zylinder
wand,
höhere Kompression, vollständiaere Verbrennung und wirksamen Leistungsverlauf. Die
Erfindung führt somit zu einer noch wirksameren Ausnutzung der Leistung zusätzlich
zu der Leistung, die sich aus der erhöhten Schmierwirkung des els ergibt, die wiederum
den Leistungswirkungsgrad steigert. Die Eigenschaft der temporären Viskositätsänderung
des Additives gemäß der Erfindung ermöglicht dem Öl verstärkte Ausbildung seiner
Dichtungsfähigkeit im Zylinder- und Kolbenringbereich, wodurch bessere Kompression
und geringerer Leistungsverlust auf Grund von Undichtigkeit zwischen Kolbenring
und Zylinderwand erzielt werden.
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Ferner wird der Ölverbrauch gesenkt und, was noch wichtiger ist, eine
Verunreinigung des Öls durch das an den Kolbenringen vorbei entweichende Benzin
wird vermindert.
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Die Folge sind bessere Ausnutzung des Kraftstoffs und vollständigere
Verbrennung, so daß durch Verwendung des Additives gemäß der Erfindung ein weiterer
Leistungsgewinn erzielt wird und weniger luftverunreinigende Schadstoffe gebildet
werden.
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Das Additive mäß der Erfindung steigert'außerdem das ReinigungsvermUgen
des Öls, d.h. die Fähigkeit, Abscheidungen von Schlamm und Schmutz zu beseitigen,
ohne die Schmierwirkung des Öls Zu verschlechtern. Es ermöglicht hierdurch eine
leichte Berührung des Schmiermittels mit den zu sohmierenden Flächen und die Haftung
an diesen Fläohen Diese Eigenschaft ist äußerst wichtig, weil bei den heute auf
dem Markt befindlichen Schmierölen die Reinigungswirkung auf Kosten der Schmierfähigkeit
erreicht wird. Schließlich verleiht das Additive gemäß der Erfindung dem Öl einen
polar-elektroionischen dünnen metallsuchenden Film (polar-electro-ionic, thin, metal
seeking film), der bewirkt, daß das Öl an den arbeitenden Teilen, wo die Schmierwirkung
erforderlich ist, haftet. Dieser elektroionische Polarisationseffekt, der durch
das Additive gemäß der Erfindung hervorgerufen wird, erklärt seine
lang
anhaltenden Eigenschaften und gewährleistet die Schmierung, wenn ein Motor auch
nach einer langen Stillstandszeit erstmals angelassen wird.
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Die erwiesene Fähigkeit des Additives gemäß der Erfindungdie effektive
Schmierviskosität auf ein Vielfaches der üblichen Viskosität zu bringen, seine temporär
örtlich optimal ausgebildete Viskosität zu verändern und seine Reinigungs-, Schmier-
und Dicbtungseigenschaften in Abhängigkeit von den verschiedenen Drehzahlen, Reibungen,
Drücken und Temperaturen optimal zu gestalten, ermöglicht es dem Motor, auf Grund
der erhebliohen Steigerung seiner Schmierfähigkeit kühler zu laufen. Der Motor gibt
ferner mehr Leistung ab, weil die Dichtung verbessert ist, aber die Bewegung von
Ventilen und Kolben nicht behindert wird, wie es der Fall ist, wenn dem Öl ein Additive
zugesetzt wird, das das Öl dick und klebrig macht.
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Das Additive gemäß der Erfindung mischt sich mit dem als Träger verwendeten
Grundöl und verleiht die modifizierende Fähigkeit den gesamten Schmieröl- oder Verbrennungskammer
kohlenwasserstoffen durch molekulare und intermolekulare Veränderungen, die es hervorruft,
wobei das Öl in ein viel wirksameres Schmiermittel und Dichtungsmittel umgewandelt
wird.
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Die erzielung der optimalen Abstimmung zwischen Reinigungs-, ausflockungsverhindernden,
Schmier- und Dichtungseigenschaften wird gemäß der Erfindung durch ein Schmieröladditive
erzielt, das je nach auftretenden Drehzahlen, Temperaturen, Drücken und Toleranzen
automatisch seine wichtigste und nach den auftretenden Betriebsbedingungen örtlich
erforderliche Eigenschaft ausbildet, ohne daß die anderen Eigenschaften versohlechtert
werden.
