DD246788A1

DD246788A1 - Verfahren zur schmierung bei tiefen temperaturen

Info

Publication number: DD246788A1
Application number: DD28799586A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Prescher; Hans Driescher; Michael Scheiding; Juergen Schulze
Original assignee: Adw Ddr Inst Kosmosforschung
Priority date: 1986-03-18
Filing date: 1986-03-18
Publication date: 1987-06-17

Abstract

Das Verfahren zur Schmierung bei tiefen Temperaturen verwendet ausschliesslich fluorhaltige Verbindungen des Typs RF-A. Weitere Schmierstoffe oder Additive kommen nicht zum Einsatz. Die verwendeten Tieftemperaturschmiermittel eignen sich vorteilhaft bei Reibpaarungen, die Temperaturen weit unterhalb von 0C ausgesetzt sind und ermoeglichen sogar ein Arbeiten feinmechanischer Geraete bei der Temperatur des fluessigen Stickstoffs. Durch ihren Einsatz kommt es zur Erhoehung der Lebensdauer feinmechanischer Geraete sowie zu einer Senkung des Energiebedarfs, aus der sich die Moeglichkeit einer guenstigen Gestaltung des Masse-Leistungs-Verhaeltnisses von feinmechanischen Geraeten ergibt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei der Schmierung von Lagern in der Tieftemperaturtechnik und in technischen Geräten oder Konsumgütern, die Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt des Wassers ausgesetzt sind, angewendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, fluorhaltige Additive Schmierölen beizugeben. Beispielsweisewird in der DD-PS 207 31 Oder Einsatz fluorhaltiger Additive des Typs Rp-X-R in Schmierölen zwecks Minderung des Verschleißes empfohlen. Bei derartigen Anwendungen werden die fluorhaltigen Additive den Schmierölen in Konzentrationen bis zu 10 Ma.-% zugesetzt. Diese Schmieröle sind auf Grund ihres überwiegenden Anteils an Kohlenwasserstoffverbindungen nur begrenzt einsetzbar, d.h. bei extremen Einsatzbedingungen wie Arbeiten bei tiefen Temperaturen versagen diese Schmierstoffe.

Einen hohen Anteil (70-80%) an fluorhaltigen telomeren Alkoholen in Form ihrer Adipinsäureester besitzen Schmierstoffe nach SU-PS 449925. Nachteilig ist ihr Gebrauch wegen der Zersetzlichkeit der Estergruppe unter tribochemischen Bedingungen.

Ferner ist auch hierbei noch ein Anteil von 20 bis 30% Kohlenwasserstoffverbindungen im Schmierstoffsystem vorhanden, der sich bei tiefen Temperaturen nachteilig auf die Funktionsfähigkeit von mechanisch bewegten Teilen auswirkt.

Ebenfalls ist nach US-PS 3784471 und US-PS 3788987 die Anwendung von Perfluoralkylpolyethern als Grundöl bekannt, in das feste Stoffe wie Graphit, Molybdänsulfid u.a. mittels einer oberflächenaktiven Substanz als Dispergator eingearbeitet werden.

Offenbar ist erst ein derartiges Drei-Komponenten-System als Schmierstoff brauchbar.

Wenn auch Fortschritte, wie Verschleiß-und Reibungsminderung, durch den Einsatz fluorhaltiger Additive in Schmierstoffen erzielt wurden, so fehlt es dennoch an Schmierstoffen, die bei extrem tiefen Temperaturen ihre Schmierwirkung beibehalten.

Bei den handelsüblichen als kältefest bezeichneten Schmierstoffen, die zur Schmierung mechanisch bewegter Systeme in der Feingerätetechnik verwendet werden, wird zwar ein günstiger Stockpunkt (z.B. —60 ⁰C) erreicht, jedoch liegt die Schmierwirkung bereits bei -20⁰C mit Reibwerten über den Werten der Trockenreibung.

