Hohn, Dr. Hannsheinz Fuchs C. O. P. (DE)
Mang, Dr. Theo Fuchs Petrolu C. O. (DE)
Turek, Rudolf Fuchs Petrolu C. O. (DE)
Wildersohn, Dr. Manfred Fuch C. O. (DE)

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EP19930108141

12/08/1993

05/19/1993

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FUCHS PETROLUB AG OEL & CHEMIE (DE)

C10M169/00; C10M169/04; C10M171/00; C10M171/00; (IPC1-7): C10M169/04; C10M105:32; C10M171/00; C10M105:36; C10M105:38; C10M105:42; C10M163:00; C10M169/04; C10N30/00; C10N40:04; C10N40:08; C10N40:25

WO/1991/002784A1

ENVIRONMENT-FRIENDLY BASIC OIL FOR FORMULATING HYDRAULIC FLUIDS

1. Betriebsstoff f·ur den Einsatz in Verbrennungsmotoren nach dem Fremd- und Selbstz·undungsprinzip mit Umlaufschmierung, in Getrieben, Hydrauliken, Kupplungen u. dgl. Aggregaten in Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen, bestehend aus einem Grund·ol und Additiven, dadurch gekennzeichnet, dass das Grund·ol biologisch abbaubar und die Additive nicht toxisch und nicht umweltgef·ahrdend sind.

2. Betriebsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grund·ol aus einem oder mehreren biologisch abbaubaren Ester·olen, insbesondere Gemischen unterschiedlicher Estertypen, besteht.

3. Betriebsstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ester Di-Carbons·aureester, Polyolester, Komplexester und/oder Ester auf der Basis von Dimerfetts·auren bzw. Gemische derselben dienen.

4. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ester Di-Carbons·aureester auf der Basis von Adipins·aure, Azelains·aure und/oder Sebacins·aure mit geradkettigen und/oder verzweigten Alkoholen der Kettenl·ange C4 bis C18, vorzugsweise C6 bis C13, bzw. Gemische unterschiedlicher Kettenl·ange derselben, dienen.

5. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Ester Polyolester auf der Basis von Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Pentaerythritol und/oder Neopentylglykol mit geradekettigen und/oder verzweigten Carbons·auren der Kettenl·ange C4 bis C22, vorzugsweise C6 bis C18, bzw. Gemische unterschiedlicher Kettenl·ange derselben, dienen.

6. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Ester Komplexester dienen, welche durch Veresterung von mehrwertigen Alkoholen mit Di-Carbons·auren erhalten worden sind.

7. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive Antioxidantien, Metallpassivatoren, Rost- und Korrosionsinhibitoren, Viskosit·atsindex-Verbesserer, Stockpunkt-Erniedriger, Ablagerungsverhinderer, Detergier- und Dispergiermittel, Hochdruck- und Verschleissschutzzus·atze und/oder Reibungsmodifikatoren od. dgl. dienen.

8. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive phenolische und/oder aminische Antooxidantien dienen.

9. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive eine Kombination synergistisch wirkender Antioxidantien dient.

10. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der Antioxidantien 0,5 % bis 6 % betr·agt.

11. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als phenolische Antioxidantien alkylierte Monophenole (z.B. 2,6-Di-Tert-Butyl-4-Methylphenol, 2,6-Di-Tert-Butyl-Phenol, 2-Tert-Butyl-4,6-Dimethylphenol und/oder 2,6-Di-Tert-Butyl-4-Ethylphenol) und/oder alkylierte Hydrochinone (z.B. 2,5-Di-Tert-Butyl-Hydrochinon, und/oder 2,6-Di-Tert-Butyl-4-Methoxyphenol) und/oder hydroxilierte Thiodiphenyl·ather (z.B. 2,2'-Thio-Bis (4-Octylphenol) und/oder Alkyliden-Bisphenole (z.B. 2,2'-Methylen-Bis-(6-Tert-Butyl-4-Methylphenol) und/oder Benzylverbindungen (z.B. 1,3,5-Tri-(3,5-Di-Tert-Butyl- 4-Hydroxybenzyl)-2,4,6-Tri-Methylbenzol) und/oder Acylaminophenole (z.B. N-(3,5-Di-Tert-Butyl-4-Hydroxyphenol)-Carbamins·aure-Octylester) dienen.

12. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als aminische Antioxidantien Di-Phenylamin, octylisiertes Di-Phenylamin und/oder N-Phenyl-1-Naphtylamin, dienen.

13. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Antioxidantien aliphatische oder aromatische Phosphite, Ester der Thio-Di-Propions·aure, Butyl-Hydroxyanisol, Butyl-Hydroxyltoluol, Methoxyhydrochinon, 2,2,4-Tri-Methyl-1,2-Di-Hydrochinolin, 3-(3,5-Di-Tert-Butyl-4-Hydroxyphenyl)-Propions·aure-Octadecylester und/oder Tocopherol, dienen.

14. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall-Passsivatoren Benztriazole und deren Derivate, Salicylaminoguanidin, Toluotriazole und deren Derivate, 2-Mercaptobenzthiazol, 2-Mercaptobenztriazol und/oder Salicyliden-Propylendiamin, dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 1,0 %, insbesondere 0,02 bis 0,08 %.

15. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Rost- bzw. Korrosionsinhibitoren organische S·auren, ihre Ester, Metallsalze und Anhydride, z.B. N-Oleoyl-Sarkosin, Sorbitan-Monooleat und/oder Alkenyl-Bernsteins·aure-Anhydrid, stickstoffhaltige Verbindungen, z.B. prim·are, sekund·are oder terti·are aliphatische oder zyclcaliphatische Amine und Aminsalze von organischen und anorganischen S·auren und/oder heterozyklische Verbindungen, wie z.B. substituierte Imidazoline und Oxazoline, und/oder phosphorhaltige Verbindungen, z.B. Aminsalze von Phosphors·aure-Parziolestern, dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,1 bis 5 %, insbesondere 0,1 bis 1,0 %.

16. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Viskosit·atsindex-Verbesserer bzw. Stockpunkt-Erniedriger Polyacrylate, Polymethacrylate, Vinylpyrolidon/Methacrylat-Copolymere und/oder Poly·ather, dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,05 bis 4,0 %, insbesondere 0,2 bis 2 %.

17. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Ablagerungsverhinderer Poly·ather dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,5 bis 15 %, insbesondere 1,0 bis 10 %.

18. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Detergier- bzw. Dispergiermittel Polybutenyl-Bernsteins·aure-Amide oder -imide, Polybutenyl-Phosphors·aurederivate, Guanidin-Derivate und/oder Salicylate, dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,5 bis 8,0 %, insbesondere 2,0 bis 5,0 %.

19. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Hochdruck- bzw. Verschleissschutz-Additive Schwefel und/oder Phosphor enthaltende Verbindungen, wie geschwefelte, pflanzliche ·Ole, metallfreie Dithiophosphate, Phosphors·aureester, Phosphite und/oder Phosphonite, dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,5 bis 3,0 %, insbesondere 1,0 bis 2,0 %.

20. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Antischaumzus·atze Silikon·ole, z.B. Dimethylpolysiloxan, Polyethylenglykolether, Aminoalkohole und/oder bestimmte Ester dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 2,0 %, insbesondere 0,05 bis 0,5 %.

21. Betriebsstoff nach einem der Anspr·uche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Reibungsmodifikatoren Ester, Fetts·aureamide, sulfurierte Fettester und Fetts·aureamide, Esteramide von alkoxylierten Aminen, borierte langkettige 1,2-Alkandiole und/oder Polycarbons·aureester dienen, und zwar vorzugsweise in einem Gewichtsanteil von 0,5 bis 5 %, insbesondere 1,0 bis 3,0 %.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Betriebsstoff f·ur den Einsatz in Verbrennungsmotoren nach dem Fremd- und Selbstz·undungsprinzip mit Umlaufschmierung in Getrieben, Hydrauliken, Kupplungen u. dgl. Aggregaten in Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen.

Die Erfindung bezieht sich also auf einen Betriebsstoff, der in erster Linie f·ur den Einsatz in Verbrennungsmotoren nach dem Selbstz·undungs- oder Fremdz·undungsprinzip geeignet ist, soweit diese ein Umlaufschmierungssystem besitzen. Der Betriebsstoff soll von Fall zu Fall in gleicher Weise besonders geeignet sein f·ur die Erf·ullung von Anforderungen von Aggregaten, die der Verwertung der in den Verbrennungsmotoren erzeugten Antriebsenergie, wie bspw. Schaltgetriebe, Hydrauliksysteme, Turbokupplungen, Achsgetriebe, unabh·angig davon, ob die Aggregate und Motoren getrennte oder gemeinsame ·Olhaushalte besitzen.

Zur Vermeidung der Umweltbelastung ist bereits allgemein, jedoch ohne n·ahere Spezifizierung vorgeschlagen worden, Schmierstoffe auf der Basis leicht abbaubarer Grund·ole vom Estertyp und Additive leichter Abbaubarkeit und geringer Toxizit·at einzusetzen.

In der Praxis sind solche Schmierstoffe und ·ahnliche Betriebsstoffe vorzugsweise da in Anwendung, wo durch Verlustschmierung der gesamte verwendete Betriebsstoff nach seinem Gebrauch in die Umwelt gelangt, was beispielhaft f·ur S·ageketten·ole, Weichenschmieren, Entschalungs·ole, S·agegatterschmierstoffe und 2-Takt-Motoren·ole zutrifft. Es sind jedoch auch F·alle bekannt, in denen solche Schmierstoffe und ·ahnliche Betriebsstoffe in Aggregaten verwendet werden, bei denen keine Verlustschmierung vorgesehen ist, jedoch die Bef·urchtung oder der Verdacht besteht, dass gelegentlich Betriebsstoffe in die Umwelt gelangen, wie beispielhaft in Getriebe, Hydrauliken und Kompressoren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Betriebsstoff der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welcher zun·achst generell als Umlaufschmierstoff f·ur Verbrennungsmotoren aller Art geeignet ist, vorzugsweise solcher, die in Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen Verwendung finden. Solche Motoren stellen erhebliche Anforderungen an die eingesetzten Schmierstoffe, insbesondere dann, wenn sie mit Sondereinrichtungen zur Beeinflussung der Verbrennung und der Verbrennungsprodukte wie Turboladern, Abgaskatalysatoren versehen sind. Neben dieser generellen Eignung f·ur Verbrennungsmotoren soll der Betriebsstoff gem·ass der vorliegenden Erfindung universell insbesondere im Bereich der Bau- und Landmaschinen einsetzbar sein.

Das Einsatzprofil des erfindungsgem·assen Universal·ols soll bei geringer Umweltbelastung insoweit und beispielhaft die Aggregate Otto- und Dieselmotoren, vorzugsweise nach dem 4-Takt-Prinzip, mit und ohne Turboaufladung, separate Hydrauliksysteme mit eigenem ·Olhaushalt, Getriebe und Hydrauliken mit gemeinsamen ·Olhaushalt mit und ohne integrierte Nassbremssysteme, Turbokupplungen und Lastschaltgetriebe ·uberdecken und ggf. Achsgetriebe mit und ohne Sperrdifferential einschliessen.

Die vorliegende Erfindung schliesst also die Aufgabe der Vermeidung von Umweltbelastungen durch Betriebsstoffe in allen Phasen des praktischen Einsatzes und die bisher nur mit umweltgef·ahrdenden Kombinationen von Grund·olen und Additiven erreichten bzw. erreichbaren technischen Leistungen in den erw·ahnten Aggregaten ein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgem·ass im wesentlichen dadurch gel·ost, dass das Grund·ol in seiner Gesamtheit biologisch abbaubar und die Additive nicht toxisch und nicht umweltgef·ahrdend sind.

Der Gewichtsanteil des biologisch abbaubaren Grund·ols kann dabei vorzugsweise zwischen 80 und 95 % und der Gewichtsanteil der Additive zwischen 20 und 5 % liegen.

