DE112021004942T5

DE112021004942T5 - Mit schmierfett abgedichtetes lager

Info

Publication number: DE112021004942T5
Application number: DE112021004942.9T
Authority: DE
Inventors: Kota Watanabe
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-07-06
Also published as: WO2022059638A1; US20230332646A1; CN116490595A; JP7527911B2; JP2022049612A

Abstract

Bereitstellung eines mit Schmierfett abgedichteten Lagers, welches bei Verwendung im Rahmen eines Beschleunigung und Abbremsung umfassenden Schwingungszustandes, wie beispielsweise eines in einem Robotergelenk verwendeten Zustandes, eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit und Dichtleistung aufweist. Ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager 1 umfasst einen Innenring 2 und einen Außenring 3, bei welchen es sich um Laufbahnringe handelt, eine Vielzahl von Wälzkörpern 4, welche zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnet sind, und eine Schmierfettzusammensetzung 7, welche die Wälzkörper 4 umschließt. Das Lager schwingt derart, dass sich die Drehrichtung des Lagers beim Beschleunigen und Abbremsen ändert. Die Schmierfettzusammensetzung enthält ein Grundöl und ein Verdickungsmittel. Die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung beträgt 310 oder mehr. Bei dem Verdickungsmittel handelt es sich um eine Calciumsulfonat-Komplexseife.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager, in welchem eine Schmierfettzusammensetzung (nachfolgend lediglich als „Schmierfett“ bezeichnet) eingeschlossen ist, und betrifft insbesondere ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager, welches in Industriemaschinen wie beispielsweise einem Robotergelenk verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Verschiedene Arten von Industrierobotern zum Montieren, Schweißen und Beschichten wurden in einer Fertigungslinie für Industrieprodukte, wie beispielsweise ein Fahrzeug, verwendet. Um die Zykluszeit im Hinblick auf eine Verbessrung der Produktivität zu verkürzen, wird tendenziell die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters erhöht. Der Betrieb des Roboters umfasst keine kontinuierliche Drehung, sondern eine intermittierende Bewegung. Nimmt die Arbeitsgeschwindigkeit zu, so erhöht sich in einem Wälzlager, welches in einem Rotationsteil, wie beispielsweise einem Gelenkteil, eines Roboterarms (nachfolgend als Robotergelenklager bezeichnet) zum Einsatz gelangt, die Anzahl der Schaltvorgänge pro Zeiteinheit bei den Arbeitsprozessen des Anhaltens, Aktivierens, Antreibens und Anhaltens, womit die auf das Wälzlager wirkende Beschleunigung und Abbremsung bei jedem Schaltvorgang zunimmt. Dementsprechend wird eine in dem Lager hervorgerufene Gleitbewegung größer. Die Gleitbewegung innerhalb des Lagers führt leicht zu einem Abreißen des Ölfilms zwischen einem Wälzkörper und einem Laufbahnring, sowie zu einem lokalen, Reibverschleiß genannten Verschleiß auf einer Oberfläche des Wälzkörpers oder auf Laufbahnoberflächen der Innen- und Außenringe. Der Laufbahnring bezeichnet den Innenring und den Außenring.
Patentdokument 1 offenbart eine Technik, welche den Reibverschleiß durch eine Verbesserung des Schmierfetts verringert. In Patentdokument 1 wird der Wälzkörper aus einem keramischen Material gebildet, wird der Laufbahnring einer als Wärmebehandlung fungierenden Carbonitrierungsbehandlung unterzogen, und wird als Verdickungsmittel für das in einem Lagerraum eingeschlossene Schmierfett eine Harnstoffverbindung verwendet. Somit wird eine winzige Gleitbewegung des Wälzkörpers unterbunden und wird selbst dann, wenn aufgrund des Umschaltens zwischen normalen und entgegengesetzten winzigen Drehungen eine winzige Gleitbewegung des Wälzkörpers hervorgerufen wird, in hinreichendem Ausmaß ein Ölfilm gebildet. Infolgedessen wird ein Reibverschleiß zwischen dem Wälzkörper und dem Laufbahnring unterbunden.
Patentdokument 2 offenbart ein Schmierfett zur Vermeidung von Reibverschleiß. Das Schmierfett wird durch Vermischen einer eine festgelegte Struktur aufweisenden Harnstoffverbindung als Verdickungsmittel mit einem ein synthetisches Kohlenwasserstofföl enthaltenden Nicht-Esteröl als Grundöl gebildet. Im Einzelnen enthält das Schmierfett die eine festgelegte Struktur aufweisende Harnstoffverbindung und das eine dynamische Viskosität von 20 bis 80 mm²/s bei 40°C aufweisende synthetische Kohlenwasserstofföl in einem Anteil von 50 Masse% in Bezug auf das gesamte Grundöl, um Reibverschleiß zu unterbinden.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2006-316850 A
Patentdokument 2: JP 2002-180077 A