Bei feinmechanischen Geräten mit präzisen und schnellen Bewegungsabläufen, die mit möglichst wenig Energieaufwand erfolgen müssen (z. B. bei Fotokameraverschlüssen) ist der Einsatz von Schmierstoffen zur Erzielung geringer Reibwerte bei niedrigen Temperaturen erforderlich. Da für derartige Systeme und Bedingungen keine geeigneten Schmierstoffe existieren, behilft man sich in der Weise, daß die Lager entölt werden und damit Trockenreibung vorliegt. Als Konsequenz dieser Maßnahme muß das Risiko eines vorzeitigen Ausfalls des Gerätes durch erhöhten Verschleiß in Kauf genommen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schmierung für Reibpaarungen anzugeben, welches insbesondere bei tiefen Temperaturen ein präzises Arbeiten mit verbesserten Reibverhältnissen gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von umfangreichen Untersuchungen der bekannten technischen kältefesten Schmiermittel besteht die erfinderische Aufgabenstellung darin, ein Verfahren anzugeben, welches, abweichend von den bisher verwendeten Zwei- oder Mehrkomponentenschmiermittelsystemen ohne den Einsatz von nachteiligen Grundölsubstanzen auf Kohlenwasserstoffbasis, eine ausreichende Schmierwirkung im Tieftemperaturbereich aufweist.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, als Schmiermittel ausschließlich fluorhaltige Verbindungen, die der allgemeinen Formel R_F-A entsprechen, worin R_F ein per- oder polyfluorierter Alkyl- oder Alkenylrest mit mindestens vier Kohlenstoffatomen und A ein durch Sauerstoff oder Schwefel überbrückter unsubstituierter oder substituierter Aryl- oder Alkylrest oder ein perfluorierter Alkylrest ist, einzusetzen. Diese fluorhaltigen Verbindungen können als Einzelverbindung, in Form von Homologengemischen oder auch als Gemische verschiedener Verbindungen o.g. Struktur zum Einsatz kommen. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der o. g. Schmiermittel entsteht eine Schmierwirkung, die sich günstig auf Reibung und Verschleiß auswirkt, ohne daß weitere Schmierstoffe oder Additive benötigt werden. Auf Grund des sehr hohen Fluoranteils im Molekül der fluorhaltigen Verbindungen, sind die erfindungsgemäßen Schmiermittel geeignet, einen weiteren Temperaturbereich als bisher bekannte Schmierstoffe abzudecken, so daß selbst unter extremen Bedingungen (wie Temperaturen unter -80⁰C) eine Verwendung möglich ist. Der nichtfluorierte Teil des Moleküls muß sich in einem günstigen Masseverhältnis zum fluorierten Teil des Moleküls befinden, um die Schmierwirkung unter den geforderten Bedingungen nicht zu behindern. Er ist für die Einstellung der geeigneten Viskosität des Schmiermittels verantwortlich.

Der erfindungsgemäße kombinierte Einsatz von zwei oder mehreren fluorierten Verbindungen o.g. Struktur kann ebenfalls zur gewünschten Viskositätseinstellung dienen, hat aber darüber hinaus noch positive Auswirkungen auf das Reibungs- und Verschleißverhalten der Reibpaarungen. Erfindungsgemäß einsetzbare Homologengemische o.g. fluorhaltiger Verbindungen haben den Vorteil der einfachen Herstellung ohne kostspielige Abtrennungsverfahren.

Vorteilhaft bei der Hersteilung der erfindungsgemäßen Schmiermittel ist, daß die sonst übliche komplizierte Zusammensetzung verschiedenartiger Komponenten in den Schmierstoffen durch stoffeinheitliche Verbindungen abgelöst werden, die nicht Anlaß zu Entmischungen geben können.

Selbstverständlich sind die eingesetzten Schmiermittel auch für Anwendungen bei Temperaturen über 0°C einsetzbar. Der Einsatz der Schmiermittel gestattet, bei niedrigen Temperaturen mit verbesserten Reibverhältnissen zu arbeiten. Es kommt zu einer Verkleinerung des Reibkoeffizienten von Reibpaarungen, dieTemperaturen unter 0°C ausgesetzt sind und sogar zu einer Realisierung der Schmierung von Reibpaarungen, die im Bereich der Temperatur des flüssigen Stickstoffs arbeiten. Durch die mit dem Einsatz dieser Schmiermittel verbundene Senkung des Energiebedarfs ergibt sich die Möglichkeit einer günstigeren Gestaltung des Masse-Leistungs-Verhältnisses von Geräten (Verkleinerung der Geräte, Materialeinsparung u.a.).