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Das behandelte Schmiermittel weist temporär geregelte Viskositätsänderungen
in Abhängigkeit von den örtlichen Bedingungen wie Belastung, Druck, Temperatur und
Schubwirkung
Während des Betriebs auf. Ausgezeichnete Penetration,
Fließgeschwindigkeiten und hohe Schmierwirkung dünner Filme werden erzielt0 Auf
Grund der dünnen Filme erniedrigt das Additive die scheinbare Viskosität, während
es die Grenzviskosität (intrinsic viscosity) erhöht. Höhere Dauergeschwindigkeiten
bei gleicher Kraftstoffzufuhr werden durch die nichtkohäsiven und intermolekularen
Hafteigenschaften des Additives erzielt. Die Viskosität und der Fließwiderstand
sind niedriger. Eine irreversible Verdickung unter Belastung oder durch hohe Temperaturen
findet nicht statt.
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Der Abbau oder die nachteilige Veränderung und die Verschlechterung
der Penetration sind geringer, und es findet keine bleibende Verschlechterung der
Schmierwirkung statt.
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Für die meisten Anwendungen wird das Additive so formuliert, daß die
Viskosität des Schmiermittels mit Additive im Betrieb um 1 bis 10 SAE-Viskositätseinheiten
niedriger liegt als normalerweise üblich. Dynamometrische Leistungsmessungen ergeben
einen Anstieg der abgegebenen Leistung um 10 bis 45% in Abhängigkeit vom dynamischen
Zustand der verwendeten Motoren. Ferner sind die Betriebstemperaturen niedriger,
ein Zeichen von geringerer Reibung.
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Die meisten Prüfungen wurden mit Zweitakt- und Viertaktverbrennungsmotoren
mit sehr unterschiedlichem Abnutzungszustand durchgeführt. Beispielsweise waren
neue Wagen und Gebrauchtwagen mit Kilometerleistungen bis zu 400000 an der Prüfung
beteiligt. Bei der Prüfung der Verbrennungsmotoren wurden ferner elektronische Instrumente,
z.B. der Allen Analog 70, verwendet, der in der Lage ist, die wahre Leistungsabgabe
von Zylinder zu Zylinder bei jeder Drehzahl oder unter einer Belastung, die mit
einem mechanischen Dynamometer erzeugt wird, zu berechnen. Bei V-8-Motoren wird
die Leistung von Zylinder zu Zylinder gemessen, berechnet und/oder gemittelt. Der
Analog 70 zeigt elektronisch die Leistungsabgabe des geprüften Zylinders
in
Prozent der insgesamt vom Motor abgegebenen Leistung an. Die gleichen Leistungsverbesserungen
wurden auch bei die Gesamtleistung anzeigenden mechanischen Dynamometer unter sehr
unterschiedlichen Drehzahl und Belastungsbedingungen festgestellt.
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Die Leistungsmessungen wurden bei laufendem Motor (dynamische Kompressionsmessung)
unter Verwendung üblicher Kurbelgehäuse-Schmiermittel verschiedener Art durchgeführt.
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Anschließend wurden Vergleichsmessungen vorgenommen, nachdem das Additive
gemäß der Erfindung zunächst dem üblichen Schmiermittel des geprüften Motors zugesetzt
dnd dann in das Schmiermittel Weingearbeitet war. Die Messungen im Leerlauf geben
Aufschluß über den Betrieb des Ventilsystems, und die Messungen.bei der Reisegeschwindigkeit
betreffen in erster Linie das Verhalten von Kolben und Kolbenringen, das Dichtungsvermögen
und die dynamische Kompression. -In einigen Fällen zeigten Zylinder mit anfänglicher
niedriger dynamischer Kompression Verbesserungen um mehrere 100,'.
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Im Durchschnitt wurde eine Gesamtyerbesserung von wenigstens 10 bis
45% festgestellt, wobei die Verbesserung bei älteren Motoren von Zylinder zu Zylinder
in gewissen Fällen 100 bis iso% oder mehr betrug. In allen Fällen war die Betriebstemperatur
der Motoren nach dem Zusatz des Additives gemäß der Erfindung wesentlich niedriger.
Die stärkste Verbesserung wurde bei älteren Motoren festgestellt. Wenn das Additive
gemäß der Erfindung polymeren Zusätzen zugemischt oder in ein Kurbelgehäuse, das
diese Zusätze snthieLtD gegeben wurde, wurde eine etwas geringere Verbesserung festgestellt0
Bekannte Zusatzstoffe scheinen die mit dem Additive gemäß der Erfindung erzielten
Vorteile teilweise aufzuheben. Um die Verbesserungen, die mit den kautschukartigen,
klebrigen, polymeren Zusätzen erzielt werden, gemäß der Erfindung im höchsten Maß
zu erzielen, war es notwendig, alle schweren kautschukartigen polymeren Zusätze
sorgfältig auszuspülen, reines Schmieröl
oder Mehrbereichs-Schmieröl
einzufüllen und dann das Additive gemäß der Erfindung zuzusetzen.