NICHT-PATENTDOKUMENT
Nicht-Patentdokument 1: Hajime Kojima, Journal of Japanese Society of Tribologists, Vol. 58, Nr. 11, 2013, S. 817-823
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
MITTELS DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Der Roboter arbeitet, während eine Vielzahl von Gelenken intermittierend und schnell beschleunigt oder abgebremst wird, womit eine große Last, wie beispielsweise eine Radiallast, eine Axiallast und ein Moment, auf das Gelenk des Roboters wirkt. Da ein Lager für Robotergelenke eine hohe Rotationsgenauigkeit und eine hohe Positionsgenauigkeit aufweisen muss, benötigt das Lager eine hohe Steifigkeit, um bei Einwirkung der großen Last die Form des Lagers aufrechtzuerhalten und die Rotationsachse beizubehalten. Die hohe Steifigkeit des Lagers wird durch Vorbelasten des Lagers sichergestellt. Da der Laufbahnring und der Wälzkörper bei hohem Oberflächendruck miteinander in Kontakt gelangen, kann es in den Kontaktbereichen allerdings leicht zum Abreißen des Ölfilms (Schmierfehler) kommen.
Weiterhin arbeitet der Roboter präzise, womit das Lager eine Schwingungsbewegung hervorrufen kann, bei welcher sich die Drehrichtung zwischen einer normalen Richtung und einer entgegengesetzten Richtung mit einem kleinen Winkel ändert. Ruft das Lager eine Schwingungsbewegung mit einem kleinen Winkel hervor, so wird zudem das Schmierfett aus den Kontaktbereichen zwischen dem Wälzkörper und dem Laufbahnring herausgedrückt, so dass der Ölfilm leicht abreißen kann. Ein Abreißen des Ölfilms in den Kontaktbereichen kann zu Reibverschleiß führen, womit das Robotergelenklager eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit aufweisen muss.
Das in Patentdokument 1 offenbarte, mit Schmierfett abgedichtete Lager verbessert die Reibverschleißbeständigkeit, indem in dem Wälzkörper ein keramisches Material zum Einsatz gelangt, der Laufbahnring einer Carbonitrierungsbehandlung unterzogen wird, und als Schmierfett, welches in einem Lagerraum eingeschlossen ist, eine Harnstoffverbindung verwendet wird. In einem Fall, in welchem der Wälzkörper aus einem keramischen Material gebildet wird und der Laufbahnring einer Carbonitrierungsbehandlung unterzogen wird, ergeben sich indessen hohe Kosten, da das keramische Material teuer ist und die Oberflächenbehandlung Zeit und Verarbeitungskosten benötigt.
Das in Patentdokument 2 offenbarte Lager verwendet ein Schmierfett, welches als Verdickungsmittel eine Harnstoffverbindung enthält und eine Walkpenetration von 220 bis 280 aufweist, womit seine Fließfähigkeit relativ gering ist. Im Rahmen der Bewertung des Reibverschleißes für das Beispiel wird die Axiallast auf 2450 N (berechneter Kontaktoberflächendruck von etwa 1700 MPa) festgelegt. Im Vergleich zu dem Oberflächendruck, welcher normalerweise auf ein Robotergelenklager wirkt, ist dies ist ein relativ geringer Oberflächendruck. In einem Fall, in welchem das Lager als Robotergelenklager im Zustand eines hohen Oberflächendrucks oder in einem Schwingungszustand zum Einsatz gelangt, kann die Reibverschleißbeständigkeit somit möglicherweise nicht in hinreichendem Ausmaß erzielt werden, da das Schmierfett nicht in die Kontaktbereiche zwischen dem Wälzkörper und dem Laufbahnring fließt.
Der Roboter gelangt in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz, wobei der Roboter insbesondere in einer sauberen Umgebung, wie beispielsweise in einem Reinraum bzw. keimfreien Raum, verwendet werden kann. Somit darf das Robotergelenklager auch seine Peripherie nicht verunreinigen. Dementsprechend ist es von Bedeutung, eine Dichtleistung sicherzustellen, bei welcher das Austreten des eingeschlossenen Schmierfetts aus dem Inneren des Lagers vermieden wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zur Lösung derartiger Probleme besteht darin, ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager bereitzustellen, welches bei Verwendung im Rahmen eines Beschleunigung und Abbremsung umfassenden Schwingungszustandes, wie beispielsweise eines in einem Robotergelenklager verwendeten Zustandes, eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit und Dichtleistung aufweist.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager der vorliegenden Erfindung umfasst einen Innenring und einen Außenring, bei welchen es sich um Laufbahnringe handelt, eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und eine Schmierfettzusammensetzung, welche die Wälzkörper umschließt. Das Lager ist zum Schwingen ausgebildet, so dass sich die Drehrichtung des Lagers beim Beschleunigen und Abbremsen ändert. Die Schmierfettzusammensetzung enthält ein Grundöl und ein Verdickungsmittel. Die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung beträgt 310 oder mehr. Bei dem Verdickungsmittel handelt es sich um eine Calciumsulfonat-Komplexseife.
Die „Walkpenetration“ ist eine auf JIS K 2220 basierende Walkpenetration nach 60 Hüben.
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager kann in einem Hochlastzustand, bei welchem der maximale Kontaktoberflächendruck auf den Laufbahnring 2000 MPa oder mehr beträgt, und in einem unterhalb eines kritischen Schwingungswinkels liegenden Zustand zum Einsatz gelangen.
Bei dem „kritischen Schwingungswinkel“ handelt es sich um einen tatsächlich nutzbaren Mindestschwingungswinkel des Lagers, oder um den Mindestschwingungswinkel, welcher der Nennlebensdauer entspricht und durch die Anzahl der Wälzkörper in hauptsächlich einer einzelnen Reihe einer Innenkonstruktion des Lagers bestimmt wird. Unter Bezugnahme auf 4 wird der kritische Schwingungswinkel für einen Fall beschrieben, in welchem das Lager als Schrägkugellager ausgebildet ist. 4 ist eine einfache Schnittdarstellung in einer Radialrichtung eines Schrägkugellagers mit einem Kontaktwinkel a. In einem Fall, in welchem der Innenring schwingt, wird der kritische Schwingungswinkel durch die nachfolgende Formel dargestellt. $\begin{array}{l} Kritischer Schwingungswinkel = (360 ° / Z) \times (Dpw/ (Dpw - \\ DwCOS α)) \end{array}$
In der vorstehend beschriebenen Formel bezeichnet 2 die Anzahl der Kugeln 24, bei welchen es sich um Wälzkörper in einer einzelnen Reihe eines einreihigen Schrägkugellagers 20 handelt. In 4 bezeichnet Dpw einen Teilkreisradius der Kugel 24, bezeichnet Dw einen Durchmesser der Kugel 24, und bezeichnet α einen Kontaktwinkel. In einem Fall, in welchem der Außenring schwingt, lautet der Nenner auf der rechten Seite der Formel (Dpw + DwCOSα).
Die Walkpenetration kann in einem Bereich von 310 bis 340 liegen. Weiterhin kann es sich bei dem Grundöl um ein Mineralöl oder ein synthetisches Kohlenwasserstofföl handeln.
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager kann als Schrägkugellager ausgebildet sein. Weiterhin kann das mit Schmierfett abgedichtete Lager als Robotergelenklager ausgebildet sein.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung umfasst den Innenring und den Außenring, bei welchen es sich um die Laufbahnringe handelt, eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und die Schmierfettzusammensetzung, welche die Wälzkörper umschließt. Das Lager ist zum Schwingen ausgebildet, so dass sich die Drehrichtung des Lagers beim Beschleunigen und Abbremsen ändert. Die Schmierfettzusammensetzung enthält das Grundöl und das Verdickungsmittel. Die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung beträgt 310 oder mehr. Bei dem Verdickungsmittel handelt es sich um die Calciumsulfonat-Komplexseife. Auf diese Weise wird eine ausgezeichnete Fließfähigkeit des Schmierfetts in die Kontaktbereiche (Laufbahnoberflächen) zwischen dem Wälzkörper und dem Laufbahnring erzielt und eine Erhöhung der Walkpenetration beim Schwingen des Lagers vermieden. Somit kann durch die Vermeidung von Reibverschleiß eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit erzielt werden, und kann durch die Vermeidung des Austritts von Schmierfett, selbst bei Verwendung im Rahmen eines Beschleunigung und Abbremsung umfassenden Schwingungszustandes, wie beispielsweise eines in einem Robotergelenk verwendeten Zustandes, eine ausgezeichnete Dichtleistung erzielt werden.
Indem eine Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel zum Einsatz gelangt, wird ein einer hohen Belastung standhaltender Verdickungsfilm auf der Laufbahnoberfläche gebildet, so dass das Lager in Anwendungsbereichen mit hohem Kontaktoberflächendruck auf den Laufbahnring zum Einsatz gelangen kann. Weiterhin kann die Reibverschleißbeständigkeit durch Anpassen des Schmierfetts verbessert werden, ohne dass ein Laufbahnring, welcher einer spezifischen Oberflächenbehandlung unterzogen worden ist, oder ein keramischer Wälzkörper zum Einsatz gelangt, womit die Kosten für das gesamte Lager gesenkt werden können.
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager weist eine hinreichende Reibverschleißbeständigkeit und Dichtleistung in einem Hochlastzustand, bei welchem der maximale Kontaktoberflächendruck auf den Laufbahnring 2000 MPa oder mehr beträgt, und in einem unterhalb eines kritischen Schwingungswinkels liegenden Zustand auf, wobei es sich hierbei um Zustände handelt, welche im Allgemeinen leicht zu Reibverschleiß und zum Austreten des Schmierfetts führen.
Indem man die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung auf einen Bereich von 310 bis 340 einstellt, wird die Fließfähigkeit des Schmierfetts auf einen festgelegten Bereich eingeschränkt, so dass eine ausgezeichnete Dichtleistung erzielt werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Schnittdarstellung, welche ein Rillenkugellager als Beispiel für ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittdarstellung, welche ein abgestimmtes Schrägkugellager zeigt.
3(a) und 3(b) sind Auswertungsergebnisse einer Reibverschleißbeständigkeit.
4 ist eine einfache Schnittdarstellung eines Schrägkugellagers.