Das Grund·ol besteht dabei vorzugsweise aus einem oder mehreren biologisch abbaubaren Ester·olen, insbesondere Gemischen unterschiedlicher Estertypen, wobei die Erfindung insbesondere vorsieht, nur Estertypen einzusetzen, deren biologische Abbaubarkeit mindestens 80 % nach CEC-L-33-T-82 entsprechen.

F·ur Eins·atze dieser Art, d.h. f·ur die Umlaufschmierung von Verbrennungsmotoren generell und dar·uber hinaus universell in den erw·ahnten Aggregaten sind bisher vorzugsweise Betriebsstoffe auf Mineral·olbasis unter Verwendung von solchen Additiven oder Additiv-Kombinationen aufgebaut worden, die sowohl auf die gestellten technischen Aufgaben, als auch auf die Vertr·aglichkeit mit den Grund·olen auf Mineral·olbasis abgestimmt sind. Zur Verbesserung der Leistungsf·ahigkeit, im besonderen hinsichtlich des K·altefliessverhaltens und des Verdampfungsverlustes, sind anstelle der Grund·ole auf Mineral·olbasis solche auf Synthesebasis eingesetzt worden, wobei wiederum vorzugsweise synthetische Kohlenwasserstoffe wie Polyalphaolefine Verwendung gefunden haben.

Soweit Grund·ole vom Estertyp in solche Formulierungen Eingang gefunden haben, beschr·ankt sich deren Anteil - in der Gr·ossenordnung von bis zu 25 % - ausschliesslich auf die Verbesserung der Leistungsf·ahigkeit, ohne dass hierbei irgendwelche Umweltaspekte eine Rolle spielten. Teil- oder vollsynthetische Betriebsstoffe mit einem Grund·olanteil vom Estertyp konnten in diesem Zusammenhang mit den gleichen oder nur geringf·ugig modifizierten Additivkombinationen, wie sie f·ur Grund·ole auf Mineral·olbasis bew·ahrt sind, auf das erforderliche Leistungsniveau eingestellt werden.

Als erfindungsgem·asse Ester kommen vorzugsweise Di-Carbons·aureester, Polyolester, Komplexester und/oder Ester auf der Basis von Dimerfetts·auren bzw. Gemische derselben in Frage.

Spezielle erfindungsgem·asse Di-Carbons·aureester ergeben sich aus Anspruch 4.

Spezielle erfindungsgem·asse Polyolester ergeben sich aus Anspruch 5.

Spezielle erfindungsgem·asse Komplexester ergeben sich aus Anspruch 6.

Die eingesetzten Additive k·onnen vorzugsweise Antioxidantien, Metallpassivatoren, Rost- bzw. Korrosionsinhibitoren, Viskosit·atsindex-Verbesserer, Stockpunkt-Erniedriger, Ablagerungsverhinderer, Detergier- und Dispergiermittel, Hochdruck- und Verschleissschutzzus·atze und/oder Reibungsmodifikatoren od. dgl. sein.

Was den Additivanteil betrifft, so ist entscheidend, auf den ·uberwiegenden Teil der konventionellen, in technisch anspruchsvollen Betriebsstoffen der erw·ahnten Art eingesetzten Komponenten und deren Kombinationen zu verzichten, weil diese ·uberwiegend umweltgef·ahrdend sind und sich dar·uber hinaus nicht mit erfindungsgem·assen Grund·olen ausschliesslich vom Estertyp kombinieren lassen. Unter der Voraussetzung, dass alle Additive nicht toxisch und nicht umweltgef·ahrdend sind, k·onnen diese vorzugsweise anhand ihrer Aufgabenstellung definiert werden. Bevorzugt sind dabei insbesondere solche Additive mit multifunktionellen Eigenschaften.

Als Additive werden vorzugsweise phenolische und/oder aminische Antioxidantien eingesetzt, soweit diese die gew·unschte biologische Abbaubarkeit und geringe Toxizit·at gew·ahrleisten.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn als Additive eine Kombination synergetisch wirkender Antioxidantien eingesetzt wird.

