DE112009001169B4

DE112009001169B4 - Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager

Info

Publication number: DE112009001169B4
Application number: DE112009001169.1T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kawamura; Osamu SAITA
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: CN102027102B; JP2009275176A; WO2009139371A1; CN102027102A; KR20110021896A; JP5346491B2; TWI434925B; TW201011102A; KR101610979B1; DE112009001169T5

Abstract

Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager, umfassend(a) ein Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker Harnstoffverbindungen verwendet werden, und(b) ein Nicht-Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker ein Gemisch aus (i) einer in ihrer Molekülstruktur Amidbindungen aufweisenden Amidolithium-Komplexseife in Form eines Lithiumsalzes einer N-Alkyl-substituierten Monoamidsäure, (ii) einem Lithiumsalz einer zweibasigen Säure und (iii) einem N-Alkyl-substituierten Diamid verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,dass vorbezeichnete Harnstoffverbindungen durch Umsetzen einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Monoamin-Komponente erhalten werden und der Anteil aliphatischer Monoamine in vorbezeichneter Monoamin-Komponente bei mindestens 46 mol-% des gesamten Monoamins liegt,und dass der Anteil des Nicht-Harnstoff-Schmierfetts an der gesamten Schmierfettzusammensetzung 10 bis 80 Gewichts-% beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager, das für Wälzlager verwendet wird, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Wellen wie beispielsweise Spindeln von Werkzeugmaschinen halten.
Stand der Technik
Von Spindeln in Werkzeugmaschinen wird verlangt, dass sie sich mit hohen Geschwindigkeiten drehen, damit die Bearbeitungseffizienz gesteigert werden kann, und für die hierbei genutzten Lager werden verschiedenste Schmiertechniken angewandt. Bekannte Verfahren zum Schmieren von sich mit hohen Geschwindigkeiten drehenden Spindeln sind u.a. Ölnebelschmierung, Druckluftschmierung, und Ölstrahlschmierung. Diese Verfahren erfordern jedoch den Einsatz von Druckluft und/oder zusätzlichen Vorrichtungen, beispielsweise zur Ölförderung, was eine Ursache für höhere Anfangskosten und Betriebskosten von Werkzeugmaschinen darstellt. Die Schmierung mit Schmierfetten kann demgegenüber als vorteilhaft bezeichnet werden, da sie keinerlei Wartung erfordert. Beispiele für Wälzlager, mit denen Spindeln mit Drehgeschwindigkeiten von zum Beispiel 2000 bis 8000 U/min und mehr gehalten werden, sind Axialschräglager und Zylinderrollenlager.
Ausweislich 2 können Schrägkugellager 11 außer radialen Belastungen auch axiale Belastungen aus einer Richtung aufnehmen und die Gerade, die die Kontaktpunkte zwischen Stahlkugel 14 und Innenring 12 bzw. Außenring 13 verbindet, liegt in einem Winkel α zur radialen Richtung. In den vom Innenring 12, Außenring 13 und von der Stahlkugel 14 gebildeten Lagerraum wird das Schmierfett aufgenommen. Als Schmierstoff für Hochgeschwindigkeitslager wie etwa derartige Schrägkugellager und Zylinderrollenlager werden vorzugsweise Schmierfette verwendet, die keinerlei Wartungsarbeiten wie etwa das Zuführen von Öl erfordern und so eingestellt sind, dass sie die Umgebung nicht verschmutzen.
Im Folgenden werden die von Schmierfetten für Hochgeschwindigkeitslager wie etwa Wälzlagern für die Lagerung von Spindeln geforderten Schmiereigenschaften und Probleme zusammenfassend dargestellt. (a) Wie unter den folgenden Punkten (i), (ii) und (iii) erläutert, muss das Schmierfett die folgenden Anforderungen erfüllen, damit in langlebigen Wälzlagern eine möglichst lange andauernde Schmierung erreicht wird: das Schmiermittel (Schmierfett oder dessen Basisöl) sollte möglichst nicht aus dem Wälzlager heraustreten (geringe Leckanfälligkeit), das Schmierfett muss eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweisen und es muss einen Schmierfilm in der für die Schmierung erforderlichen Dicke bilden.
(i) Bei einem Betrieb von Wälzlagern mit hoher Geschwindigkeit bewirken Zentrifugalkräfte, dass das im Lager befindliche Schmierfett herausläuft oder sich das Basisöl des Schmierfettes trennt und dann herausläuft, was leicht zu einer ungenügenden Schmierung führt, da sich unter diesen Bedingungen das Schmierfett nur schwer auf den im wesentlichen zur Schmierung beitragenden Lagerlaufflächen sammelt. Um hier Abhilfe zu schaffen, werden als Gegenmaßnahme Dichtungsbauteile, insbesondere Dichtungsbleche, an Wälzlagern montiert. Mitunter lässt die Konstruktion der Lager dies nicht zu und des Weiteren gibt es Fälle, in denen trotz der Ausrüstung der Lager mit Dichtungsbauteilen ein vollständiger Abschluss der Schmierstoffe bzw. Schmieröle nach außen nicht erreicht werden kann.