VARIANTE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager der vorliegenden Erfindung umfasst einen Innenring und einen Außenring, bei welchen es sich um Laufbahnringe handelt, eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und eine Schmierfettzusammensetzung, welche die Wälzkörper umschließt. Das mit Schmierfett abgedichtete Lager ist zum Schwingen ausgebildet, so dass sich die Drehrichtung des Lagers beim Beschleunigen und Abbremsen ändert. Bei der Schwingung handelt es sich um eine Bewegung, bei welcher sich die Drehrichtung des Lagers zwischen einer normalen Richtung und einer entgegengesetzten Richtung ändert. So werden beispielsweise in einem Robotergelenklager zwischen den Arbeitsprozessen des Anhaltens, Aktivierens, Antreibens und Anhaltens Schaltvorgänge vorgenommen, womit das Lager eine Schwingung innerhalb eines festgelegten Schwingungswinkelbereichs hervorruft. Wird der Schaltvorgang schnell ausgeführt, so wird das Lager beim Schwingen stark beschleunigt und stark abgebremst, was zu einer schnellen Beschleunigung und Abbremsung führt.
Die vorliegenden Erfinder haben Untersuchungen vorgenommen, um die Reibverschleißbeständigkeit und die Dichtleistung des mit Schmierfett abgedichteten Lagers bei Anwendung in einem Zustand zu verbessern, in welchem das mit Schmierfett abgedichtete Lager beim Beschleunigen und Abbremsen schwingt (genauer gesagt einem Hochlastzustand, in welchem der maximale Kontaktoberflächendruck auf den Laufbahnring 2000 MPa oder mehr beträgt, und einem unterhalb eines kritischen Schwingungswinkels liegenden Zustand), wie beispielsweise einem Zustand, in welchem das vorstehend beschriebene Robotergelenklager verwendet wird. Als Ergebnis der Untersuchungen fanden die vorliegenden Erfinder heraus, dass sowohl eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit als auch eine ausgezeichnete Dichtleistung erzielt werden kann, wenn eine Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel in der Schmierfettzusammensetzung zum Einsatz gelangt und die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung auf 310 oder mehr eingestellt wird. Die vorliegende Erfindung wurde aus diesen Erkenntnissen abgeleitet.
Es wird nunmehr die in dem mit Schmierfett abgedichteten Lager der vorliegenden Erfindung verwendete Schmierfettzusammensetzung beschrieben.
Bei der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Calciumsulfonat-Komplexseife handelt es sich um eine Komplexseife, welche durch Kombinieren eines Calciumsulfonats mit einem sich von Calciumsulfonat unterscheidenden Calciumsalz gebildet wird. Bei dem Verdickungsmittel der Schmierfettzusammensetzung handelt es sich lediglich um die Calciumsulfonat-Komplexseife, womit es bevorzugt ist, dass das Verdickungsmittel keine andere Metallseife als die Calciumsulfonat-Komplexseife oder keine Harnstoffverbindung als Verdickungsmittel enthält. Auf diese Weise wird die Wechselwirkung zwischen den Ionen in dem Calciumsalz nicht durch andere Komponenten beeinträchtigt, und die Eigenschaften des Schmierfetts bleiben über einen langen Zeitraum stabil. Infolgedessen verschlechtert sich die Konuspenetration des Schmierfetts kaum, womit eine ausgezeichnete Dichtleistung erzielt werden kann.
Beispiele für das Calciumsulfonat umfassen ein Calciumsalz einer alkylaromatischen Sulfonsäure wie beispielsweise Dodecylbenzolsulfonsäure, Octadecylbenzolsulfonsäure, Dilaurylcetylbenzolsulfonsäure, Dinonylnaphthalinsulfonsäure, Paraffinwachs-substituierter Benzolsulfonsäure, Polyolefin-substituierter Benzolsulfonsäure und Polyisobutylen-substituierter Benzolsulfonsäure, ein Calciumsalz einer aromatischen Sulfonsäure, ein Calciumsalz einer Alkylsulfonsäure, und ein Calciumsalz einer Erdölsulfonsäure.
Beispiele für das sich von Calciumsulfonat unterscheidende Calciumsalz umfassen ein Calciumsalz einer anorganischen Säure wie beispielsweise Kohlensäure, Borsäure, Phosphorsäure, Salzsäure und Sulfonsäure, ein Calciumsalz einer höheren Fettsäure wie beispielsweise Behensäure, Arachinsäure, Stearinsäure, Hydroxystearinsäure, Hexadecansäure und Octansäure, ein Calciumsalz einer niederen Fettsäure wie beispielsweise Essigsäure, Buttersäure und Valeriansäure, ein Calciumsalz einer anorganischen Base, und ein Calciumsalz einer zweibasigen Fettsäure wie beispielsweise Azelainsäure, Sebacinsäure, Adipinsäure, Glutarsäure, Bernsteinsäure, Malonsäure und Oxalsäure. Jedes der sich von dem Calciumsulfonat unterscheidenden Calciumsalze kann allein zum Einsatz gelangen, oder es kann eine Kombination aus zwei oder mehreren hiervon zum Einsatz gelangen.
Die vorab synthetisierte Calciumsulfonat-Komplexseife kann in dem Grundöl dispergiert werden, oder die Calciumsulfonat-Komplexseife kann in dem Grundöl dispergiert werden, indem sie in dem Grundöl synthetisiert wird. Letztere Variante ist bevorzugt, da der Herstellungsprozess vereinfacht werden kann und das Verdickungsmittel vorteilhaft in dem Grundöl dispergiert werden kann.
