DE4204200A1 - Fluessigkeit und deren verwendung - Google Patents

Fluessigkeit und deren verwendung

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Josef L Dipl Chem Dr Re Jostan
Georg Dipl Ing Braun
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Airbus Defence and Space GmbH
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Daimler Benz AG
Deutsche Aerospace AG
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Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit und deren Verwen­ dung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.
Bei vielen technischen Anwendungen, z. B. Heiz- oder Kühl­ aggregaten sowie hydraulisch betätigten Geräten oder Anla­ gen, werden an den Anwendungsfall angepaßte Flüssigkeiten verwendet. Diese enthalten in vielen Fällen Polychlorbi­ phenyle (PCB′s) oder Trichlor-Benzol-Isomere (TCB′s), Mi­ neralöle, höhermolekulare organische Ester, Kieselsäure­ ester, Siliconöle oder halogenierte Ethylenoligomere. Ins­ besondere aus ersteren dieser chemischen Verbindungen her­ gestellte Flüssigkeiten sind in nachteiliger Weise toxisch (giftig) und/oder umweltschädlich, da diese Flüssigkeiten zum Teil äußerst schwierig entsorgt werden können. Bei ei­ ner beispielhaften Entsorgung durch Verbrennen der Flüs­ sigkeit können z. B. hochgiftige und beständige Dioxine entstehen. Außerdem sind diese Flüssigkeiten in vielen Fällen nicht für bestimmte anspruchsvolle elektrische An­ wendungen geeignet. Beispielsweise sind Kieselsäureester hydrolyseempfindlich und zersetzen sich bei Feuchteeinwir­ kung unter Bildung von störenden Kieselsäure-Partikeln und dem entsprechenden Alkohol, der den Flamm- und Entzün­ dungspunkt jeweils herabsetzt, so daß erhöhte Brandgefahr entsteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Flüssigkeit anzugeben, die zusätzlich zu vor­ gebbaren thermischen, kalorischen, rheologischen sowie hydraulischen Eigenschaften vorgebbare elektrische Eigen­ schaften besitzt und außerdem eine hohe chemische Stabili­ tät bei toxikologischer Unbedenklichkeit und ökologischer Verträglichkeit. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, Verwendungsmöglichkeiten einer solchen Flüssig­ keit anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 6 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.
Soll beispielsweise bei einem Hochleistungs-Hochspannungs­ transformator, der z. B. eine Hochspannung von größer 20 kV erzeugt, die entstehende Verlustwärme abgeführt werden, so muß eine dafür geeignete Flüssigkeit auch bestimmte selektrische Eigenschaften besitzen, beispielsweise eine gute Durchschlagfestigkeit, und außerdem chemisch inert und alterungsbeständig sein. Solche Flüssigkeiten müssen Eigenschaften besitzen, die beispielhaft in einer nachfol­ genden Tabelle zusammengestellt sind.
Für derartige Anwendungsfälle sind vorzugsweise zwei Stoffklassen geeignet, nämlich Siliconöle auf der Basis von Polymethylsiloxan sowie Poly-α-olefine, die auch un­ ter dem Sammelnamen Isoparaffine bekannt sind. Erstere können auch modifiziert sein, so daß darunter auch die allgemeinen Stoffklassen Polyalkyl- oder Polyarylsiloxane zu verstehen sind. Letztere werden meist gezielt sytheti­ siert, und zwar durch katalytische Oligomerisation von beispielsweise 1-Decen mit anschließender katalytischer Hydrierung. Beide Stoffklassen erfüllen in bestimmten niedrigviskosen Fraktionen die gestellten Anforderungen weitgehend, aber doch nicht vollständig. Poly-α-olefine haben sogar in ihrer derzeit niedrigviskosesten Fraktion eine noch zu hohe störende kinematische Viskosität bei tiefen Temperaturen, einen nachteilig zu hoch liegenden Fließ- bzw. Stockpunkt und zu niedrige Flamm-, Brenn- und Selbstentzündungstemperaturen. Andererseits weisen die Po­ ly-α-olefine die Vorteile einer geringeren Wärmeausde­ hnung, einer geringeren maximalen Luft- und geringeren ma­ ximalen Wasserlöslichkeit auf.
Niedrigviskose Siliconöle dagegen weisen im vergleichbaren Tieftemperaturbereich eine um den Faktor 5 bis 10 gerin­ gere kinematische Viskosität, einen um bis zu 30 K niedri­ geren Fließ- bzw. Stockpunkt und höhere Flamm-, Brenn- und Selbstentzündungstemperaturen auf. Allerdings ist bei Si­ liconölen die Wärmeausdehnung um 20 bis 3% höher, ebenso die Luft- und Wasseraufnahme.
Es ist nun in überraschender Weise möglich, geeignete Fraktionen der beiden Stoffklassen in entsprechend abge­ stimmtem Verhältnis zu mischen, so daß sich die jeweiligen Vor- und Nachteile weitgehend kompensieren. Es entsteht ein Gemisch, das die erwähnten Vorteile vereint und die Nachteile der jeweiligen Stoffklasse allein nicht mehr aufweist, sondern allenfalls in stark abgeschwächter, nicht mehr störender Form. Besonders vorteilhaft ist, daß die Mischung durch Wahl des Mischungsverhältnisses und der einzelnen Poly-α-olefin- oder Siliconölfraktionen auf die Belange des jeweiligen Anwendungsgebietes gezielt aus­ gerichtet werden kann. Damit läßt sich das verfügbare Ei­ genschaftsspektrum von inerten dielektrischen Flüssigkei­ ten beträchtlich erweitern und das jeweils benötigte Pro­ dukt maßschneidern.
Eine Mischung beider Stoffklassen ist nicht naheliegend, weil sowohl deren chemische Strukturen als auch deren Her­ stellungsprozesse völlig unterschiedlich sind. Die Misch­ barkeit ist aber - wie eine experimentelle Überprüfung zeigte - lückenlos gegeben. Eine störende chemische Wech­ selwirkung zwischen beiden Stoffklassen tritt nicht ein. Vorteilhaft für die Oxidationsstabilität des Gemisches ist es außerdem, die Oxidationsempfindlichkeit insbesondere der Poly-α-olefine durch Zusatz eines Antioxidans, z. B. von 0,2-0,5% 2,6-Di-tert-butyl-p-kresol oder 2,5 Di-tert- butylhydrochinon herabzusetzen. Dadurch werden die Lager­ stabilität und die Konstanz der Eigenschaften gesteigert, und zwar auch unter erhöhter Temperatur, Druck- oder Wechselklimabeanspruchung.
Die Erfindung wird anhand der Tabelle exemplarisch be­ schrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.
Eigenschaften einer beispielhaften Mischung von niedrig­ viskosem Poly-α-olefin auf 1-Decen-Basis mit niedrig­ viskosem Siliconöl auf Polydimethylsiloxan-Basis