Im Fall von Wälzlagern, die nicht mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, kann davon ausgegangen werden, dass überschüssiges Schmierfett, das aufgrund der Bewegung zwischen beweglichen und haltenden Teilen aus aneinander unter Reibung stehenden Abschnitten herausgepresst wird, unter entsprechenden Rotationsbedingungen in einem gewissen Maß in das Lager zurückläuft und dann wieder zur Schmierung beiträgt. Dieser Rückfluss wird jedoch im Falle von Wälzlagern für mit hohen Geschwindigkeiten rotierenden Spindeln bzw. Drehwellen in Werkzeugmaschinen von dem in diesen Lagern entwickelten Luftdruck verhindert, was wiederum eine mangelhafte Schmierung begünstigt. Aus diesen Gründen trägt in mit hohen Geschwindigkeiten rotierenden Wälzlagern nur ein geringer Teil des Schmierfettes zur Schmierung bei und gerade deshalb kommt den Schmierfetteigenschaften eine wichtige Rolle zu. Außerdem dürfen im Falle von Schmierfetten für Hochgeschwindigkeitslager selbst bei geringen Mengen Schmierfett keine Einbußen an Schmierleistung auftreten.
(ii) Bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten laufen die Wälzflächen von Lagern aufgrund örtlicher Wärmeentwicklung heiß. Dies führt bei gering wärmebeständigen Schmierfetten zu durch Wärmeeinwirkung bedingten Qualitätseinbußen und somit zu einer drastisch verkürzten Lebensdauer der Schmierfette. Durch Verwendung wärmebeständiger Eindicker und Basisöle sowie durch Zusetzen von Antioxidantien wurde bislang versucht, dieses Problem zu lösen. Eine ausreichende Verbesserung der Schmierfettbeständigkeit wurde hierdurch jedoch nicht erreicht.
(iii) Schmierfette mit verbessertem Schmiervermögen (d.h. dickerem Schmierfilm) führten bislang zu einer verstärkten Wärmeentwicklung, da die durch die höhere Viskosität bedingte Zunahme des Scherreibungswiderstands zu einer Drehmomenterhöhung führt. Um diese Phänomene zu verhindern, werden Basisöle mit niedriger Viskosität verwendet. Dies führt zu einem dünneren Schmierfilm, da infolge des durch die hohen Geschwindigkeiten bedingten Temperaturanstiegs die Schmierölviskosität abnimmt, und diese dünneren Schmierfilme bewirken, dass zuweilen Gleitreibung auftritt.
(b) Um niedrige Drehmomente (Unterdrückung des Temperaturanstiegs) zu erreichen, wird, wie oben erläutert, bislang die Viskosität der Basisöle niedrig gehalten. Die Drehung von Lagern mit hoher Geschwindigkeit führt jedoch wegen des Temperaturanstiegs zu einem deutlichen Abfall der Viskosität, woraus sich das Problem ergibt, dass kein Schmierfilm mit einer für die Schmierung erforderlichen Dicke gebildet wird.
(c) Verminderung von Vibration: die Verwendung mancher Eindicker führt zu einer stärkeren Vibration der Lager. Insbesondere Schmierfette, die Eindicker enthalten, die große und harte Agglomerate bilden, verstärken die Vibration der mit ihnen geschmierten Wälzlager.
Herkömmliche Schmierfette weisen somit, wenn sie in Hochgeschwindigkeitswälzlagern verwendet werden, das Problem auf, dass sie die an sie gestellten Anforderungen hinsichtlich langer Lagerlebensdauer, niedriger Drehmomente und geringer Vibration nicht erfüllen können. Als Gegenmaßnahme wurden Schmierfette mit einem Zusatz von Harnstoffverbindungen (vgl. Patentdokumente Nr. 1 bis 4) vorgeschlagen, diese reichen jedoch nicht aus, um die bei hohen Geschwindigkeiten geforderten Leistungen zu erbringen.
In Patentdokument 3 wird beispielsweise eine Schmierfettzusammensetzung offenbart, die ein Basisöl mit einer Viskosität bei 40 °C von mindestens 15 mm²/s, jedoch höchstens 40 mm²/s und als Eindicker Diharnstoffverbindungen mit einem Anteil an der Schmierfettzusammensetzung von mindestens 9 Massen%, höchstens jedoch 14 Massen-% enthalten und eine Walkpenetration von mindestens 220, jedoch höchstens 320 aufweisen. Aber auch im Falle dieser Schmierfettzusammensetzung ist es schwierig, die Befüllmenge niedrig einzustellen. Außerdem werden auch mit dieser Zusammensetzung die Anforderungen im Hochgeschwindigkeitsbetrieb von Lagern nicht ausreichend erfüllt und es ist schwierig, Werkzeugmaschinen kompakt zu gestalten und die Betriebskosten zu reduzieren.
Patentdokument 4 offenbart ein geräuscharmes Schmierfett mit hoher Wärmebeständigkeit und hoher Ölabtrennbeständigkeit. Das Schmierfett umfasst ein Basisöl, 2 bis 30 Gew.-% eines Metallsalzes einer N-substituierten Terephthalaminsäure, 2 bis 30 Gew.-% einer Lithiumseife und/oder einer Lithiumkomplexseife, sowie gegebenenfalls 2 bis 30 Gew.-% einer Polyharnstoffverbindung. Als Metallsalz der N-substituierten Terephthalaminsäure kann u.a. ein Lithiumsalz zur Anwendung gelangen, während die Lithiumkomplexseife aus dem Lithiumsalz einer aliphatischen Carbonsäure und dem Lithiumsalz einer zweibasigen Säure gebildet sein kann.