In einem Fall, in welchem die Calciumsulfonat-Komplexseife in dem Grundöl synthetisiert wird, werden beispielsweise Wasser, Calciumhydroxid, höhere Fettsäure, niedere Fettsäure und/oder anorganische Säure in die in dem Grundöl dispergierte alkylaromatische Sulfonsäure eingemischt, und wird sodann das Wasser durch Erwärmen entfernt, so dass die Calciumsulfonat-Komplexseife erhalten wird.
Als Grundöl für die Schmierfettzusammensetzung kann ohne jegliche Einschränkung das in einem Wälzlager allgemein verwendete Grundöl zum Einsatz gelangen. Beispiele für das Grundöl umfassen ein Mineralöl, wie beispielsweise paraffinisches Mineralöl und naphthenisches Mineralöl, ein synthetisches Kohlenwasserstofföl, wie beispielsweise PAO-Öl und Alkylbenzolöl, Esteröl, Etheröl, Silikonöl und Fluoröl. Jedes dieser Grundöle kann allein zum Einsatz gelangen, oder es kann eine Kombination aus zwei oder mehreren hiervon zum Einsatz gelangen.
Die Kombination aus Grundöl und Verdickungsmittel betrifft die Wechselwirkung zwischen den Verdickungsmitteln im Grundöl, und beeinflusst somit die Verdickungswirkung. Dementsprechend ist es bevorzugt, eine geeignete Kombination auszuwählen. Unter Berücksichtigung der in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangenden Calciumsulfonat-Komplexseife wird als Grundöl bevorzugt ein Mineralöl oder ein synthetisches Kohlenwasserstofföl verwendet. Unter Kostengesichtspunkten ist Mineralöl als Grundöl bevorzugt. Unter dem Gesichtspunkt der Schmierleistung bei hohen Temperaturen ist andererseits synthetisches Kohlenwasserstofföl als Grundöl bevorzugt.
Unter dem Gesichtspunkt der Schmierleistung ist paraffinisches Mineralöl als Mineralöl bevorzugt. Unter Kostengesichtspunkten ist andererseits naphthenisches Mineralöl als Mineralöl bevorzugt. Das bevorzugte Mineralöl kann durch Verwendung einer geeigneten Kombination von zwei oder mehr Verfahren ausgewählt aus Vakuumdestillation, Schmiermitteldeasphaltierung, Lösungsmittelextraktion, Hydrocracken, Lösungsmittelentparaffinierung, Schwefelsäurebehandlung, Tonraffination und Hydroraffination aufbereitet werden.
Als synthetisches Kohlenwasserstofföl wird bevorzugt ein PAO-Öl verwendet. Bei dem PAO-Öl handelt es sich um eine Oligomer- oder Polymerverbindung eines α-Olefins oder eines isomerisierten α-Olefins. Beispiele für das α-Olefin umfassen 1-Octen, 1-Nonen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tridecen, 1-Tetradecen, 1-Pentadecen, 1-Hexadecen, 1-Heptadecen, 1-Octadecen, 1-Nonadecen, 1-Eicosen, 1-Docosen und 1-Tetradocosen. In der Regel gelangt ein Gemisch aus beliebigen dieser α-Olefine zum Einsatz.
Die kinematische Viskosität des Grundöls (im Fall eines Mischöls dessen kinematische Viskosität) bei 40°C beträgt bevorzugt 10 bis 200 mm²/s, stärker bevorzugt 10 bis 100 mm²/s, noch stärker bevorzugt 30 bis 100 mm²/s.
Der Schmierfettzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann ein weiteres Additiv bzw. können weitere Additive in einem Ausmaß zugesetzt werden, dass die Natur der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird. Beispiele für die Additive umfassen ein Antioxidationsmittel, wie beispielsweise eine aminbasierte Verbindung, eine phenolbasierte Verbindung und eine schwefelbasierte Verbindung, ein Hochdruckmittel, wie beispielsweise eine chlorbasierte Verbindung, eine schwefelbasierte Verbindung, eine phosphorbasierte Verbindung und organisches Molybdän, ein Rostschutzmittel, wie beispielsweise ein Sulfonatsalz, ein Ester eines mehrwertigen Alkohols und Sorbitanester, und ein öliges Mittel, wie beispielsweise Ester und Alkohol. Das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung gelangt hauptsächlich in einem Hochlastzustand zum Einsatz, weshalb die Schmierfettzusammensetzung bevorzugt ein Hochdruckmittel enthält. In einem Fall, in welchem das Additiv beigemischt ist, beträgt der Gehalt der Gesamtheit an Additiv(en) bevorzugt 5 Masse% oder weniger, bezogen auf die gesamte Schmierfettzusammensetzung.
Die Calciumsulfonat-Komplexseife besitzt nicht nur eine Verdickungswirkung, welche eine Verdickung des Grundöls beim Einmischen in das Grundöl bedingt, sondern besitzt auch eine Rostschutzwirkung, welche die Entstehung von Rost auf Metall verhindert, das hiermit in Kontakt gelangt. Da die Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel und als Rostschutzmittel fungiert, muss das Schmierfett dementsprechend kein separates Rostschutzmittel enthalten.