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Durch den Zusatz des Additives gemäß der Erfindung zu den Motoren
wurde eine merkliche Leistungsverbesserung nach 5 bis 30 Minuten erzielt, jedoch
wurde die optimale Leistungsverbesserung im allgemeinen festgestellt, nachdem der
Motor mehrmals warmgelaufen und wieder abgekühlt war, Die optimale Verbesserung
wird im allgemeinen nach 80 bis 400 km erreicht und ohne weiteres mehr als 6500
bis 8000 km aufrecht erhalten, worauf die Verbesserung allgemein geringer wird.
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Es wurde ferner festgestellt, daß nach einer Laufstrecke von 80 bis
160 km mit dem Additive gemäß der erfindung das Ventilsystem aller geprüften Motoren,
falls es untersucht wurde, völlig schlammfrei war. Diese Prüfung umfasste Motoren,
die 65000 bis 67000 km oder mehr gefahren worden waren.
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Die Viskositätsmessungen wurden mit Hilfe rheologischer Laboratoriumstests
nach der Gardner-Methode ASTM D 1545-63 durahggaS"tdrt.
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Es ist zu bemerken, daß praktisch alle bisherigen Bemühungen, Schmierstoffadditives
zu entwickeln, darauf gerichtet waren, Schmiermittel zu erhalten, die bei niedrigen
Temperaturen eine niedrige Viskosität und bei hohen Temperaturen eine erhöhte, sogar
irreversible Viskosität aufrecht erhalten würden. Die Fachwelt nahm an, daß der
einzige Weg, heiße Motoren ausreichend zu schmieren, die Verdikkung des Öls sei.
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Es wurde gefunden, daß dies nicht der Fall ist, und daß die gewünschte
Schmierung nicht ohne Erhöhung der effektiven Viskosität unter Hochtemperaturbedingungen
erreicht werden kann, da durch Verdicken des Öls nur die intermolekulare Reibung
(Scherspannung) erhöht wird. Selbst die besten hochmolekularen, kristallinen, gummiartigen,
schweren
zähen polymeren Additive verbessern in Wirklichkeit nicht die Schmierwirkung.
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Die starke Kohäsion zwischen den Molekülen erhöht die Schubspannung
und steigert die intermolekularen Kohäsionskräfte des paraffinischen und olefinischen
Grundöls Das Additive gemäß der Erfindung lockert die intermolekularen Adhäsionskräfte.
Dies hat eine temporäre Verminderung der Viskosität, aber mit höherer wahrer Schmierwirkung
zur Folge, Die mikrokristallinen Substanzen verlieren zusammen mit dem Grundmaterial
ihre naturgegebene Viskoelastizität, wobei sie zu kleineren und mehr kugelförmigen
amorphen Molekülen zerfallen, die den Kugeln in stark geschmierten Kugellagern analog
sind und mit überaus stark verringerter Reibungsoberfläche leicht übereinanderrollen.
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Das Additive gemäß der erfindung verleiht dem Schmiermittel die folgenden
äußerst erwünschten Eigenschaften: Unter gleichen Temperaturbedingungen hat es eine
niedrigere scheinbare Viskosität und eine höhere Grundviskosität (intrinsic viscosity)
als Folge der ausgebildeten dünneren Schmierfilme, fehlende Klebrigkeit mit steigenden
Temperaturen, geringere Konsistenz, kleinere Reibungsoberfläohe, geringeren Fließwiderstand,
geringe Zunahme der Konsistenz selbst unter starker Beanspruchung oder hohem Druck
und stark erhöhtes Penetrationsvermögen.
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Bei Anwendung der rheologischen Viskositätsmeßmethode (Gardner) diente
im Gegensatz zu üblichen Meßmethoden das Erscheinen des Miniskus der Blase zur Ermittlung
der niedrigen Spannungsviskosität (stress viscosity) als Viskositätswert und der
vollständige Stillstand der Bewegung des unteren Miniskus zur Ermittlung der sich
ändern den und/oder höheren Spannungsviskosität. Der größere Zeitunterschied, der
insbesondere bei niedrigeren kinematischen Zähigkeiten (gemessen in *) festgestellt
wurde, erweist sich als korrelationiertes Maß der höheren wahren Schmierwirkung.
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Um die Erfindung weiter zu veranschaulichen, werden nachstehend die
Zusammensetzung, die Herstellung und eine Anzahl repräsentativer Schmiermittel-Additives
gemäß der Erfindung beschrieben. Außerdem werden die Ergebnisse von Motorleistungsprüfungen
mit einer Anzahl von Fahrzeugen unter Verwendung der Additives gemäß der Erfindung
genannt.