In den letzten Jahren sind die Einsatzbedingungen für Wälzlager zunehmend strenger geworden und inzwischen sind auch viele Wälzlager für Spindeln im Einsatz, die mit hohen Drehzahlen mit einem dmN-Wert (Produkt von Teilkreisdurchmesser dm und Drehzahl N) von 1.700.000 und höher betrieben werden. Mit den bestehenden Schmierfetten ist es schwierig, die an die Lager im Zuge dieser Entwicklung zu hohen Lagerdrehzahlen gestellten Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Vorveröffentlichte technische Literatur
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2000-169872 A
Patentdokument 2: JP 2003-083341 A
Patentdokument 3: JP 2006-029473 A
Patentdokument 4: JP 2005-054007 A

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Angesichts dieser Sachlage liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager bereitzustellen, das auch bei geringen Schmierfettbefüllmengen den im Hochdrehzahlbetrieb mit einem dmN-Wert von 1.700.000 und höher gestellten Anforderungen entspricht und eine kompakte Bauweise von Werkzeugmaschinen und eine Reduktion von deren Betriebskosten ermöglicht.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Das erfindungsgemäße Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager ist in Anspruch 1 definiert. Das Schmierfett umfasst (a) ein Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker Harnstoffverbindungen verwendet werden, und (b) ein Nicht-Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker ein Gemisch aus (i) einer in ihrer Molekülstruktur Amidbindungen aufweisenden Amidolithium-Komplexseife in Form eines Lithiumsalzes einer N-Alkyl-substituierten Monoamidsäure, (ii) einem Lithiumsalz einer zweibasigen Säure und (iii) einem N-Alkyl-substituierten Diamid verwendet wird. Das Schmierfett ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass vorbezeichnete Harnstoffverbindungen durch Umsetzen einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Monoamin-Komponente erhalten werden und der Anteil aliphatischer Monoamine in vorbezeichneter Monoamin-Komponente bei mindestens 46 mol-% des gesamten Monoamins liegt, und dass der Anteil des Nicht-Harnstoff-Schmierfetts an der gesamten Schmierfettzusammensetzung 10 bis 80 Gewichts-% beträgt.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise der Anteil der Amidolithium-Komplexseife in dem Nicht-Harnstoff-Schmierfett zwischen 3 und 40 Gewichts-% liegt.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise die dynamische Viskosität des in dem vorbezeichneten Harnstoff-Schmierfett und in dem vorbezeichneten Nicht-Harnstoff-Schmierfett verwendeten Basisöls bei 10 mm²/s bis 40 mm²/s liegt.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise in dem vorbezeichneten Harnstoff-Schmierfett und dem vorbezeichneten Nicht-Harnstoff-Schmierfett als Basisöl mindestens ein Öl verwendet wird, das ausgewählt ist aus synthetischen Kohlenwasserstoffölen, Esterölen und Alkyldiphenyletherölen.
Das erfindungsgemäße Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass diesem vorzugsweise mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Organomolybdän- und Organozinkverbindungen zugesetzt ist.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass als vorbezeichnete Polyisocyanat-Komponente vorzugsweise aromatisches Diisocyanat verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass als aromatisches Diisocyanat vorzugsweise insbesondere 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass als vorbezeichnetes aliphatisches Monoamin vorzugsweise Octylamin verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Schmierfett ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumsalz von N-Alkyl-substituierten Monoamidsäuren vorzugsweise eine Verbindung gemäß folgender allgemeiner Formel (1) ist.
Vorteile der Erfindung
Da das erfindungsgemäße Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager ein Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker Harnstoffverbindungen verwendet werden, und ein Nicht-Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker eine in ihrer Molekülstruktur Amidbindungen aufweisende Amidolithium-Komplexseife verwendet wird, umfasst, wird bei hohen Drehzahlen auch bei einer gering bemessenen Lagerbefüllung mit Schmierfett eine hervorragende Ölzufuhr auf die Roll- bzw. Wälzflächen ereicht, ohne dass dabei die Beständigkeit der Wälzlager gegenüber Belastung beeinträchtigt würde.
Da die zur Bildung der Harnstoffverbindungen verwendete Monoamin-Komponente mindestens 46 mol-% aliphatisches Monoamin enthält, kommt es unter Scherkraftbeanspruchung bei hohen Geschwindigkeiten zu keinem Abbau des Eindickers, vielmehr wird durch Kapillarwirkung der Eindickerfasern eine stabile Versorgung der Wälzflächen mit dem im Schmierfett enthaltenen Öl erreicht.
Figurenliste

1 ist ein senkrechter Schnitt, der ein mit erfindungsgemäßem Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager befülltes Schrägkugellager zeigt.