Die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung beträgt 310 oder mehr. Indem die Schmierfettzusammensetzung eine Walkpenetration in diesem Bereich aufweist, ist es möglich, eine ausgezeichnete Fließfähigkeit des Schmierfetts in die Kontaktbereiche zwischen dem Wälzkörper und dem Laufbahnring sowie eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit zu erzielen. Die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung liegt bevorzugt in einem Bereich von 310 bis 340. In diesem Bereich ist die Fließfähigkeit des Schmierfetts in einem festgelegten Bereich eingestellt, wodurch eine noch bessere Dichtleistung erzielt werden kann.
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Rillenkugellagers als Beispiel für das mit Schmierfett abgedichtete Lager. Ein mit Schmierfett abgedichtetes Lager 1 umfasst einen Innenring 2 mit einer Innenringlaufbahnoberfläche 2a an einer Außenumfangsoberfläche hiervon, sowie einen Außenring 3 mit einer Außenringlaufbahnoberfläche 3a an einer Innenumfangsoberfläche hiervon. Der Innenring 2 und der Außenring 3 sind koaxial zueinander angeordnet. Zwischen der Innenringlaufbahnoberfläche 2a und der Außenringlaufbahnoberfläche 3a ist eine Vielzahl von Wälzkörpern 4 angeordnet. Die Wälzkörper 4 werden von einem Käfig 5 gehalten. Axiale Endöffnungen 8a, 8b zwischen dem Innenring und dem Außenring werden durch Dichtungselemente 6 abgedichtet. Die vorstehend beschriebene Schmierfettzusammensetzung 7 umschließt zumindest den Wälzkörper 4. Der Innenring 2, der Außenring 3 und die Wälzkörper 4 bestehen jeweils hauptsächlich aus einem eisenbasierten Metallmaterial. Der Innenring 2, der Außenring 3 und die Wälzkörper 4 werden durch die zwischen den Wälzkörpern 4 und den Laufbahnoberflächen angeordnete Schmierfettzusammensetzung 7 geschmiert.
Bei dem eisenbasierten Metallmaterial, welches die Lagerkomponenten wie beispielsweise den Innenring 2, den Außenring 3, die Wälzkörper 4 und den Käfig 5 des mit Schmierfett abgedichteten Lagers 1 bildet, handelt es sich um ein beliebiges, allgemein als Lagermaterial verwendetes Material. Beispiele für das eisenbasierte Metallmaterial umfassen kohlenstoffreichen Chromlagerstahl (SUJ 1, SUJ 2, SUJ 3, SUJ 4, SUJ 5 und dergleichen; JIS G 4805), Zementstahl (SCr 420, SCM 420 und dergleichen; JIS G 4053), rostfreien Stahl (SUS 440C und dergleichen; JIS G 4303), Schnellarbeitsstahl (M 50 und dergleichen) und kaltgewalzten Stahl. Das Dichtungselement 6 kann als Einzelkörper aus Metall oder Gummi ausgebildet sein, oder das Dichtungselement 6 kann alternativ als Komplexkörper aus einem solchen Gummiformkörper und einer Metallplatte, einer Kunststoffplatte oder einer Keramikplatte ausgebildet sein. Unter den Gesichtspunkten von Haltbarkeit und einfacher Haftung ist ein aus dem Gummiformkörper und der Metallplatte bestehender Komplexkörper bevorzugt.
Da es sich bei dem Verdickungsmittel des Schmierfetts um eine Calciumsulfonat-Komplexseife handelt, bildet sich in dem mit Schmierfett abgedichteten Lager der vorliegenden Erfindung ein Verdickungsfilm, welcher einer hohen Belastung standhält. Auf diese Weise kann das mit Schmierfett abgedichtete Lager in einem Hochlastzustand, in welchem der maximale Kontaktoberflächendruck 2000 MPa oder mehr beträgt, und in einem unterhalb eines kritischen Schwingungswinkels liegenden Zustand verwendet werden. Dementsprechend kann das mit Schmierfett abgedichtete Lager in Anwendungsbereichen zum Einsatz gelangen, welche eine hohe Genauigkeit erfordern, wie beispielsweise in Anwendungsbereichen, in welchen ein allgemeines Rillenkugellager leicht zu Reibverschleiß führt. Der maximale Kontaktoberflächendruck bezeichnet den maximalen Wert des Oberflächendrucks auf die Kontaktoberflächen zwischen dem Laufbahnring und dem Wälzkörper. Der maximale Kontaktoberflächendruck beträgt bevorzugt 2300 MPa oder mehr, und stärker bevorzugt 2700 MPa oder mehr.
Bei dem mit Schmierfett abgedichteten Lager der vorliegenden Erfindung kann es sich beispielsweise um ein Schrägkugellager mit einem Kontaktwinkel handeln. Um seine Steifigkeit zu erhöhen, wird das Schrägkugellager vorbelastet, so dass das Schrägkugellager in Anwendungsbereichen zum Einsatz gelangt, welche eine hohe Genauigkeit erfordern. Da es sich bei dem Verdickungsmittel um eine Calciumsulfonat-Komplexseife handelt, bildet sich in dem mit Schmierfett abgedichteten Lager der vorliegenden Erfindung ein Verdickungsfilm, welcher einer hohen Belastung standhält, womit der Ölfilm im Kontaktbereich selbst in einem Zustand, in welchem wie in einem Schrägkugellager eine hohe Belastung auftritt, kaum abreißt, so dass eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit erzielt werden kann.