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Diese Ergebnisse beweisen die großen Verbesserungen, die mit den Additives
gemäß der Erfindung erzielt werden. In den meisten Fällen wurden durchschnittliche
Verbesserungen in der Größenordnung von 10 bis 45% beim Test von Zylinderzu Zylinder
festgestellt. Die Leistung wurde jedoch insbesondere bei den älteren Fahrzeugen
um mehrere 100% gesteigert, wobei die durchschnittlichen Verbesseruneen 80 bis 130%
betrugen. Die genannten Prüfwerte sind lediglich repräsentativ.
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Die in der folgenden Tabelle genannten zwölf Additives wurden wie
folgt hergestellt: Die Stearate wurden zuerst in einem geschlossenen Gefäß (Autoklav)
bei etwa 1210 geschmolzen und/oder dispergiert, worauf die natürlichen Öle und Syntheseöle
in den Stearaten unter einem Druck von etwa 1 Atm. oder mehr gelöst und die Bestandteile
1 Stunde bei 930C gemischt wurden. Anschließend wurde die Temperatur auf 12100 erhöht
und 1 Stunde auf dieser Höhe gehalten. Das Gemisch wurde dann auf 3800 gekühlt,
dann wieder auf 12100 erhitzt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Dieser
Temperaturwechsel wurde dreimal bis sechsmal wiederholt, worauf das Gemisch auf
1000 gekühlt wurde. Die übrigen Bestandteile wurden zugesetzt und mit den Stearaten
und Trägerölen gut gemischt. Das Gemisch wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt.
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T a b e l l e I Reinigungsvermögen Höchste Schmierwirkung Abdichtwirkung
Leichte Beanspruchung
(Super Lubricancy)
Besonders hohe
(Light Duty) Mittlere Beanspruchung Beanspruchung (Medium Duty) (Extra Heavy Duty)
Zusatzgemisch 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Bestandteil Propylalkohol 4% 3,0 4,0 4,0
3,0 3,0 3,5 3,0 3,5 1,5 1,0 1,0 Butylalkohol 4,0 5,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 5,0 4,5
1,5 1,0 1,0 Amylalkohol 2,0 2,0 2,0 3,0 3,0 0,5 - - 1,0 - - -Octylalkohol 1,7 4,5
1,0 1,0 0,5 2,0 0,5 - - 1,0 0,5 -Decylalkohol 2,3 0,5 1,0 1,0 1,5 1,0 1,0 - - 1,0
- -Syntheseöle@ 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 15,0 30,0 12,5 3,0 4,0 Aliphatische,
aromatische und olefinische Öle** 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 30,0 15,0 12,5
2,0 1,0 Nitromethan - - 1,0 1,0 1,0 1,5 2,0 2,0 1,0 - 0,5 1,0 Magnesiumstearat 3,0
1,0 2,0 3,0 4,0 3,0 2,0 10,0 - - 5,0 -Aluminiumstearat 8,0 7,0 5,0 3,0 2,0 2,0 3,0
20,0 10,0 10,0 20,0 5,0 Natriumstearat 2,0 1,0 1,0 2,0 1,0 2,0 - - 10,0 5,0 5,0
2,0 Bleistearat - 2,0 2,0 1,0 1,0 - - - - 5,0 5,0 8,0 Lithiumstearat 2,0 3,0 5,0
6,0 7,0 8,0 10,0 10,0 20,0 40,0 45,0 65,0 Titanste - 2,0 1,0 0,5 - - - 2,0 1,0 1,0
2,0 1,0 Molybdänsulfid - 3,0 4,0 4,5 - - - 3,0 4,0 9,0 10,0 4,0 *Syntheseöl (30%
Äthylenglykol und 70% Tetraäthylsilan) **Penzoil
Eine Anzahl der
in der vorstehenden Tabelle genannten Additives wurde Automotoren zugesetzt, die
den in der folgenden Tabelle genannten unterschiedlichen Tachometerstand hatten.
In jedem Fall wurde zunächst die abgegebene Leistung der Motoren von Zylinder zu
Zylinder mit dem Apparat Analog'70" nach der oben beschriebenen Methode gemessen,
nachdem ein Ölwechsel vorgenommen und sauberes SAE 30-Öl ohne Polymerzusätze (reines
Penzoil) eingefüllt und der Tachometerstand notiert worden war. Die Motoren wurden
abgestellt und der Abkühlung überlassen0 Die Motoren wurden angelassen, aufgewärmt
und nach dem Aufwärmen weitere 5 Minuten im Leerlauf gehalten. Anschließend wurden
0,473 1 des genannten Additives gemäß der Erfindung zugesetzt, worauf die Motoren
2 bis 15 Minuten im Leerlauf gehalten wurden0 Dann wurden erneut die abgegebenen
Leistungen der Motoren gemessen und die Werte notiert. In mehreren Fällen wurde
die Behandlung nach etwa 2400 km wiederholt, die Leistugsabgabe des Motors gemessen
und notiert. In allen Fällen wurden weitere Verbesserungen gegenüber der nach der
ersten Zugabe erzielten Verbesserung festgestellt. In einigen Fällen wurden nach
der zweiten Zugabe die Schmier- und Abdichteigenscbaften verbessert, die die Tabelle
zeigt. In allen Fällen wurden überaus große Verbesserungen festgestellt, und in
allen Fällen lag die Betriebstemperatur des Motors nach der Zugabe eines der Schmiermittel-Additives
gemäß der Erfindung um 5,5 bis 200C niedriger. Nach den gemachten Erfahrungen wurde
nur dann keine wesentliche Verbesserung festgestellt, wenn das Additive gemäß der
Erfindung Motoren zugesetzt wurde, denen vorher verschiedene kautschukartige polymere
Öladditives zugegeben worden waren. In den meisten dieser Fälle trat eine wesentliche
Leistungsverminderung ein.
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Tabelle II Automobil: Chevelle SS 454 Tachometerstand zu Beginn der
Tests: 40230 km (25000 Meilen) Zylinder Vor dem Zusatz Nach Zusatz von Additive
Leerlauf Fahrt Nr.4'Leerlauf Fahrt 1 6,0 4,0 . 7 0 7,0 4,5 2 1,0 3,0 4,5 4,0 3 2,0
4,0 5,5 4,5 4 6,5 4,5 6,0 5,0 5 2,0 3,5 5,0 4,5 6 4,0 4,5 4,5 4,5 7 7,0 3,5 6,0
4,5 8 -0,5 3,5 4,0 5,5 18,0 30,5 42,5 37,0 Tabelle., III Automobil: Chevrolet Impala
1962 Tachometerstand zu Beginn der Tests: 290000 (180000 Meilen) Zylinder Vor dem
Zusatz Nach Zusatz von Nach Zusatz von Additive Nr.4 Additive Nr.4 Leerlauf Fahrt
Leerlauf Fahrt Leerlarf Fahrt 1 4,0 4,0 5,5 5,5 6,0 5,5 2 4,0 3,5 5,5 5,25 6,5 3,5
3 4,25 4,5 5,25 6,5 6,5 5,0 4 4,0 3,5 5,5 5,25 4,5 4,5 5 4s0 4,0 5,5 5,5 5,5 5,5
6 4,0 . 3,0 5,5 4,0 6,5 5,5 7 4,0 4,5 5,0. 6,0 7,5 6,0 8 4,5 3,0 6,0 4,0 4,0 5.5
32,75 29,0 43,75 42,0 47,0 41,0
Tabelle IV Automobil: Corvette
Tachometerstand zu Beginn der Tests: 43597 km(27090 Meilen) Zylinder Vor dem Zusatz
Nach dem Zusatz Nach dem Zusatz von Additive Nr.4 von Additive Nur.4 Leerlauf Fahrt
Leerlauf Fahrt Leerlauf Fahrt 1 4,5 4,0 5,5 4,0 5,5 4,5 2 4,0 3,5 5,5 4,0 5,0 4,5
3 4,0 4,0 5,5 4,0 5,5 4,5 4 3,0 2,0 4,0 3,5 3,5 4,0 5 2,5 2,0 3,5 3,0 3,5 3,5 6
9,0 6,5 6,5 5,0 5,5 5,0 7 4,0 3,5 5,0 4,5 5,0 4,5 8 4,5 4,0 5,0 4,5 5,5 4,5 35,5
29,5 40,5 32,5 39,0 35,0 Tabelle V Automobil Dodge Coronet 1968 Tachometerstand
zu Beginn der Tests:20520 km(12750 Meilen) Zylinder Vor dem Zusatz Nach dem Zusatz
von Additive Nur.4 Leerlauf Fahrt Leerlauf Fahrt 1 6,0 6,0 10,0 9,5 2 8,0 7,5 10,0
9,5 3 8,0 10,0 10,0 9,5 4 8,0 8,0 9,0 9,5 5 7,0 10,5 9,5 9,5 6 8,0 8,5 9,5 10,0
45,0 50,5 58,0 57,5
Tabelle VI Automobil: Mercury Marquis 1971
Tachometerstand zu Beginn der Dests:7921km(4922 Meilen) Zylinder Vor dem Zusatz
Nach dm Zusatz von Additive Nr.4 Leerlauf Fahrt Leerlauf Fahrt 1 2,0 6,5 4,0 5,5