2 ist ein Schnitt, der ein Schrägkugellager zeigt.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt als Beispiel für Hochgeschwindigkeitslager, die mit dem erfindungsgemäßen Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager befüllt werden, ein Beispiel für ein Schrägkugellager. In der Figur wird das mit dem erfindungsgemäßen Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager befüllte Schrägkugellager als senkrechter Schnitt gezeigt. In dem Schrägkugellager 1 ist ausweislich 1 der Lagerraum, in dem ein Wälzkörper 4 zwischen Innenring 2 und Außenring 3 gehalten wird, von einem an einer in der Innenfläche des Außenrings 3 vorgesehenen Nut befestigten Dichtungsbauteil 6 dicht verschlossen. Das erfindungsgemäße Schmierfett 8 für Hochgeschwindigkeitslager ist in den von Innenring 2, Außenring 3 und Wälzkörper 4 gebildeten Lagerraum gefüllt, wobei es sich mindestens in dem Raum um den Wälzkörper 4 herum befindet. In dem Schrägkugellager 1 ist in der Innenfläche des Außenrings 3 eine Schmierfetttasche 7 ausgebildet, wodurch ein Auslaufen des Schmierfettes physikalisch verhindert wird. Die die Kontaktpunkte des Wälzkörpers 4 mit dem Innenring 2 bzw. mit dem Außenring 3 verbindende Gerade nimmt in Bezug zur radialen Richtung einen Winkel β ein, und es können sowohl Radiallast als auch in eine Richtung wirkende Axiallast aufgenommen werden. Der Wälzkörper 4 kann auch aus einem keramischen Werkstoff wie beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid gefertigt sein.
Beim Befüllen des Lagers mit erfindungsgemäßem Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager wird das Schmierfett vorzugsweise so dosiert, dass es mindestens 1 Volumenprozent, aber weniger als 10 Volumenprozent des Freiraums im Lager einnimmt. Bei einem Befüllungsvolumen von weniger als 1 Volumenprozent ist das Schmierfett nicht in der für die Schmierung erforderlichen Menge vorhanden, und aufgrund des dann gegebenen Mangels an Schmierfett wird die Lebensdauer beeinträchtigt. Bei einem Befüllungsvolumen von 10 Volumenprozent und höher wird wegen der durch die Drehmomentzunahme (als Folge von Rührvorgängen) bedingte Wärmeentwicklung die Lebensdauer nicht verbessert. Außerdem führen derartige Befüllungsvolumen zu höheren Kosten und sind auch aus Umweltschutzgründen unerwünscht.
Außer dem in 1 gezeigten Schrägwälzlager kann das erfindungsgemäße Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager zum Befüllen von Rollenkugellagern, Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern, autozentrierenden Rollenlagern, Axialzylinderrollenlagern, Axialkegelrollenlagern, Axialnadelrollenlagern, autozentrierenden Axialrollenlagern usw. verwendet werden.
Als Basisöl werden in der Erfindung sowohl in dem Harnstoff-Schmierfett als auch in dem Nicht-Harnstoff-Schmierfett vorzugsweise Schmieröle mit einer dynamischen Viskosität (bei 40 °C, im Folgenden einfach dynamische Viskosität genannt) von 10 bis 40 mm²/s verwendet. Besonders bevorzugt werden dabei Schmieröle mit einer dynamischen Viskosität von 18 bis 30 mm²/s. Bei einer dynamischen Viskosität unter 10 mm²/s ist die Viskosität zu gering, um eine ausreichende Belastungsbeständigkeit zu erzielen. Eine dynamische Viskosität über 40 mm²/s führt hingegen bei hohen Drehzahlen zu einer mangelhaften Ölzufuhr auf die Wälzflächen, was eine frühe Beendigung der Lagerlebensdauer bedeutet.
Als Basisölarten für das vorbezeichnete Harnstoff-Schmierfett und Nicht-Harnstoff-Schmierfett werden synthetische Kohlenwasserstofföle, Esteröle, Alkyldiphenyletheröle, Mineralöle und GtL-Öle (gas to liquid) genannt. Diese Öle können einzeln und in Form von Kombinationen aus zwei und mehr Ölen verwendet werden. Bevorzugt verwendet werden synthetische Kohlenwasserstofföle, Esteröle und Alkyldiphenyletheröle.
Die dynamische Viskosität der als Basisöl verwendeten synthetischen Kohlenwasserstofföle, Esteröle bzw. Alkyldiphenyletheröle liegt vorzugsweise bei 10 bis 40 mm²/s. Bei einer dynamischen Viskosität in diesem Bereich kann die dynamische Viskosität auch im Falle von Ölgemischen auf den oben angegebenen Bereich von 10 bis 40 mm²/s eingestellt werden. Bei der Verwendung von Ölgemischen werden bevorzugt synthetische Kohlenwasserstofföle als obligatorischer Inhaltsstoff verwendet. Außerdem werden synthetische Kohlenwasserstofföle in diesem Fall vorzugsweise mit einem Gewichtsanteil verwendet, der mindestens so groß ist wie der jeweilige Gewichtsanteil der Ester- bzw. Alkyldiphenyletheröle.
Als Beispiele für synthetische Kohlenwasserstofföle werden Normalparaffin, Isoparaffin, Polybuten, Polyisobuten, 1-Decenoligomer und 1-Decen/Ethylen-Cooligomer genannt.
Als Esteröle werden beispielhaft Diesteröle wie Dibutylsebacat, Di-2-ethylhexylsebacat, Dioctyladipat, Diisodecyladipat, Ditridecyladipat, Ditridecylphthalat und Methylacetylricinoleat; aromatische Esteröle wie Trioctyltrimellitat, Tridecyltrimellitat und Tetraoctylpyromellitat; Polyolesteröle wie Trimethylolpropancaprylat, Trimethylolpropanpelargonat, Pentaerythritol-2-ethylhexanoat und Pentaerythritolpelargonat; und Kohlensäureesteröle genannt.