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise in einem Robotergelenk zum Einsatz gelangen. Als Robotergelenklager kann beispielsweise ein abgestimmtes Schrägkugellager verwendet werden. Das auf ein abgestimmtes Schrägkugellager angewendete, mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt ein abgestimmtes Rücken-an-Rücken-Schrägkugellager, in welchem zwei mit Schmierfett abgedichtete, einreihige Schrägkugellager mit Dichtungen derart miteinander kombiniert sind, dass ihre Rückseiten aufeinander ausgerichtet sind. Nachfolgend wird das abgestimmte Rücken-an-Rücken-Schrägkugellager auch als „Schrägkugellager-DB-Satz“ bezeichnet. Jedes der den Schrägkugellager-DB-Satz 10 bildenden einreihigen Schrägkugellager 11 umfasst einen Innenring 12, einen Außenring 13, eine Vielzahl von Wälzkörpern 14, und einen Käfig 15. Der Innenring 12, der Außenring 13 und die Wälzkörper 14 stehen jeweils in einem festgelegten Winkel α1 (Kontaktwinkel), bezogen auf eine radiale Mittellinie A, miteinander in Kontakt, womit das einreihige Schrägkugellager 11 die Radiallast und die Axiallast in einer einzelnen Richtung aufnehmen kann. Ein Dichtungselement 16 ist am Außenring 13 befestigt, und eine Schmierfettzusammensetzung 17 umschließt zumindest die Wälzkörper 14.
In dem Schrägkugellager-DB-Satz 10 ist ein Paar der einreihigen Schrägkugellager 11 derart befestigt, dass die Rückseiten von jedem der Innenringe 12 und der Außenringe 13 aufeinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise nimmt der Schrägkugellager-DB-Satz 10 die Radiallast und die Axiallast in beiden Richtungen auf. Der Schrägkugellager-DB-Satz 10 weist einen Aktionspunktabstand L auf, welcher länger ist als jener eines Lagers, in welchem Nicht-Schrägkugellager miteinander kombiniert sind, so dass der Schrägkugellager-DB-Satz 10 eine ausgezeichnete Momentlastaufnahme erzielt. Somit ist das eine solche Konfiguration aufweisende, mit Schmierfett abgedichtete Lager besonders für ein Robotergelenklager geeignet, welches verschiedene Lasten, wie beispielsweise eine Radiallast, eine Axiallast und eine Momentlast, aufnimmt.
1 und 2 zeigen das Kugellager als ein Beispiel für das Lager. Allerdings kann das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung nicht nur als Kugellager, sondern auch als Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Nadellager, Axial-Zylinderrollenlager, Axial-Kegelrollenlager, Axial-Nadellager oder Axial-Pendelrollenlager zum Einsatz gelangen.
BEISPIEL
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Allerdings ist das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung nicht auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele beschränkt.
Es wurden sieben Schmierfettzusammensetzungen hergestellt, welche in Tabelle 1 dargestellt sind. Jede der Schmierfettzusammensetzungen der Beispiele 1 und 2 enthält eine Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel und weist eine Walkpenetration der Klasse 1 (310-340) auf.
(1) Reibverschleißbeständigkeitstest
Die Reibverschleißbeständigkeit von jeder der sieben Schmierfettzusammensetzungen wurde unter Verwendung einer Fafnir-Reibverschleißtestvorrichtung bestimmt. Die Testbedingungen basieren auf ASTM D 4170. Im Einzelnen beträgt die eingeschlossene Menge an Schmierfett 1 ± 0.05 g, wobei der Test durch Antreiben eines Motors in der Atmosphäre bei Raumtemperatur sowie bei einem Schwingungswinkel von 12 Grad und einem Schwingungszyklus von 30 Hz durchgeführt wurde. Die Reibverschleißbeständigkeit wurde auf der Grundlage einer Massenverlustmenge (nachfolgend als Verschleißmenge bezeichnet) des Laufbahnrings nach dem Test bewertet.
Die Bewertung wurde anhand der nachfolgenden beiden Lastzustandsstufen vorgenommen. Die erste Stufe basiert auf ASTM D4170, so dass der Kontaktoberflächendruck 1700 MPa (nachfolgend als niedriger Oberflächendruck bezeichnet) beträgt. Im Rahmen der zweiten Stufe wird eine hohe Momentlast angenommen, so dass der Oberflächendruck 3000 MPa (nachfolgend als hoher Oberflächendruck bezeichnet) beträgt.
Die Testergebnisse der Reibverschleißbeständigkeit sind in 3(a) und 3(b) sowie in Tabelle 1 dargestellt. 3(a) und 3(b) zeigen Beziehungen zwischen der Verschleißmenge und der Walkpenetration auf der Grundlage der Tests, welche für jede Schmierfettzusammensetzung dreimal durchgeführt wurden. 3(a) zeigt das Ergebnis für den Zustand eines niedrigen Oberflächendrucks. 3(b) zeigt das Ergebnis für den Zustand eines hohen Oberflächendrucks. Die Referenzlinien in 3(a) und 3(b) wurden auf der Grundlage des Schmierfetts bestimmt, welches im tatsächlichen Verwendungszustand (einem Zustand, in welchem das Lager schwingt, so dass sich die Drehrichtung des Lagers beim Beschleunigen und Abbremsen ändert) keinen Reibverschleiß hervorruft.
Jedes Feld der bei niedrigem Oberflächendruck und bei hohem Oberflächendruck in einem Fafnir-Test angegebenen Verschleißmenge gemäß Tabelle 1 zeigt das Ergebnis der Reibverschleißbeständigkeit, bei welcher bestimmt wird, ob ein Mittelwert der Verschleißmenge der für jeden Zustand dreimal durchgeführten Tests einen festgelegten Grenzwert überschreitet oder nicht überschreitet.