Ausführungsbeispiel

Als fluorhaltige Verbindungen für das Verfahren zur Schmierung kommen beispielsweise folgende in Frage:

0-C₆H₅

Tieftemperaturschmiermittel	Rf
(TTS)
1	C₆F₁₁
2	C₈Fi₅
3	H(CF₂CFj)₄CH₂
4	C_nF_2n_Kn = 8...9)
5	C₇F₁₃
6	C₄F₇
7	CeF₁₁CI₄
8	C₆F₉
9	C₇F₁₅CH₂
10	C₁₀F₁₉
11	CnFon _ 1 in = R Ql

0-CH₃ 0-C₈H₁₇ 0-CH₂CH₂OH S-CH₂CH₂OH 0-CH₂CH₂OCH₃ 0-CH₂CH₂OC₅F₉

0-CH₂CH₂N' 0

C₄F₉ 0-C₁₀F₂₁

In der Figur 1 ist die Abhängigkeit des Reibwertes von der Temperatur für verschiedene Reibpaarungen dargestellt. Die Messung erfolgte mit Hilfe einer Vorrichtung, bei der eine gehärtete Stahlplatte (80 mm Durchmesser) mit geläppter Oberfläche (R_z =S 0,5 μηη) horizontal miteinerGeschwindigkeitvon 1 ms"¹ rotierte. Als Gleitpartner wurden drei um 120°zueinanderversetzte Zylinder aus Stahl (5 mm Durchmesser) selbstjustierend mit einem Aufdruck von 1 N pro Zylinder stirnseitig gegen die rotierende Platte gedrückt. Der Reibwert wurde aus der Mitnahmekraft der Reibpaarung gegeneinander gewonnen.

In der nachfolgenden Auswertung beziehen sich die gewonnenen Ergebnisse nur auf die zuvor genannten Prüfbedingungen. Im konkreten Anwendungsfall, bei anderen Materialpaarungen, Belastungen und Reibgeschwindigkeiten können die im Prüfgerät ermittelten Werte von den tatsächlichen Werten abweichen.

Kurve 1 zeigt den Verlauf der Temperaturabhängigkeit des Reibwertes μ bei Trockenverlauf im Bereich von —70°Cbis+50°C. Der temperaturabhängige Reibverlauf für ein handelsübliches Spezialöl ist in Kurve 2 dargestellt. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, erreicht das Spezialöl bei ca. -20°C einen Reibwert, der im Bereich von μ ~ 0,3 liegt und damit für viele feinmechanische Anwendungen nicht mehr akzeptabel ist.

Diese Grenze, die im Einzelfall durchaus in einem anderen Bereich liegen kann, wird durch die erfindungsgemäßen Schmiermittel TTS4 bzw. TTS11 erst bei -35⁰C (Kurve 3) bzw. bei -55°C (Kurve 4) erreicht.

Das Schmiermittel TTS 5 wurde in der Lagerung einer Dosiereinrichtung für flüssigen Stickstoff direkt der Temperatur des flüssigen Stickstoffs ausgesetzt. Ungeschmiert oder mit bisher bekannten Schmierstoffen war das Lager funktionsunfähig. Beim Einsatz des TTS5 konnten mehrere Hundert Betätigungsvorgänge realisiert werden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Schmierung bei tiefen Temperaturen, gekennzeichnet dadurch, daß ausschließlich fluorhaltige Verbindungen, die der allgemeinen Formel

R_F-A entsprechen,

worin R_Fein per-oderpolyfluorierter Alkyl-oder Alkenylrest mit mindestens vier Kohlenstoffatomen und A ein durch Sauerstoff oder Schwefel überbrückter unsubstituierter oder substituierter Aryl- oder Alkylrest oder ein perfluorierter Alkylrest ist, verwendet werden.
2. Verfahren zur Schmierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die fluorhaltigen Verbindungen als Einzelverbindung verwendet werden.
3. Verfahren zur Schmierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die fluorhaltigen Verbindungen in Form von Homologengemischen verwendet werden.
4. Verfahren zur Schmierung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß Gemische von verschiedenen fluorhaltigen Verbindungen verwendet werden.

Hierzu 1 Seite Zeichnung