Als Alkyldiphenyletheröle werden beispielhaft Monoalkyldiphenylether, Dialkyldiphenylether und Polyalkyldiphenylether genannt.
Als Mineralöle können aus Rohöl erhaltene Schmieröle verwendet werden, die durch Destillation unter vermindertem Druck, Entasphaltieren mit Ölen, Lösungsmittelextraktion, Hydrogenolyse, Lösungsmittelentwachsen, Schwefelsäurewäsche, Bleicherderaffinierung, Hydrogenierungsraffinierung und dergleichen raffiniert wurden.
Das erfindungsgemäße Harnstoff-Schmierfett wird als Schmierfett durch Zusetzen von Harnstoffverbindungen als Eindicker zu den o.g. Basisölen erhalten. Die in der Erfindung verwendbaren Harnstoffverbindungen (Eindicker auf Harnstoffbasis) werden durch Umsetzen einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Monoamin-Komponente erhalten.
Als Polyisocyanat-Komponenten können hierbei Phenylendiisocyanat, Toluylendiisocyanat, Diphenyldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Octadecandiisocyanat, Decandiisocyanat, Hexandiisocyanat usw. verwendet werden. Von diesen werden bevorzugt aromatische Diisocyanate verwendet. Außerdem können auch Polyisocyanate verwendet werden, die durch Umsetzen von Diaminen mit Diisocyanaten erhalten werden, wobei das Molverhältnis so gewählt wird, dass letztere, bezogen auf die Diamin-Komponente, im Überschuss verwendet werden. Als Diamine stehen beispielsweise Ethylendiamin, Propandiamin, Butandiamin, Hexandiamin, Octandiamin, Phenylendiamin, Toluylendiamin, Xylendiamin und Diaminophenylmethan zur Verfügung.
Die oben genannte Monoamin-Komponente enthält, bezogen auf die gesamte Monoamin-Komponente, mindestens 46 mol-%, vorzugsweise jedoch mindestens 80 mol-% aliphatisches Monoamin. Durch einen Anteil aliphatischer Monoamine in der Monoamin-Komponente von mindestens 46 mol-% wird erreicht, dass der Eindicker eine hohe Scherstabilität aufweist und bei hohen Geschwindigkeiten nicht abgebaut wird sowie durch Kapillarwirkung des Eindickers das in dem Schmierfett enthaltene Basisöl den Wälzflächen zugeführt wird. Als Monoamine, die neben obigen aliphatischen Monoaminen Bestandteil vorbezeichneter Monoamin-Komponente sein können, werden alicyclische und aromatische Monoamine genannt.
Als aliphatische Monoamine stehen beispielsweise Hexylamin, Octylamin, Dodecylamin, Hexadecylamin, Octadecylamin, Stearylamin und Oleylamin zur Verfügung, wobei von diesen insbesondere das Octylamin bevorzugt wird. Als alicyclische Amine steht beispielsweise Cyclohexylamin zur Verfügung. Als aromatische Monoamine stehen beispielsweise Anilin und p-Toluidin zur Verfügung, wobei von diesen insbesondere das Anilin bevorzugt wird.
Der Eindicker auf Harnstoffbasis wird dem in der Erfindung verwendeten Harnstoff-Schmierfett vorzugsweise mit einer Menge von 3 bis 20 Gewichts-% zugesetzt. Insbesondere bevorzugt werden hierbei jedoch Anteile von 5 bis 16 Gewichts-%. Bei einem Anteil unter 3 Gewichts-% ist das Vermögen des Eindickers, das Basisöl zu halten, unzureichend und es kommt insbesondere während der Anfangsphase der Rotation zu einer temporär starken Abgabe des Öls, weshalb das Schmierfett auslaufen kann (Lecken) und die Lebensdauer der Lager verkürzt wird. Bei einem Anteil über 20 Gewichts-% wird der relative Anteil des Basisöls vermindert und infolge unzureichender Ölzufuhr und unzureichender Schmierung in der Frühphase in gleicher Weise die Lagerlebensdauer verkürzt.
Das in der Erfindung verwendete Nicht-Harnstoff-Schmierfett enthält keine Harnstoffverbindungen und ist ein Schmierfett auf Metall-Komplexseife, in dem als Eindicker Amidolithium-Komplexseife verwendet wird.
Die in der Erfindung verwendete Amidolithium-Komplexseife wird aus aliphatischen Dicarbonsäuren, aliphatischem Monoamin, Lithiumhydroxid usw. synthetisiert und enthält in ihrer Molekülstruktur Amidbindungen. Auf dem Markt kann Nicht-Harnstoff-Schmierfett mit Amidolithium-Komplexseife als Eindicker unter dem Namen PALMAX RBG von der Fa. Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd. bezogen werden.