◯: Referenzlinie oder weniger
×: Referenzlinie oder mehr

(2) Lagerdichtleistungstest
Der Lagerschwingungstest unterhalb des kritischen Schwingungswinkels (des kritischen Schwingungswinkels von 44.8 Grad) wurde für jeden der mit Schmierfett abgedichteten und Dichtungen aufweisenden Schrägkugellager-DB-Sätze (Lagerinnendurchmesser von 6 mm), in welchem jede der sieben Schmierfettzusammensetzungen eingeschlossen war, dreimal durchgeführt. Bei jedem Test wurde visuell überprüft, ob Schmierfett austritt oder nicht austritt.
Die Testergebnisse der Lagerdichtleistung sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Lagerdichtleistung wird auf Grundlage dessen bestimmt, ob das Schmierfett nach dem Lagerschwingungstest scheinbar aus dem Lager austritt oder nicht austritt.

◯: Schmierfett tritt aus keinem Lager aus
×: Schmierfett tritt aus einem oder mehreren Lagern aus

	Beispiel		Vergleichsbeispiel
	1	2	1	2	3	4	5
Verdickungsmittel Art	Calciumsulfonat-Komplexseife	Calciumsulfonat-Komplexseife	Calciumsulfonat-Komplexseife	Harnstoffverbindung	Harnstoffverbindung	Lithiumseife	Lithiumseife
Grundöl Art	Mineralöl	synthetisches Kohlenwasserstofföl	Mineralöl	synthetisches Kohlenwasserstofföl	Mineralöl	Mineralöl	Mineralöl
Viskosität des Grundöls bei 40°C (mm²/s)	100	30	100	47	109	220	220
Walkpenetration 25°C, 60 Hübe, basierend auf JIS K 2220	Klasse 1 (310-340)	Klasse 1 (310-340)	Klasse 2 (265-295)	Klasse 1 (310-340)	Klasse 2 (265-295)	Klasse 0 (355-385)	Klasse 2 (265-295)
Verschleißmenge im Fafnir-Test niedriger Oberflächendruck	◯	◯	×	◯	◯	◯	×
hoher Oberflächendruck	◯	◯	×	×	×	◯	×
Lagerdichtleistungstest Austritt von Schmierfett	◯	◯	◯	×	◯	×	◯