2 0,0 5,5 4,5 6,0 3 2,0 5,5 5,5 6,Q 4 2,0 4,5 5,0 5,5 5 1,0 5,5 4,5 6,0 6 3,5 5,5-6,5
5,0 6,0 7 1,0 3,5-4,5 4,0 5,5 8 1,5 3,5-5,0 5,0 5,5 13,0 40,5-43,5 37,5 46,0 Tabelle
VII Automobil: Pontiac GTO 1966 Tachometerstand zu Beginn der Tests:128625 km(79923
Meilen) Zylinder Vor dem Zusatz Nach dem Zusatz von Nach dem Additive Nkr4 Zusatz
von Additive Nr.4 Leerlauf Fahrt Leerlauf Fahrt Leer- Fahrt lauf 1 2,5 4,0 4,0 5,5
7,0 6,5 2 -0,5 6,0 6,0 5,5 6,0 6,0 3 6,5 5,0 6,0 6,0 7,0 6,5 4 8,5 6,5 6,0 7,0 9,0
7,5 5 8,0 3,5 8,0 5,5 8,0 7,0 6 -2,0 7,0 7,0 6,0 7,0 6,5 7 7,5 5,0 7,0 6,0 7,0 6,5-8
7,0 6,5 5,5 6,5 6,0 44,0 50,5 47,0 57,5 52,5
Die Vorteile, die
mit den Additives gemäß der Erfindung erzielt werden, bestätigen auch die nac-hstehend
beschriebenen Dynamometer-Motorenprüfungen.
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Im ersten Fall wurde ein Chevrolet-Motor 327 CID mit Vierfachvergaser
und einer gefahrenen Strecke von 67593 km (42000 Meilen) außen von Fett und Schmutz
gereinigt, jedoch mit dem vorhandenen Öl im Kurbelgehäuse vollständig zusammengebaut
gelassen. Der riotor wurde auf dem Dynamometer eingebaut, angelassen und eingestellt.
Die Ventildeckel aus Kunststoff wurden dann aufgesetzt, worauf die folgenden Beobachtungen
gemacht wurden: 1) Der Zylinderkopf war wenigstens halbvoll von klebrigen Ölablagerungen
in jeder Ecke.
-
2) Im Leerlauf tropfte das Öl von den Ventilkipphebeln.
-
Bei 2000 UpM tropfte das Öl etwas stärker, aber nicht drastisch.
-
3) Das linke Auspuffrohr qualmte sichtbar.
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4) Sechs Leistungsmessungen bei verschiedenen Drehzahlen (power pulls)
wurden vorgenommen. Der Korrekturfaktor, bezogen auf die Anzeige eines Trockenthermometers
von 40°C, eines Naßthermometers von 24,4°C und einen Barometerstand von 766 mm Hg
(30,54), betrug 1,028. Die tatsächlichen Leistungswerte (power pull figures) sind
nachstehend genannt.
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UpM Drehmoment Korrigierte HP (horse power) 4250 240 196 4000 265
204 4400 250 211 5000 195 187 4500 235 203 5300 170 177
5) Während
des Tests blieb die Wassertemperatur des Motors bei 880C. Die an einem der Außenfilter
abgelesene Öltemperatur betrug ebenfalls 88°C und der Öldruck 22,68 kg (50 lbs.).
-
der Rotor wurde dann in den Leerlauf gebracht, worauf 0,473 1 (1 pint)
des Additives gemäß der Erfindung in das Kurbelgehäuse gegeben wurde. Der rotor
wurde 5 Minuten im Leerlauf gehalten, damit das Additive sich mit dem Öl mischen
konnte. Die folgenden Feststellungen wurden gemacht: 1) icht die geringste Schaumbildung
des Öls wurde festgestellt, ein Zeichen, daß die Bestandteile der Mischung verträglich
waren.
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2) Der Ölfluß aus den Ventilstoßstangen war sowohl bei Leerlauf als
auch bei 2000 UpM wesentlich stärker.
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Eine Ventilstoßstange begann sogar, Öl vollständig über den Ventilkipphebel
zu spritzen. Diese Wirkung wurde der erhöhten Durchflußgeschwindigkeit zugeschrieben;
die dem Öl durch das Additive gemäß der Erfindung verliegen wurde.
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3) Das Qualmen des linken Auspuffrohrs hatte nach einer Gesamtlaufzeit
des Motors mit dem Additive gemäß der Erfindung im Kurbelgehäuse nach etwa 6 Minuten
vollständig aufgehört. Diese erscheinung wurde den Dichtungseigenschaften zugeschrieben,
die das Additive gemäß der Erfindung dem Öl verleiht.
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4) Nach der Leerlaufperiode wurden 16 Leistungsmessungen (power pulls)
vorgenommen. Der Grund für sd zahlreiche Messungen lag darin, daß den Prüfern die
registrierten Ergebnisse zunächst unglaubhaft erschienen und jede Anstrengung gemacht
wurde, genaue Zahlen zu finden.
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Ein Korrekturfaktor von 1,033 auf Basis der Anzeige eines Trockenthermometers
von 42,200 und eines Naßthermometers von 24,400 und eines Barometerstandes von 776
mm Hg (30,55) wurde angewendet. Die registrierten
tatsächlichen
Leistungswerte sind nachstehend genannt: UpM Drehmoment Korrigierte HP (horse power)
4600 237 210 4600 248 224 4200 270 225 4100 280 226 4000 275 217 4600 250 226 4650
242 221 4000 275 217 4400 255 222 4600 243 221 4800 238 226 4050 278 222 4400 264
229 4800 257 225 4500 246 219 4700 239 222 5) WFlrend des Tests blieb die Wassertemperatur
bei 88°C, und die Öltemperatur stieg auf 960c. Es wurde mit einem leichten Abfall
der Wasser- und Öltemperatur als Folge der verstärkten Schmierung gerechnet. Die
erhöhte Öltemperatur wurde Jedoch der überaus großen Zahl von Leistungstests (power
pulls) zugeschrieben, und da die Wassertemperatur des Motors thermostatisch durch
die Wassersgule des Dynamometers geregelt wurde, ist es möglich, daß der Motor das
Bestreben hatte, während der zweiten Versuchsreihe bei niedrigerer Temperatur zu
laufen als bei der ersten Versuchsreihe, Jedoch in Jedem Fall durch den KUhlturm
des Dynamometers kUnstlich bei 880c gehalten wurde.
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6) Der Motor wurde anschließend zur Untersuchung der Ventilstößel
auseinandergenommen. Es wurde festgestellt, daß das Additive gemäß der Erfindung
die Zylinderköpfe und die Ventilstößelftlhrung (valve. lifter valley) erheblich
gereinigt hatte. Überall lagen Anzeichen der Reinigungs-und
Waschwirkung
vor, durch die Schmutz und Schlamm entfernt und dann in der ölwanne abgeschieden
worden waren.
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Die Additives gemäß der Erfindung verbessern überaus wirksam die Leistung
sowohl neuer als auch alter Motoren.
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Ferner sind die Eigenschaften der Additives, die es ermög-Zeichen,
daß die temporären Viskositätsänderungen sich automatisch optimal auf die sich ändernden
Betriebsbedingungen im Motor einstellen, einmalig. Die Zusatzgemische verändern
sich automatisch so, daß sie sich auf die Betriebsbedingungen von hoher Drehzahl
bei niedriger Belastung bis zu hoher Belastung bei niedriger Drehzahl einstellen
oder, mit anderen Worten, in erster Linie die Jeweils erforderliche Reinigungs-
oder Detergentwirkung, Schmierwirkung und Abdichtwirkung ausüben.
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Es hat sich gezeigt, daß die Additives gemäß der Erfindung den Verbrennungswirkungsgrad
der als Kraftstoffe verwendeten Kohlenwasserstoffe im allgemeinen steigern und besonders
vorteilhaft durch die Steigerung des Wirkungsgrades von Benzinmotoren, Dieselmotoren
und Verbrennungsapparaten sind, wie sie als Feuerung für industrielle Kesselanlagen
u.dgl.
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verwendet werden. So wurde gefunden, daß die Additive den Verbrennungswirkungsgrad
von als Brennstoffe verwendeten Kohlenwasserstoffen sowohl in Umgebungen wie Motoren,
wo die kinematische Energie am wichtigsten ist, als auch bei Verbrennungsprozessen
steigern, wo der Schwerpunkt auf der verfügbaren Wärmeenergie liegt, wie es in Verbrennungskammern
für Industriekesselanlagen der Fall ist. Die Tatsache, daß die Additives den Wirkungsgrad
von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen stark steigern, ist in der heutigen Zeit wegen
dertterall herrschenden Energiekrise und insbesondere der Verknappung an Treibstoffen
besonders wichtig.
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Die Zusatzstoffe gemäß der Erfindung steigern nicht nur den Wirkungsgrad
bei Verbrennungsprozessen, sondern verringern auch infolge vollständigerer Verbrennung
die Menge an Luftverunreinigungen, , ohne daß sie selbst nennenswert
zu
diesen Luftverunreinigungen beitragen. Am vorteilhaftesten und nützlichsten sind
die Zusatzstoffe gemäß der Erfindung für die Steigerung des Wirkungsgrades von Kohlenwasserstoffen,
Jedoch können sie auch zusammen mit Kohle in Verbrennungsprozessen verwendet werden.