Der Anteil der Amidolithium-Komplexseife liegt in der Erfindung in Bezug auf das Nicht-Harnstsoff-Schmierfett vorzugsweise bei 3 bis 40 Gewichts-%. Bei Anteilen unter 3 Gewichts-% wird das Schmierfett weich, weshalb Scherkräfte dann leicht ein Austreten des Schmierfettes aus den Lagern (Lecken) bewirken können. Bei Anteilen über 40 Gewichts-% besteht das Risiko einer schlechten Ölzufuhr aufgrund des dann zu geringen Ölanteils im Schmierfett.
Der Anteil des Nicht-Harnstoff-Schmierfetts in dem erfindungsgemäßen Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager liegt, bezogen auf das gesamte Schmierfett, bei 10 bis 80 Gewichts-%. Bevorzugt wird jedoch ein Anteil von 20 bis 50 Gewichts-%. Bei einem Anteil des Nicht-Harnstoff-Schmierfettes von unter 10 Gewichts-% ist die Ölversorgung der Wälzflächen unzureichend. Bei Anteilen über 80 Gewichts-% hingegen wird bei hohen Drehzahlen die Zerstörung der vom Eindicker gebildeten Fasern begünstigt, weshalb die durch Kapillarwirkung des Eindickers bedingte Ölversorgung der Wälzflächen unmöglich wird.
Der erfindungsgemäß aus Harnstoff-Schmierfett und Nicht-Harnstoff-Schmierfett gebildeten Schmierfettmischung können bei Bedarf bekannte Schmierfettadditive zugesetzt werden. Als Beispiele für derartige Additive werden Antioxidationsmittel wie etwa Organozinkverbindungen, Antioxidantien auf Aminbasis und Phenolverbindungen, Metallinaktivatoren wie beispielsweise Benzotriazol; den Viskositätsindex erhöhende Mittel wie etwa Polymethacrylat und Polystyrol; Feststoff-Schmierstoffe wie etwa Molybdändisulfat und Graphit; Korrosionsschutzmittel wie etwa Metallsulfate und Ester mehrwertiger Alkohole; Reibungsverminderer wie beispielsweise Organomolybdänverbindungen; Ölkomponenten wie etwa Ester und Alkohole; und Reibungsverhinderer wie etwa Phosphorverbindungen genannt. Diese Additive können einzeln und in Form von Kombinationen aus zwei und mehr Additiven zugesetzt werden.
Von diesen Additiven erweisen sich insbesondere Organozink- und Organomolybdänverbindungen als besonders wirkungsvoll, da sie hervorragende EP-Eigenschaften aufweisen und auch bei mangelhafter Versorgung der Wälzflächen mit Öl ein Einbrennen verhindern.
Der Anteil dieser Additive liegt, was die einzelnen Additive angeht, vorzugsweise bei mindestens 0,05 Gewichts-%, und ihr Gesamtanteil bewegt sich, bezogen auf die gesamte Schmierfettzusammensetzung, vorzugsweise in einem Bereich von 0,15 bis 10 Gewichts-%. Bei einem Gesamtanteil der Additive von über 10 Gewichts-% kann nicht nur mit keiner dem quantitativen Zuwachs entsprechenden Wirkungssteigerung gerechnet werden, sondern auch der relative Anteil der anderen Inhaltsstoffe wird hierdurch vermindert. Außerdem können die Additive agglomerieren, was zu unerwünschten Begleiterscheinungen wie beispielsweise einem Drehmomentanstieg führt.
Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht, ohne ihren Gegenstand auf diese einzugrenzen.
Zubereitung von Harnstoff-Schmierfetten
Harnstoff-Schmierfette U1 bis U7
In der Hälfte der Menge der in Tabelle 1 angeführten Basisöle wurde 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MILLIONATE MT, Fa. Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., im Folgenden abgekürzt mit MDI) mit den in der Tabelle angegebenen Mengen gelöst, und in der verbleibenden Hälfte der Basisölmenge wurde Monoamin jeweils in der dem doppelten Äquivalent von MDI entsprechenden Menge gelöst. Die jeweiligen Mengen können Tabelle 1 entnommen werden. Unter Rühren der MDI-Lösung wurde dieser die Monoaminlösung zugesetzt und im Anschluss 30 min bei 100 bis 120 °C weiter gerührt. Durch die dabei ablaufende Reaktion wurden Diharnstoffverbindungen in dem Basisöl gebildet, wodurch Harnstoff-Schmierfettproben erhalten wurden.
Zubereitung von Nicht-Harnstoff-Schmierfetten
Nicht-Harnstoff-Schmierfette NU1 bis NU4

In die in Tabelle 1 angeführten Basisöle wurde ein Amidolithium-Komplexseife enthaltendes Gemisch (Lithiumsalz N-Alkyl-substituierter Monoamidsäuren, vgl. allgemeine Formel (1) weiter unten) als Eindicker zugesetzt, wodurch Proben von Nicht-Harnstoff-Schmierfetten erhalten wurden. Die jeweiligen Mengen können Tabelle 1 entnommen werden.