Claims (10)

1. Flüssigkeit mit in vorgebbaren Bereichen wählbaren thermischen, kalorischen, rheologischen sowie hydrauli­ schen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ge­ misch aus Poly-α-olefinen und/oder äquivalenten Isopa­ raffinen einerseits mit Polydimethylsiloxanen und/oder Po­ lyalkyl-/Polyarylsiloxanen andererseits vorhanden ist und daß die Volumen- und/oder Gewichtsanteile der Komponenten des Gemisches in Abhängigkeit von den geforderten elektri­ schen Eigenschaften der Flüssigkeit gewählt sind.
2. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von Poly-α-olefinen mit Polydimethylsi­ loxanen im Volum- oder Gewichtsverhältnis von 1 : 99 bis 99 : 1, vorzugsweise aber von 20 : 80 bis 80 : 20 vorhanden ist.
3. Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Gemisch von synthetischen Poly-α-ole­ finen, bevorzugt auf der Ausgangsbasis von 1-Decen und/oder dessen hydrierten Oligomeren mit einer kinemati­ schen Viskosität von 1 bis 100 mm2/s bei 100°C und einem Fließpunkt von -75 bis -20°C und Polydimethylsiloxanen mit einer kinematischen Viskosität von 0,6 bis 100 mm2/s bei 25°C und einem Fließpunkt von -100 bis -40°C vor­ handen ist.
4. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gemisch zusätzlich einen Oxidationsstabilisator (Antioxidans) enthält.
5. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Oxidationstabilisator zumin­ dest 2,6-Di-tert-butyl-p-kresol oder 2,5 Di-tert-butyl-hy­ drochinon in einer Konzentration von 0,2 bis 0,5 Gewichts­ prozenten enthält.
6. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, ge­ kennzeichnet zur Verwendung als Wärmeübertragungs- und Isolationsmittel in einem elektrischen Hochspannungs-Ge­ rät.
7. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, ge­ kennzeichnet zur Verwendung als Hydraulikflüssigkeit.
8. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, ge­ kennzeichnet zur Verwendung als Kühl- und Isolationsmittel für den Hochspannungsteil eines Radargerätes.
9. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, ge­ kennzeichnet zur gleichzeitigen Verwendung als Hydraulik­ flüssigkeit für hydraulische Systeme in einem Flugzeug und als Kühl und Isolationsmittel im Bordradar des gleichen Flugzeuges.
10. Flüssigkeit nach einem der vorherigen Ansprüche, ge­ kennzeichnet zur gleichzeitigen Verwendung als Hydraulik­ flüssigkeit für hydraulische Systeme in einem Flugzeug und als kühl und Isolationsmittel im Bordradar des gleichen Flugzeuges im Bypass.
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