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Das Additive kann mit dem Brennstoff vor der Verbrennung gemischt
oder mit dem Brennstoff zu dem Zeitpunkt und an der Stelle, an der der Verbrennungsprozeß
ausgelöst wird, eingespritzt werden. Ferner kann es im Falle von Verbrennungskammern
für Industriekesselanlagen u.dgl., wo der Brennstoff häufig vorgewärmt wird, zweckmäßig
sein, zwei oder mehr Einzelkomponenten des Zusatzstoffs von getrennten Stellen in
die Verbrennungskammer einzuspritzen, um die Möglichkeiten einer vorzeitigen Zündung
weitgehend auszuschalten. Im allgemeinen kann das Zusatzgemisch vor oder zum Zeitpunkt
der Verbrennung in Mengen von O,OOOlX bis 10 Gew.-« des Brennstoffs mit diesem gemischt
werden. Mengen bis zu 25% sind in einigen Fällen ohne nachteilige Auswirkungen verwendet
worden, Jedoch wird der Wirkungsgrad durch Mengen über 19% nicht wesentlich zusätzlich
gesteigert. Bevorzugt wird ein Bereich von 0,05 bis 5«, wobei eine Menge von 0,5
bis 5 Gew.-% des Brennstoffs besonders bevorzugt wird.
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Im Falle von Benzin und Dieselmotoren sind Steigerungen der Kilometerleistung
bis zu 25% erzielt worden.
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Bei Industriekesseln liegt die Einsparung an Brennstoff in der Größenordnung
von 10 bis 15P, während die Betriebstemperaturen gleichzeitig erheblich gesteigert
werden Der Mechanismus, durch den die Zusatzgemische gemäß der Erfindung den Verbrennungswirkungsgrad
von Brennstoffen steigern, ist noch nicht geklärt, Jedoch ist ihre Wirkung aus der
starken Senkung des Brennstoffverbrauchs und anderen Vorteilen ganz offensichtlich.
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Wie bereits erwähnt, werden optimale Ergebnisse bei Motoren erzielt,
wenn die Additives als Mittel zur Steigerung der Schmierfähigkeit in das Kurbelgehäuse
des Motors gegeben und außerdem als Zusätze zu dem dem Motor zugeführten Brennstoff
verwendet werden. Bei Benzinmotoren wurde festgestellt, daß die Menge des Additives
für die Zugabe zum Kraftstoff vorzugsweise 0,5 bis 5« des Kraftstoffgewichts betragen
sollte. Wie bereits erwähnt, kann das Zusatzgemisch mit dem Treibstoff im Tank gemischt,
mit dem Treibstoff eingespritzt oder mit der Luft gemischt werden, die ihrerseits
mit dem Treibstoff gemischt oder in irgendeiner Weise dem treibstoffhaltigen Verbrennungsgemisch
vor der Auslösung des Verbrennungsprozesses zugesetzt wird.
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Der erhöhte Wirkungsgrad der Treibstoffe in Motoren, in denen die
Zusatzgemische gemäß der Erfindung in den Treibstoffen verwendet werden, wurde durch
Messen der durch mechanische Dynamometer erzeugten Belastung sowie durch die erheblich
gesteigerte Kilometerleistung ermittelt.
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Die folgenden Beispiele und Bestimmungen veranschaulichen deutlich
die Wirksamkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung: Zu 18,9 1 (5 Gallonen) eines
handelsüblichen unverbleiten Normalbenzins, das eine normale im Laboratorium bestimmte
Oktanzahl von 95 hatte, wurden 28,) ml (1 Unze) des in Spalte 4 von Tabelle I genannten
Zusatzgemisches gegeben. Das erfindungsgemäß behandelte Benzin hatte eine Oktanzahl-von
105,7.
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Zu 18,9 1 (5 Gallonen) eines Dieselkraftstoffs mit einer gewöhnlichen
Oktanzahl von 40,9 wurden 28,3 ml (1 Unze) des in Spalte 5 von Tabelle I genannten
Zusatzgemisches gegeben. Das erfindungsgemäß behandelte Dieselöl hatte eine Cetanzahl
von 45,9.
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Wie bereits erwähnt, wird durch Zusatz der erfindungsgemäßen Zusatzgemische
zum Brennstoff für Heizkessel der Brennstoffverbrauch um 10 bis 15« gesenkt. In
einem Fallwurde durch Zusatz von 1« des in Spalte 5 genannten Zusatzgemisches zu
Heizöl Nr. 6 der Heizölverbrauch um etwa 10% gesenkt. Dies wurde Uber einen Zeitraum
von zwei Monaten under großtechnischen Betriebsbedingungen bestätigt.