Tabelle 1

		Harnstoff-Schmierfett							Nicht-Harnstoff-Schmierfett
		U1	U2	U3	U4	U5	U6	U7	NU1	NU2	NU3	NU4
Schmierfettzusammensetzung (Gew.-%)
Basisöl
	synthetisches Kohlenwasserstofföl⁽¹⁾	52	52	52	52		68	52	-	48	-	61
	Esteröl⁽²⁾	34	34	-	34	-	17	34	-	28	-	15
	Alkyldiphenyletheröl⁽³⁾	-	-	34	-	-	-	-	76	-	-	-
	Mineralöl⁽⁴⁾	-	-	-	-	86	-	-	-	-	76	-
	dynamische Viskosität (40 °C; mm²/s)	21	21	22	21	31	23	21	15	22	31	23
Eindicker auf Harnstoffbasis
	Amin: Octylamin	7,1	4	7,1	3,6	7,1	7,6	2,8	-	-	-	-
	Amin: Anilin		2,6		3,0			3,8	-	-	-	-
	Diisocyanat MDI⁽⁵⁾	6,9	7,4	6,9	7,4	6,9	7,4	7,5	-	-	-	-
Amidolithium-Komplexseife-Eindicker
	Amidolithium-Komplexseife(6)	-	-	-	-	-	-	-	24	24	24	24
(1) Synfluid 601, Fa. Nippon Steel Chemical, dyn. Viskosität bei 40 °C: 30 mm²/s
(2) Rheolube DOS, Fa. Ciba Specialty Chemicals, dyn. Viskosität bei 40 °C: 12 mm²/s
(3) Moresco Hilube LB 15, Fa. Matsumura Oil Research Co., dyn. Viskosität bei 40 °C: 15 mm²/s
(4) auf Paraffinbasis, dyn. Viskosität bei 40 °C: 30,7 mm²/s
(5) Millionate MT, Fa. Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.
(6) Gemisch aus N-Alkyl-substituierte Monoamidsäure-Lithiumsalz, Lithiumsalz dibasischer Säure und N-Alkyl-substituiertem Diamid

Ausführungsbeispiele 1 bis 12
Durch Vermischen der obigen Harnstoff-Schmierfette und Nicht-Harnstoff-Schmierfette in den in Tabelle 2 angegebenen Mengen wurden Schmierfettproben zubereitet. Bei Ausführungsbeispiel 11 wurden in Mengen von jeweils 2 Gewichts-% (bezogen auf 100 Gewichts-% der von obigen Harnstoff-Schmierfetten und Nicht-Harnstoff-Schmierfetten gebildeten Schmierfette) Zinkdithiophosphat und Molybdändithiocarbamat zugesetzt. Um die Schmierfettlebensdauer und den Grad der Ölabtrennung durch Zentrifugalkraft zu messen, wurden mit den Proben die weiter unten beschriebenen Prüfungen (zentrifugale Ölabtrennungsprüfung und Betriebstest hoher Geschwindigkeit und normaler Temperatur an einem Rillenkugellager (6204)) durchgeführt. Mit den Ausführungsbeispielen Nr. 1, 4, 6, 9 und 11 wurde außerdem ein Betriebstest bei hoher Geschwindigkeit und normaler Temperatur an einem Schrägkugellager durchgeführt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Zentrifugale Ölabtrennungsprüfung
Jeweils 50 g Probe wurden in zentrifugale Trennungsröhrchen gegeben und nach 7 h Betrieb der Zentrifuge bei 40 °C und mit 23000 G Beschleunigung wurde der Grad der Ölabtrennung mittels folgender Formel berechnet. Ein Ölabtrennungsgrad von 20 Gewichts-% und höher bedeutet eine ausreichend gute Leistung hinsichtlich der Ölzufuhr. Ölabtrennungsgrad (Gewichts-%) = (1 - Eindickerkonzentration vor der Prüfung) / (Eindickerkonzentration nach der Prüfung) x 100
Betriebstest bei hoher Geschwindigkeit und normaler Temperatur / Rillenkugellager (6204)
Zur Anfertigung von Prüflagern wurden Rillenkugellager (6204), zielend auf die Wälzfläche, mit 0,14 g Probe (ca. 3 Volumen-% des Lagerraumvolumens) befüllt und dann kontaktlos abgedichtet. Diese Prüflager wurden mit 670 N Axiallast und 67 N Radiallast beaufschlagt und dann bei normaler Umgebungstemperatur mit einer Drehzahl von 15000 U/min rotiert. Als Schmierfett-Lebensdauer wurde die Zeit bis zum Einbrennen gemessen. Eine hervorragende Beständigkeit ist gegeben, wenn in dieser Prüfung die Schmierfett-Lebensdauer mindestens bei 1000 h liegt. Der dmN-Wert (Produkt aus Teilkreisdurchmesser (mm) und Drehzahl (U/min)) in dieser Lebensdauerprüfung liegt bei 520.000.
Betriebstest bei hoher Geschwindigkeit und normaler Temperatur / Schrägkugellager
Zur Anfertigung von Prüflagern wurden Schrägkugellager (150 mm Außendurchmesser x 100 mm Innendurchmesser; Innen- und Außenring aus SUJ2, Wälzkörper : Siliziumcarbidkugel, 13/32 Zoll), zielend auf die Wälzfläche, mit 3,0 g Probe (ca. 10 Volumen-% des Lagerraumvolumens) befüllt und dann kontaktlos abgedichtet. Diese Prüflager wurden mit einer Nenndruckbeaufschlagung von 1,8 GPa und einer Drehzahl von 14500 U/min betrieben, wobei die Lager mit einer Manschette gekühlt wurden, um die Außenringtemperatur bei 50 °C und niedriger zu halten. Als Schmierfett-Lebensdauer wurde die Zeit bis zum Einbrennen gemessen. Der dmN-Wert (Produkt aus Teilkreisdurchmesser (mm) und Drehzahl (U/min)) in dieser Lebensdauerprüfung liegt bei 1,85 Mio.