Aus den in 3(a) und 3(b) dargestellten Ergebnissen geht hervor, dass sich die Verschleißmenge mit steigender Walkpenetration verringert, so dass sich die Reibverschleißbeständigkeit verbessert. In einem Fall, in welchem es sich bei dem Lastzustand um den Zustand eines hohen Oberflächendrucks handelt, ist die Verschleißmenge im Vergleich zum Zustand eines niedrigen Oberflächendrucks tendenziell hoch. Da die Verschleißmenge in jedem der Beispiele 1 und 2 und in Vergleichsbeispiel 4 relativ gering ist, kann das die Metallseifengruppe (Calciumsulfonat-Komplexseife oder Lithiumseife) als Verdickungsmittel enthaltende und eine Walkpenetration von 310 oder mehr aufweisende Schmierfett selbst im Zustand eines hohen Oberflächendrucks die Verschleißmenge verringern und eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit aufweisen.
Gemäß dem in Tabelle 1 dargestellten Ergebnis trat in den Beispielen 1 und 2 sowie in den Vergleichsbeispielen 1, 3 und 5 kein Schmierfett aus. Somit ergibt sich, dass das eine Walkpenetration der Klasse 2 (265-295) aufweisende oder eine Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel enthaltende Schmierfett eine ausgezeichnete Lagerdichtleistung aufweist.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 besitzen die gleiche Konfiguration bezüglich des Grundöls, bei welchem es sich um ein synthetisches Kohlenwasserstofföl handelt, und weisen die gleiche Walkpenetration auf. Allerdings weist das eine Harnstoffverbindung als Verdickungsmittel enthaltende Vergleichsbeispiel 2 eine schlechtere Dichtleistung auf als das eine Calciumsulfonat-Komplexseife enthaltende Beispiel 2.
Es ist bekannt, dass die als Verdickungsmittel fungierende Calciumsulfonat-Komplexseife bei Einwirkung einer Scherspannung eine geringe Thixotropie aufweist und eine geringe Änderung der Konuspenetration des Schmierfetts bewirkt (Nicht-Patentdokument 1). Durch den Einsatz der Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel ist die Änderung der Konuspenetration des Schmierfetts beim Fahren im Vergleich zu den anderen Verdickungsmitteln somit geringer, und es wird selbst beim Nichtfahren eine ausgezeichnete Dichtleistung bei relativ hoher Walkpenetration erzielt.
Fasst man die Ergebnisse des Reibverschleißbeständigkeitstests und des Lagerdichtleistungstest zusammen, so zeigt jedes der Beispiele 1 und 2, wie vorstehend beschrieben ist, eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit und eine ausgezeichnete Dichtleistung. Infolgedessen ist ein Schmierfett, welches eine Calciumsulfonat-Komplexseife als Verdickungsmittel verwendet, ein Mineralöl oder ein synthetisches Kohlenwasserstofföl als Grundöl enthält und eine Walkpenetration von 310 bis 340 aufweist, wirksam, um sowohl Reibverschleißbeständigkeit als auch Dichtleistung zu erzielen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das mit Schmierfett abgedichtete Lager der vorliegenden Erfindung bedingt eine ausgezeichnete Fließfähigkeit des Schmierfetts in die Laufbahnoberfläche, verursacht beim Schwingen des Lagers keine nennenswerte Erhöhung der Walkpenetration, und bildet einen Verdickungsfilm, welcher eine ausgezeichnete Lastbeständigkeit besitzt, so dass das mit Schmierfett abgedichtete Lager eine ausgezeichnete Reibverschleißbeständigkeit und Dichtleistung aufweist. Das mit Schmierfett abgedichtete Lager kann in einem Beschleunigung und Abbremsung umfassenden Schwingungszustand zum Einsatz gelangen, und wird insbesondere vorteilhaft als Robotergelenklager verwendet.
Bezugszeichenliste

1: mit Schmierfett abgedichtetes Lager
2, 12: Innenring
2a: Innenringlaufbahnoberfläche
3, 13: Außenring
3a: Außenringlaufbahnoberfläche
4, 14: Wälzkörper
5, 15: Käfig
6, 16: Dichtungselement
7, 17: Schmierfettzusammensetzung
8a, 8b: Öffnung
10: Schrägkugellager-DB-Satz
11, 20: einreihiges Schrägkugellager
24: Kugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006316850 A [0004]
JP 2002180077 A [0004]

Claims

Mit Schmierfett abgedichtetes Lager, umfassend: einen Innenring und einen Außenring, bei welchen es sich um Laufbahnringe handelt; eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind; und eine Schmierfettzusammensetzung, welche die Wälzkörper umschließt, wobei das Lager zum Schwingen ausgebildet ist, so dass sich die Drehrichtung des Lagers beim Beschleunigen und Abbremsen ändert, wobei: die Schmierfettzusammensetzung ein Grundöl und ein Verdickungsmittel enthält, die Walkpenetration der Schmierfettzusammensetzung 310 oder mehr beträgt, und es sich bei dem Verdickungsmittel um eine Calciumsulfonat-Komplexseife handelt.
Mit Schmierfett abgedichtetes Lager gemäß Anspruch 1, wobei das mit Schmierfett abgedichtete Lager in einem Hochlastzustand, in welchem der maximale Kontaktoberflächendruck auf den Laufbahnring 2000 MPa oder mehr beträgt, und in einem unterhalb eines kritischen Schwingungswinkels liegenden Zustand zum Einsatz gelangt.
Mit Schmierfett abgedichtetes Lager gemäß Anspruch 1, wobei die Walkpenetration in einem Bereich von 310 bis 340 liegt.
Mit Schmierfett abgedichtetes Lager gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei dem Grundöl um ein Mineralöl oder ein synthetisches Kohlenwasserstofföl handelt.
Mit Schmierfett abgedichtetes Lager gemäß Anspruch 1, wobei das mit Schmierfett abgedichtete Lager als Schrägkugellager ausgebildet ist.
Mit Schmierfett abgedichtetes Lager gemäß Anspruch 1, wobei das mit Schmierfett abgedichtete Lager als Robotergelenklager ausgebildet ist.