Der Gewichtsanteil der Antioxidantien liegt vorzugsweise in der Gr·ossenordnung zwischen 1 bis 6 %.

Spezielle erfindungsgem·asse Antioxidantien ergeben sich aus den Anspr·uche 11 bis 13.

Als besondere Metallpassivatoren, Rost- bzw. Korrosionsinhibitoren, Viskosit·atsindex-Verbesserer, Stockpunkt-Erniedriger, Ablagerungsverhinderer, Detergier- bzw. Dispergiermittel, Hochdruck- und Verschleissschutzzus·atze sowie Reibungsmodifikatoren werden mit der Erfindung insbesondere die in den Anspr·uchen 14 bis 21 aufgef·uhrten vorgeschlagen, ebenso deren bevorzugten Gewichtsanteile.

Der Einsatz der erfindungsgem·assen Betriebsstoffe ist, trotz der in Rechnung zu stellenden Leckagen und der ·Olanteile, welche verbrannt oder unverbrannt mit dem Motorenabgas in die Umwelt gelangen, bei Lagerung, Transport und dem Umf·ullen wesentlich risiko·armer als derjenige der bisherigen Mineral·ole. Die Anforderungen, welche bspw. durch Wasserhaushaltsgesetz, Emissionsschutzgesetz, Chemikaliengesetz, Gefahrstoffverordnung u. dgl. gestellt werden, sind nach der Erfindung ohne weiteres zu erf·ullen.

Die eingesetzten Ester·ole haben eine biologische Abbaubarkeit von mindestens 80 % im Gegensatz zu herk·ommlichen Mineral·olkohlenwasserstoffen von etwa 20 %, die erfindungsgem·assen Betriebsstoffe werden in die Wassergef·ahrdungsklasse WGK 0 eingestuft, im Gegensatz zu Betriebsstoffen auf der Basis herk·ommlicher Mineral·ole und Additive, welche in WGK2 einzustufen sind. Die Verdampfungsverluste nach NOACK liegen bei den erfindungsgem·assen Betriebsstoffen unter 6 %, w·ahrend bspw. mineral·olbasische 10W-Grund·ole Verdampfungsverluste von ·uber 15 % aufweisen. Die niedrigen NOACK-Werte f·uhren zu einem geringen ·Olverbrauch und geringer Abgasemission, insbesondere zu einer Reduzierung der Partikelemission.

Das Viskosit·ats-Temperatur-Verhalten der erfindungsgem·assen Betriebsstoffe kann bspw. analog den technischen Anforderungen dem von herk·ommlichen Motoren·olen der Klassen SAE 5W-40 oder SAE 10W-40 entsprechen. Die K·alteviskosit·at n·ahert sich der eines 5W-Motoren·ols.

Bei den erfindungsgem·assen Betriebsstoffen kann der Additivanteil des erfindungsgem·assen neuartigen Additivsystems vorzugsweise bei 5 % liegen. Die aschebildenden Bestandteile der Additive enthalten kein Zink, sie werden auf maximal 50 % der in herk·ommlichen Motoren- und Aggregat·olen beschr·ankt (Sulfatasche maximal 0,6 Gew.-%). Die im Additivsystem verwendeten Einzelkomponenten liegen nur in der Wassergef·ahrdungsklasse WGKO oder 1. Bei den erfindungsgem·assen Betriebsstoffen werden keine Komponenten verwendet, welche nach der Gefahrstoffverordnung (Chemikaliengesetz) kennzeichnungspflichtig sind.

Das Leistungsverm·ogen des erfindungsgem·assen Universal·ols entspricht den in Spezifikationen massgeblicher Hersteller enthaltenen Anforderungen und - soweit die motorische Leistungsf·ahigkeit betroffen ist - den jeweils international g·ultigen CCMC- bzw. ACEA-Spezifikationen, wie bspw. G5/PD2/D4.

Die erfindungsgem·assen Universal·ole haben ·uber ihre Leistungsf·ahigkeit als Motoren·ole hinaus ganz besondere Eigenschaften, die sich aus den Anforderungen der Getriebe, nassen Bremsen, Kupplungen, Hydrauliken u. dgl. ergeben.