Vergleichsbeispiele 1 bis 10
Als Schmierfettproben wurden die in Tabelle 2 angegebenen Harnstoff-Schmierfette und Nicht-Harnstoff-Schmierfette verwendet. Zu diesen Schmierfetten wurden dieselben Prüfmerkmale wie in Ausführungsbeispiel 1 gemessen. Mit den Vergleichsbeispielen Nr. 1 und 7 wurde außerdem ein Betriebstest bei hoher Geschwindigkeit und normaler Temperatur an einem Schrägkugellager durchgeführt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2 ist zu entnehmen, dass die in der Erfindung verwendeten Schmierfette vorzugsweise (1) Kombinationen von Harnstoff-Schmierfetten mit Nicht-Harnstoff-Schmierfetten sind, wobei der in dem Harnstoff-Schmierfett verwendete Eindicker durch Umsetzen einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Monoamin-Komponente erhalten wird und die Monoamin-Komponente in Bezug auf die gesamte Monoamin-Komponente mindestens 46 mol-% aliphatische Monoamine enthält, (2) der Anteil des Nicht-Harnstoff-Schmierfettes in Bezug auf das Schmierfett bei 10 bis 80 Gewichts-% liegt, und des Weiteren die dynamische Viskosität des Basisöls vorzugsweise bei 10 bis 40 mm²/s liegt.
Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie
Das erfindungsgemäße Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager kann die Lebensdauer von Lagern, die unter hohen Drehzahlen betrieben werden, verlängern, da es ein aus einem definierten Harnstoff-Schmierfett und einem Schmierfett, in dem Amidolithium-Komplexseife als Eindicker verwendet wird, gebildet wird. Es eignet sich daher ideal als Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager, das zur Schmierung von Wälzlagern verwendet wird, die zur Lagerung von Spindeln in Gleit- und Drehbewegungen mit hohen Geschwindigkeiten ausführenden Werkzeugmaschinen, etwa Drehbänke, Bohrmaschinen, Ausbohrmaschinen, Fräsen, Schleifmaschinen, Honmaschinen, Superfinishingmaschinen oder Läppmaschinen, eingesetzt werden. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Schmierfett die Reduzierung von Betriebskosten und auch kompakte Bauweisen, da im Unterschied zu Verfahren, in denen wie beispielsweise bei der Druckluftschmierung Schmieröle kontinuierlich zugeführt werden, zur Anwendung das Schmierfett lediglich in die Lager gefüllt werden.
Bezugszeichenliste

1, 11: Schrägkugellager
2, 12: Innenring
3, 13: Außenring
4, 14: Wälzkörper (Stahlkugel)
5: Halterung
6: Dichtungsbauteil
7: Schmierfetttasche
8: Schmierfett

Claims

Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager, umfassend (a) ein Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker Harnstoffverbindungen verwendet werden, und (b) ein Nicht-Harnstoff-Schmierfett, in welchem als Eindicker ein Gemisch aus (i) einer in ihrer Molekülstruktur Amidbindungen aufweisenden Amidolithium-Komplexseife in Form eines Lithiumsalzes einer N-Alkyl-substituierten Monoamidsäure, (ii) einem Lithiumsalz einer zweibasigen Säure und (iii) einem N-Alkyl-substituierten Diamid verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vorbezeichnete Harnstoffverbindungen durch Umsetzen einer Polyisocyanat-Komponente mit einer Monoamin-Komponente erhalten werden und der Anteil aliphatischer Monoamine in vorbezeichneter Monoamin-Komponente bei mindestens 46 mol-% des gesamten Monoamins liegt, und dass der Anteil des Nicht-Harnstoff-Schmierfetts an der gesamten Schmierfettzusammensetzung 10 bis 80 Gewichts-% beträgt.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Amidolithium-Komplexseife in dem Nicht-Harnstoff-Schmierfett zwischen 3 und 40 Gewichts-% liegt.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Viskosität des in dem vorbezeichneten Harnstoff-Schmierfett und in dem vorbezeichneten Nicht-Harnstoff-Schmierfett verwendeten Basisöls bei 40°C 10 mm²/s bis 40 mm²/s beträgt.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorbezeichneten Harnstoff-Schmierfett und dem vorbezeichneten Nicht-Harnstoff-Schmierfett als Basisöl mindestens ein Öl verwendet wird, das ausgewählt ist aus synthetischen Kohlenwasserstoffölen, Esterölen und Alkyldiphenyletherölen.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diesem mindestens eine Verbindung ausgewählt aus Organomolybdän- und Organozinkverbindungen zugesetzt ist.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbezeichnete Polyisocyanat-Komponente aromatisches Diisocyanat verwendet wird.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbezeichnetes aromatisches Diisocyanat insbesondere 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat verwendet wird.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbezeichnetes aliphatisches Monoamin Octylamin verwendet wird.
Schmierfett für Hochgeschwindigkeitslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumsalz einer N-Alkyl-substituierten Monoamidsäure eine Verbindung gemäß folgender allgemeiner Formel (1) ist: