DE2943446C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmieröl für Kälte
maschinen, insbesondere solche, die sich für Kompressoren
in Rotationskältemaschinen eignen.
Es sind bereits zahlreiche Schmieröle vorgeschlagen worden.
Diese Öle haben neben Vorteilen auch Nachteile. Das wird be
sonders klar, wenn man bedenkt, welche typischen Eigenschaften
solche Öle bei der Anwendung besitzen müssen:
- 1. Optimale Viskosität;
- 2. Gute Charakteristika bei tiefer Temperatur, wie einen nie drigen Fließpunkt und einen niedrigen Flockungspunkt;
- 3. Niedrige kritische Temperaturen zum Lösen in Kühlmitteln;
- 4. Gute Daten im Bombenrohr-Test, d. h. keine Verfärbung, kein Niederschlag und keine Kupferüberzüge;
- 5. Hohe thermische und chemische Stabilität, auch in Gegen wart halogenhaltiger Kühlmittel.
Darüberhinaus ist ein weiterer wichtiger Faktor besonders zu
beachten, wenn das Schmieröl in Kältemaschinen verwendet wer
den soll, die nach dem Kompressionssystem arbeiten. Dieser
Faktor ist die Fähigkeit des Öls, einen Übertritt von Gas aus
dem Gebiet hohen Drucks (Austreiber) in das Gebiet niedrigen
Drucks (Ansauger) zu verhindern. Bei modernen Gefrierkompres
soren besteht die Tendenz, höhere Gastemperaturen an der
Austreiber-Seite zu verwenden, die jedoch die Viskosität des
Öls herabsetzen und so zu einem Verlust an Dichtungskraft
führen.
Kompressor-Kältemaschinen werden von ihrem Aufbau her in
Kolben-, Fliehkraft- und Rotationstypen eingeteilt. Wegen
seiner Kompaktheit, seiner hohen Leistung und seines leisen
Laufs findet der Rotationskompressor breite Anwendung, z. B.
in Kühlschränken für den Hausgebrauch, Kühlapparaten sowie
Klimaanlagen in Autos.
Schmieröle für Kältemaschinen werden als brauchbar ange
sehen, wenn sich die Ölnebel, die von dem unter hohem Druck
aus dem Kompressor austretenden Gas mitgerissen werden,
schnell aus dem Kühlmittel abscheiden und wenn das mitge
rissene Öl leicht von den Verflüssigern oder Verdampfern
zurückgeführt werden kann. Diese Eigenschaft des Öls hängt
in starkem Maß von der Viskosität ab.
Es werden Schmieröle benötigt, die besser die genannten Be
dingungen erfüllen und die aufgeführten Eigenschaften be
sitzen. Das gilt besonders für solche, die in Rotations
kompressoren verwendet werden, die mit hoher Geschwindigkeit
laufen.
Als Schmieröle für Kältemaschinen werden üblicherweise
naphthenische Mineralöle, paraffinische Mineralöle mit nie
drigem Fließpunkt, schwere Alkylbenzole und ähnliche verwendet,
die eine kinematische Viskosität von 20-150 mm²/s bei
37,8°C besitzen. Auch Mischungen dieser Stoffe werden ein
gesetzt.
Diese Ausgangsöle enthalten oft bestimmte Zusätze. Typische
Beispiele für solche Schmieröle sind in den JP-PS 11 940/65,
4 107/74, 13 483/74, 13 829/74, 19 084/74, 37 647/76, 45 013/76,
39 509/77, 43 722/77 und 17 602/78 sowie den JP-OS 4 532/71,
606/73, 47 498/74, 22 971/76, 28 503/77 und 54 707/77 genannt.
Es ist auch bekannt, daß sich Polyglykole gut als Schmier
mittel für Gefrierausrüstungen eignen. So zeigten K. S. Sand
vordenker et al auf dem ASHRAE Symposium Nasso, 29. 6. 72, daß
Polyglykoldiether eines 100 SUS Grads mit einer Viskosität
von 102 SUS (21,0 mm²/S) bei 37,8°C und einer Viskosität von
44 SUS (5,3 mm²/s) bei 98,9°C ebenso wie Polyglykolmonoether
eines 165 SUS Grads als Öl für Kältemaschinen verwendet
werden können. J. M. Russ et al beschreiben in Lubrication
Engineering Band 2151 ebenfalls Polyglykolöle
mit einer Viskosität von 5,9-22,0 mm²/s bei 98,9°C
und einem Viskositätsindex von 140-147.
Keines dieser Schmieröle ist jedoch ohne Nachteile.
Ziel der Erfindung ist es, eine neue Klasse von Schmierölen
für Kältemaschinen zur Verfügung zu stellen, welche alle
oben angeführten wichtigen Eigenschaften besitzen und welche
die Nachteile der bekannten Schmieröle nicht aufweisen. Ins
besondere betrifft die Erfindung eine Klasse von Schmieröl
zusammensetzungen für Kältemaschinen, die Zwischenräume, die
zwischen den Betriebsteilen eines Gefrierkompressorsystems
während des Betriebs auftreten können, durch einen Film ab
dichten können und die sich besonders zum Schmieren von
Kompressoren in Rotationskältemaschinen eignen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Schmieröl für Kältemaschinen
wie in Anspruch 1 angegeben.
In dem Molekül können Alkylengruppen unterschiedlicher
Kohlenstoffzahl vorliegen. Bevorzugte Beispiele sind Ethylen-,
Propylen-, Polyoxypropylen- und Polyoxyethylenpolyoxypropylen-
Gruppen.
Die gesättigten oder un
gesättigten, geradkettigen oder verzweigtkettigen C₁-C₂-Kohlen
wasserstoffreste sind vorzugsweise C₁-C₁₀-Alkylgruppen, die sich
von aliphatischen einwertigen C₁-C₁₀-Alkoholen ableiten, insbe
sondere Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Octyl- und
Decylgruppen. Die Kohlenwasserstoffreste von zwei- bis sechs
wertigen Alkoholen sind vorzugsweise Glykol, Glycerin, Tri
methylolpropan, Pentaerithritol und Sorbitol. Die substi
tuierten oder unsubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoff
reste sind vorzugsweise Phenyl-, Octylphenyl- und Nonylphenyl
gruppen. Die Acylgruppen schließen solche ein, die sich
vorzugsweise von
Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure,
Laurinsäure, Stearinsäure und Ölsäure, ableiten.
n ist vorzugsweise 1-3. Das Produkt
m×n kann beliebig mit den Verbindungen oder den Mischun
gen daraus eingestellt werden, die eine kinematische Viskosität
von 25-50 mm²/s bei 98,9°C und einem Viskositätsindex von
über 150 besitzen. Das Produkt ist vor
zugsweise größer als 5 und ganz besonders größer als 10.
Bevorzugte Beispiele für Polyglykolöle sind Polyoxypropylen
glykole, Polyoxyethylenpolyoxypropylenglykole ebenso wie
deren Monomethyl-, Monobutyl-, Glycerin- und Trimethylol
propan-Ether. Diese Polyglykolöle zeichnen sich dadurch
aus, daß sie kaum hygroskopisch sind und praktisch nicht
mit Halogen-haltigen Kühlmitteln, wie den weiter unten an
gegebenen fluorierten Kohlenwasserstoffen, reagieren.
Die in Betracht kommenden Polyglykolöle besitzen eine kine
matische Viskosität im Bereich von 25 bis 50 mm²/s, vorzugs
weise 30-40 mm²/s, bei 98,9°C (219°F). Abweichungen von
diesem Viskositätsbereich führen zu schlechten Ergebnissen.
Eine geringere Viskosität würde zu einem Verlust des ge
wünschten Ölfilms zum Abdichten bei höheren Temperaturen
führen. Eine höhere Viskosität würde einen Anstieg der kine
matischen Viskosität bei Raumtemperatur oder tiefen Tempera
turen verursachen und zu einem wenig ausgebreiteten und un
zureichendem Ölfilm führen, oder aber einem übermäßig harten
Ölfilm und damit einen höheren Energieverbrauch verursachen.
Darüberhinaus würden bei der Bedienung der Geräte Probleme
auftreten, z. B. bei der Einführung von Öl in die Gefrier
einrichtung und beim Anlassen des Kompressors. Ähnliche
Probleme lassen sich beobachten, wenn der Viskositätsindex
unter 150 liegt.
Das Polyglykolöl A sollte ein mittleres Molekulargewicht von
über 250, vorzugsweise 300 bis 5000, haben.
Der Zusatz (B) besteht aus wenigstens einer Verbindung aus
der Gruppe von Epoxyverbindungen des Glycidylether-Typs (1),
Monoestern epoxidierter Fettsäuren (2) und epoxidierten
pflanzlichen Ölen (3).
Die Epoxyverbindungen vom Glycidylether-Typ schließen
Phenyl- oder Alkylphenylglycidylether und Kondensate aus
Epichlorhydrin und Bisphenol ein. Die Alkylphenylglycidyl
ether enthalten 1 bis 3 C₁-C₁₈-Alkylgruppen, vorzugsweise
eine C₅-C₁₀-Alkylgruppe. Die Epichlorhydrin-Bisphenol-
Kondensate können z. B. durch Kondensation von Bisphenol A
mit Epichlorhydrin erhalten werden.
Die epoxilierten oder epoxidierten Fettsäuremonoester
schließen Ester einer epoxidierten C₁₂-C₂₀-Fettsäure mit
einem C₁-C₈-Alkohol, Phenol oder einem Alkylphenol ein. Be
vorzugt sind Butyl-, Hexyl-, Benzyl-, Cyclohexyl-, Methoxy
ethyl-, Octyl-, Phenyl- und tertiär-Butylphenylester von
epoxidierter Stearinsäure.
Beispiele für epoxidierte pflanzliche Öle sind Epoxy-Ver
bindungen pflanzlicher Öle, wie Sojabohnenöl, Leinsamenöl
und Baumwollsamenöl.
Bevorzugte Zusätze (B) sind Epoxy-Verbindungen des Glycidyl
ether-Typs und epoxidierte Fettsäuremonoester. Besonders be
vorzugt sind Phenylglycidylether.
Die Zusätze (B), die mit den Ölen (A) gemischt werden, wer
den in Mengen von 0,1 bis 10%, vorzugsweise 1-5%, bezogen
auf das Gewicht der Gesamtmenge eines ausgewählten Polyglykol
öls (A) und wenigstens eines der Zusätze (B), die verwendet
werden, eingesetzt. Mengen an Zusatz oder Zusätzen (B)
unter 0,1% eignen sich nicht für den Zweck der Erfindung,
während Mengen von über 10% aus ökonomischen Gesichtspunkten
unsinnig sind, da keine entsprechend guten Ergebnisse zu er
warten sind.
Die Schmieröl-Zusammensetzungen gemäß der Erfindung können
auch mit bekannten Zusätzen wie Antioxidantien des Phenol-
oder Amintyps, schwefel- oder phosphorhaltigen Verbesserern
der Fettigkeit, Antischaummitteln auf Silikonbasis und Metall
desaktivatoren wie Benzotriazol vermischt werden.
Es wurde gefunden, daß sich die erfindungsgemäßen Ölzusammen
setzungen gut zum Schmieren von Rotationskältemaschinen mit
rotierenden Flügeln oder rotierenden Kolben eignen. Ganz be
sonders eignen sie sich für Kompressoren mit rotierenden
Flügeln bei Kälteanlagen.
Weiter wurde gefunden, daß sich die erfindungsgemäßen Ölzu
sammensetzungen zur Anwendung in Gefrierkompressoren eignen,
in denen halogenhaltige Gefriermittel verwendet werden. Diese
halogenhaltigen Gefriermittel sind unbrennbare Substanzen, die
durch Chlorierung oder Fluorierung aus Kohlenwasserstoff ent
stehen.
Hierzu gehören Freon 11, 12,
13, 22, 113, 114, 500 und 502. In den erfindungsgemäßen Zu
sammensetzungen haben sich besonders Freon 12 und 22 bewährt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher.
Als Öle und Zusätze wurden in den Beispielen und Vergleichs
beispielen verwendet:
1. Polyoxypropylenglykolmonobutylether, mittlerer Polymerisationsgrad 30.
Kinematische Viskosität 19,2 mm²/s bei 98,9°C, Viskositäts
index 204
2. Polyoxypropylenglykolmonobutylether, mittlerer Polymerisationsgrad 40.
Kinematische Viskosität 52,5 mm²/s bei 98,9°C, Viskositäts
index 236
3. Polyoxyethylenoxypropylenglykolbutylether, mittlerer Polymerisationsgrad 44.
Kinematische Viskosität 71,0 mm²/s bei 98,9°C, Viskositäts
index 262.
1. Epoxidierter Fettsäuremonoester:
Octylepoxystearat
2. Glycidether:
Phenylglycidether.
3. Epoxidiertes Sojabohnenöl
Kinematische Viskosität:JIS (Japanischer Industrie Standard)
K-2283
Viskositätsindex:JIS K-2284-B
Bombenrohrtest:Gleiche Volumina Öl und Gefriermittel (R-12)
wurden zusammen mit einem Kupfer-Eisen-Kata
lysator in ein Glasrohr eingeschmolzen und 240
Stunden auf 150°C erhitzt. Die Mischung wurde
dann auf den Grad der Verfärbung untersucht und
den Werten 0 bis 8 zugeordnet. 0 bedeutet keine
Färbung, 8 dunkelbraun. Schlechtere Werte als
4 bedeuten unbrauchbare Produkte.
Einzelheiten der Beispiele und Vergleichsbeispiele ergeben
sich aus den Tabellen 1 und 2.
Die Ölzusammensetzungen, die in den Beispielen 3 und 5 sowie
in den Vergleichsbeispielen 5 und 6 gezeigt werden, wurden
einem Brauchbarkeitstest in einer Gefrierausrüstung mit einem
4-flügeligen Rotationskompressor unterzogen. Die Ergebnisse
zeigt Tabelle 3. Die Arbeitsbedingungen des Kompressors waren
14,5 kg/cm² auf der Seite hohen Drucks und 2,15 kg/cm² auf
der Seite niedrigen Drucks, die Umdrehungszahl betrug 1800
Umdrehungen pro Minute. Als Gefriermittel diente Freon 12.
Die Zusammensetzungen des Beispiels 3 und des Vergleichsbei
spiels 4 wurden unter denselben Bedingungen kontinuierlich
1000 Stunden getestet. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 4.
SUS bedeutet Saybolt Universal Second.
Claims (3)
1. Schmieröl für Kältemaschinen, bestehend aus
- A. einem Polyglykolöl mit einer kinematischen Viskosität von 25-50 mm²/s bei 98,9°C und einem Viskositätsindex von über 150 der Formel worinR₁ und R₃gleich oder verschieden sind und Wasser stoffatome, gesättigte oder ungesättigte, geradkettige oder verzweigte C₁-C₂₀ Kohlenwasserstoffreste, Kohlen wasserstoffreste von zwei- bis sechswertigen Alkoholen und substituierte oder unsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffreste oder Acylreste von gesättigten und ungesättigten Carbonsäuren darstellen, R₂eine Al kylengruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, neine Zahl von 1 bis 6 ist und m×n2 oder mehr istund
- B. einem Zusatz, bestehend aus Epoxy-Verbindungen des Glycidether-Typs (1), epoxidierten Fettsäuremonoestern (2) und/oder epoxidierten pflanzlichen Ölen und gegebe nenfalls
- C. weiteren bekannten Zusätzen, wobei die Menge an Zusatz (B) im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht (A)+(B) liegt, ausgenommen die Schmieröle gemäß DE-OS 28 20 640.
2. Schmieröl für Kältemaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Komponente A aus Polyoxypropylen
glykolen, Polyoxyethylenpolyoxypropylenglykolen oder deren Mono
methylether, Monobutylether, Glycerinether oder Trimethylolpro
panether besteht.
3. Schmieröl für Kältemaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komponente A ein durch
schnittliches Molekulargewicht von über 250, vorzugsweise von
300 bis 5000, besitzt.
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