DE19653589A1

DE19653589A1 - Fett-Zusammensetzung

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Publication number: DE19653589A1
Application number: DE19653589A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Yokouchi; Hideki Koizumi; Kenichi Iso; Michiharu Naka
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: US5840666A; DE19653589B4

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fett-Zusammensetzung, sie bezieht sich insbesondere auf eine Fett-Zusammensetzung, die gegenüber dem Abblättern (Ausbrechen) von Wälzlagern wirksam und geeignet ist für den Auftrag auf Wälzlager, die in elektrischen Teilen und Motor-Zusatzgeräten von Automobi len, beispielsweise in einem Drehstromgenerator, einer elektromagnetischen Kupplung für eine Klimaanlage, einer Zwischen-Riemenscheibe, einem elektri schen Gebläsemotor und einer Wasserpumpe, verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein abgeschlossenes (abgedichtetes) Wälzlager, das Fett enthält, sie bezieht sich insbesondere auf ein abgeschlos senes (abgedichtetes) Wälzlager, das geeignet ist für die Verwendung bei ho her Temperatur und hoher Rotationsgeschwindigkeit, beispielsweise in den vorgenannten elektrischen Teilen und Motor-Zusatzgeräten von Automobilen.

Wälzlager werden in rotierenden Teilen von Automobilen und verschiedenen Antrieben, beispielsweise in elektrischen Teilen und in Motor-Zusatzgeräten von Automobilen, beispielsweise in einem Drehstromgenerator, einer elektro magnetischen Kupplung für eine Klimaanlage, einer Zwischen-Riemenscheibe, einem elektrischen Gebläsemotor, einer Wasserpumpe und dgl., verwendet.

Die beiliegende Zeichnung zeigt einen partiellen Querschnitt eines Rillenku gellagers, das mit einer Kontakt-Gummidichtung abgedichtet ist, bei dem es sich um einen Typ der Wälzlager handelt. Das in der Zeichnung dargestellte Kugellager besteht aus einem konzentrisch angeordneten Satz von innerem Laufring 2 und äußerem Laufringen 4, wobei der innere Laufring 2 auf seinem äußeren Umfang eine innere Laufringbahn 1 ergibt und der äußere Laufring 4 auf seinem inneren Umfang eine äußere Laufringbahn 3 bildet, und einer Viel zahl von Wälzelementen (Kugeln) 5, die durch das Gehäuse 7 drehbar zwi schen der inneren Laufringbahn 1 und der äußeren Laufringbahn 3 zurückge halten werden. Jede der Ringdichtungen 6 ist mit einem ihrer Enden an jedem Ende des äußeren Laufringes 4 auf dessen innerem Umfang so angepaßt, daß das um die Kugeln 5 herum aufgebrachte Fett oder der erzeugte Staub nicht nach außen treten können oder Staub, der außerhalb in der Luft schwebt, nicht in das Innere des Kugellagers eindringen kann.

Mit der zunehmenden Verbreitung von Frontmotor-Frontantriebs-Automobilen, mit denen eine Größen- und Gewichtsverminderung angestrebt wird, und mit der zunehmenden Nachfrage nach mehr Platz im Fahrzeug wurde der Raum für den Motor unvermeidlich verkleinert und die Größen- und Gewichtsvermin derung der vorstehend beschriebenen elektrischen Teile und Motorzusatzge räte sind weiter fortgeschritten. Daneben müssen die elektrischen Teile selbst verbesserte Eigenschaften und ein höheres Leistungsvermögen aufweisen. Die Größenverminderung führt unvermeidlich zu einer Verkleinerung des Out puts (Leistung), so daß eine Verminderung des Outputs (der Leistung) eines Drehstromgenerators oder einer elektromagnetischen Kupplung für eine Kli maanlage beispielsweise durch Beschleunigung derselben kompensiert wor den ist. Daraus folgt, daß die Geschwindigkeit einer Zwischen-Riemenscheibe erhöht wurde.

Da die Neigung zur Verkapselung eines Motors zunimmt wegen der Nachfrage nach einem geringeren Geräusch, steigt die Temperatur innerhalb des Motor gehäuses an. Deshalb müssen die obengenannten Teile hohe Temperaturen aushalten.

Außerdem steigt die auf die Lager einwirkende Belastung mit zunehmender Spannung eines Antriebsriemens.

Um diesen Neigungen Rechnung zu tragen, muß ein Fett für Kugellager, wie sie in Automobil-Teilen verwendet werden, eine hohe Beständigkeit (Haltbarkeit), ein hohes Leistungsvermögen gegen Abblättern (Ausbrechen), eine ausgezeichnete Drehmoment-Leistung, ausgezeichnete Antikorrosions- Eigenschaften und geräuscharme Eigenschaften (akustische Eigenschaften) aufweisen. Fett-Zusammensetzungen, die ein wärmebeständiges syntheti sches Öl als Grundöl und eine Harnstoffverbindung als Ein- bzw. Verdic kungsmittel enthalten, werden heutzutage in großem Umfange als Fett ver wendet, das diesen Anforderungen genügt. Fett für die Verwendung in Wälz lagern für Automobile muß eine lange Schmierlebensdauer haben, darf kaum auslaufen und muß ausgezeichnete Niedertemperatur-Eigenschaften, Antikor rosionseigenschaften und akustische Eigenschaften aufweisen.

In JP-A-3-79698, JP-A-5-140576 und JP-A-6-17079 (die hier verwendete Ab kürzung "JP-A" steht für eine "ungeprüfte publizierte japanische Patentanmel dung") sind überwiegend durch eine Cyclohexylgruppe abgeschlossene Di harnstoff-Verbindungen als Verdickungsmittel beschrieben, die eine Langzeit- Schmierung ergeben.

Mit der vorstehend beschriebenen Beschleunigung und dem Fortschreiten der Leistung wirkt auf die Laufring-Bahnen eines Wälzlagers (Bezugsziffern 1 und 3 in der Zeichnung) eine hohe Belastung ein, wodurch das neue Problem des Abblätterns (Ausbrechens) entsteht. Was das Abblätterungs-Phänomen an geht, so bewirken nur solche Fett-Zusammensetzungen, welche die obenge nannten, überwiegend durch eine Cyclohexylgruppe abgeschlossenen Di harnstoffverbindungen als Verdickungsmittel enthalten, ein Abblättern (Ausbrechen) in einem frühen Stadium und sie werden daher in der Praxis nicht verwendet.

Es wurde auch bereits ein Fett mit langer Lebensdauer für Hochgeschwindig keits-Wälzlager, mit denen das Abblättern (Ausbrechen) verhindert werden soll, entwickelt. In JP-A-5-98280, JP-A-5-194979 und JP-A-5-263091 sind bei spielsweise Fett-Zusammensetzungen, die hauptsächlich durch eine aromati sche Kohlenwasserstoffgruppe abgeschlossene Diharnstoffverbindungen als Verdickungsmittel enthalten, beschrieben. Eine weitere Verbesserung zur Verhinderung des Abblätterns (Ausbrechens) ist jedoch erwünscht.

Eine Verbesserung der Verhinderung des Abblätterns (Ausbrechens) wurde bisher bei den konventionellen Fett-Zusammensetzungen erzielt durch geeig nete Auswahl des Verdickungsmittels. Die Verhinderung des Abblätterns (Ausbrechens) durch bloße Auswahl eines Verdickungsmittels stößt jedoch bald an ihre Grenzen und es ist nicht zu erwarten, daß weitere Verbesserun gen erzielbar sind.

Außerdem ist eine Verbesserung der Beständigkeit gegen Festfressen beson ders erwünscht, da die Nachfrage nach Wälzlagern mit hoher Beständigkeit in elektrischen Teilen und Motor-Zusatzgeräten, die bei einer hohen Temperatur und mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit verwendet werden, ständig steigt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Fett-Zusammensetzung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Wirkung gegen Abblättern (Ausbre chen) bis zu einem bisher nicht erzielten Grade aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Wälzlager mit einer verlängerten Nichtfestfreß- Lebensdauer bis zu einem bisher nicht erreichten Ausmaß bereitzustellen.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Mechanismus des Abblät terungsphänomens intensiv untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß ein Abblättern (Ausbrechen) auftritt als Folge der synergistischen Wirkung ei ner Zunahme der Belastung als Folge der Resonanz zwischen einer Lager- und einer Biegespannung, die durch eine Verformung des äußeren Laufringes erzeugt wird, und daß der Schmiereffekt zur Verlängerung der Nicht- Abblätterungs-Lebensdauer eines Lagers auf den Dämpfungseigenschaften eines Fett-Films basiert, der sich zwischen den Wälzelementen und den Laufringbahnen ausreichend ausbreitet, wodurch die Amplitude der Resonanz- Schwingungen und die Maximal-Belastung der Wälzelemente herabgesetzt werden kann (vgl. NSK Technical Journal, Nr. 656, S. 1(1993)). Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache ge richtet, daß der Effekt gegen Abblättern durch Erhöhung der Dämpfungseigen schaften des Fett-Films verbessert werden kann.

Die Erfinder haben die Schlußfolgerung gezogen, daß eine Verstärkung der Gelstruktur, die von einem Ein- bzw. Verdickungsmittel gebildet wird, eine Verbesserung der Filmbildungseigenschaften eines Fettes und einen erhöhten Dämpfungseffekt auf die Aufprallbelastung mit sich bringen würde und daß eine solche Verstärkung der Gelstruktur höchst wirksam erzielt werden kann durch Einarbeitung eines anorganischen Füllstoffes in eine Fett- Zusammensetzung.

Auf der Basis dieser Erkenntnis betrifft die vorliegende Erfindung eine Fett- Zusammensetzung, die ein Grundöl, ein Ein- bzw. Verdickungsmittel, ausge wählt aus einer Metallseife und einer Harnstoffverbindung, und einen anorga nischen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 2 µm umfaßt (nachstehend als erste Ausführungsform bezeichnet).

Andererseits federt ein Fett, das in einem Wälzlager eingeschlossen ist, von der Dichtung oder Abschirmung zurück. Deshalb handelt es sich nur um eine geringe Menge Fett auf der Laufringbahn oder in der Nähe des Gehäuses, die zur Schmierung des Lagers beiträgt und über die Nicht-Festfreß-Lebensdauer des Lagers praktisch entscheidet. Wenn eine derart geringe Menge Fett auf der Laufringnut oder dem Gehäuse oder in der Nähe derselben in seiner Fließfähigkeit abnimmt als Folge einer Verschlechterung durch Oxidation oder Aushärtung, wird die Schmierung unzureichend, wodurch das Lager anfällig für Verschleiß wird, was gegebenenfalls zu einem Festfressen führt.

Die Erfinder haben umfangreiche Untersuchungen in bezug auf das Festfreß- Phänomen von Wälzlagern durchgeführt und als Ergebnis gefunden, daß feine Teilchen eines anorganischen Füllstoffs, die in dem Fett dispergiert sind, das Festfressen von Wälzlagern wirksam verhindern.

Auf der Basis dieser Erkenntnis betrifft die vorliegende Erfindung ein Wälzla ger, in dem eine Fett-Zusammensetzung eingeschlossen ist, die ein Grundöl, ein Harnstoff-Verdickungsmittel und einen anorganischen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 2 µm umfaßt (nachste hend als zweite Ausführungsform bezeichnet).

Die in dem Wälzlager gemäß der zweiten Ausführungsform eingeschlossene Fett-Zusammensetzung weist darin dispergierte feine Teilchen auf. Es wird angenommen, daß das auf der Kontaktfläche zwischen den Wälzelementen und den Laufringnuten vorhandene Fett dank der feinen Teilchen die Form eines Films selbst unter einer hohen Scherspannung durch Rotation mit hoher Geschwindigkeit beibehalten kann. Ein direkter Kontakt zwischen den Metalle lementen kann somit verhindert werden, wodurch die Antifestfreß- Lebensdauer verlängert wird.

Bei der zweiten Ausführungsform bringt die Verwendung einer Harnstoff- Verbindung als Verdickungsmittel eine Verbesserung in bezug auf die Wär mebeständigkeit und als Folge davon den Effekt mit sich, daß die Beständig keit gegen Festfressen weiter verbessert wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung, die einen partiellen Querschnitt eines Rillenkugellagers zeigt, das mit einer Kontakt-Gummidichtung abgedichtet ist, näher erläutert.

Der anorganische Füllstoff, der erfindungsgemäß verwendet werden kann, unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, so lange er in der Lage ist, die von einem Verdickungsmittel gebildete Gelstruktur zu verstärken. Anorgani sche Füllstoffe, die selbst eine Verdickungswirkung haben, sind wirksamer bei der Verstärkung der Gelstruktur.

Zu Beispielen für verwendbare anorganische Füllstoffe gehören Metalloxide (wie SiO₂, Al₂O₃, MgO, TiO₂, PZT und ZnO), Metallnitride (wie Si₃N₄, ZrN, CrN und TiAIN), Metallcarbide (wie SiC, TiC und WC), Tonmineralien (wie Bentonit, Smectid und Glimmer) und Diamant. Feste Schmier- bzw. Gleitmittel, wie MoS₂, Graphit, BN und WS₂, sind ebenfalls verwendbar.

Diese anorganischen Füllstoffe können einer Oberflächenbehandlung unter zogen werden, um ihre Oberfläche lipophil zu machen, so daß sie eine ver besserte Affinität gegenüber einem Grundöl oder einem Harnstoff- Verdickungsmittel aufweisen.

Unter den obengenannten anorganische Verbindungen sind die Metalloxide oder Tonmineralien, die selbst einen Verdickungseffekt besitzen, bevorzugt.

Der organische Füllstoff für die erfindungsgemäße Verwendung sollte eine Teilchengröße haben, die keine Störungen in Wälzlagern hervorruft. Im allge meinen wirken Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehr als etwa 2 µm als Fremdmaterial (Staub). Harte Teilchen, deren durchschnittli che Teilchengrößen mehr als 2 µm beträgt, beschleunigen den Verschleiß (Abrieb) der Laufringbahnen und der Wälzelemente, wobei sie eine Beschädi gung des Lagers in einem frühen Stadium und manchmal eine Beeinträchti gung der akustischen Eigenschaften hervorrufen. Daher beträgt die durch schnittliche Teilchengröße des anorganischen Füllstoffs vorzugsweise nicht mehr als 2 µm.

Wenn man die Schmierlebensdauer in Betracht zieht, ist die durchschnittliche Teilchengröße des anorganischen Füllstoffs vorzugsweise geringer als die Dicke eines Films aus dem Grundöl. Da die Dicke eines Films aus dem Grundöl im allgemeinen etwa 0,2 µm beträgt, beträgt eine besonders bevor zugte durchschnittliche Teilchengröße nicht mehr als 0,2 µm.

Sofern die durchschnittliche Teilchengröße nicht mehr als 2 µm beträgt, unter liegen die Teilchen keinen spezifischen Beschränkungen in bezug auf ihre Gestalt und es kann sich dabei um Kugeln, Polyeder (z. B. Würfel oder recht eckige Parallelepipede) oder sogar um Nadeln handeln. Kugelförmige oder nahezu kugelförmige Teilchen sind bevorzugt.

Es wurde bestätigt, daß ein zufriedenstellender Effekt in bezug auf die Verhin derung eines Festfressens erzielt wird, wie bei der zweiten Ausführungsform erwartet, wenn die durchschnittliche Teilchengröße 1 µm oder weniger beträgt.

Die Fett-Zusammensetzung weist vorzugsweise eine Walk-Penetration auf, die auf eine solche von Nr. 3 bis Nr. 1 gemäß NLGI (JIS K 2220) für die Verwen dung in einem abgedichteten Wälzlager eingestellt ist. Zur Penetrationskon trolle wird in der Regel ein Verdickungsmittel in einer Menge von 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, verwendet.

In der Fett-Zusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform wird der anorganische Füllstoff vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 15 Gew.-% verwendet. Wenn der Gehalt an anorganischem Füllstoff weniger als 0,05% beträgt, ist der Verstärkungseffekt unzureichend. Wenn er 15% übersteigt, haben die Teilchen die Neigung, die akustischen Eigenschaften zu beein trächtigen (zu verschlechtern) oder den Verschleiß (Abrieb) des Lagers zu be schleunigen. Um zu gewährleisten, daß der Verstärkungseffekt ohne nachteili ge Wirkung auf die Schmierlebensdauer ist, ist ein ganz besonders bevorzug ter Gehalt an dem anorganischen Füllstoff 0,1 bis 10 Gew.-%.

Die Fett-Zusammensetzung für die Verwendung bei der zweiten Ausführungs form enthält vorzugsweise den anorganischen Füllstoff in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Wenn der Gehalt an dem anorganischen Füllstoff weniger als 0,5% beträgt, ist der Verstärkungseffekt unzureichend. Wenn er 10% übersteigt, besteht die Neigung, daß die große Menge der Teilchen die akustischen Eigenschaften beeinträchtigt (verschlechtert) oder den Verschleiß (Abrieb) des Lagers be schleunigt, wodurch die Schmierlebensdauer des Lagers in nachteiliger Weise beeinflußt wird. Um die Verlängerung der Antifestfreß-Lebensdauer zu gewähr leisten, ohne die akustischen Eigenschaften und die Schmierlebensdauer in nachteiliger Weise zu beeinflussen, beträgt ein ganz besonders bevorzugter Gehalt an anorganischem Füllstoff 1 bis 8 Gew.-%.

Das Ein- bzw. Verdickungsmittel, das in der Fett-Zusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden kann, unterliegt keinen speziel len Beschränkungen, vorausgesetzt, daß das Verdickungsmittel in der Lage ist, eine Gelstruktur zu bilden, in der ein Grundöl zurückgehalten werden kann. Das Verdickungsmittel wird beispielsweise in geeigneter Weise ausgewählt aus Metallseifen, die Li, Na und dgl. enthalten, zusammengesetzten Metallsei fen, die Li, Na, Ba, Ca und dgl. enthalten, und Harnstoffverbindungen, wie Di harnstoffverbindungen und Polyharnstoffverbindungen. Obgleich Metallseifen zufriedenstellende akustische Eigenschaften aufweisen, sind zusammenge setzte Metallseifen gegenüber den Metallseifen vom Standpunkt der Auslauf beständigkeit aus betrachtet bevorzugt. Harnstoffverbindungen sind dort be vorzugt, wo eine Wärmebeständigkeit gefordert wird.

Das Harnstoff-Verdickungsmittel, das in der zweiten Ausführungsform verwen det werden kann, umfaßt Diharnstoffverbindungen und Polyharnstoffverbin dungen. Diese Harnstoff-Verbindungen weisen selbst eine Wärmebeständig keit auf, so daß sie einen Beitrag zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit der Fett-Zusammensetzung leisten.

Die Harnstoffverbindung, die gemäß der ersten und der zweiten Ausführungs form verwendet werden kann, ist vorzugsweise ein Polyharnstoff (z. B. Diharn stoff, Triharnstoff und Tetraharnstoff) und besonders bevorzugt ein Diharnstoff.

Ganz besonders bevorzugt ist der Diharnstoff mit der folgenden Struktur

worin bedeuten:
R₁ und R₃ jeweils unabhängig voneinander eine einen aromatischen Ring ent haltende Kohlenwasserstoffgruppe mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen (wie Toluyl, Xylyl, Phenethyl, t-Butylphenyl, Dodecylphenyl, Benzyl, Methyl benzyl), eine Cyclohexylgruppe, eine Alkylcyclohexylgruppe mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen (wie Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl, Ethylcy clohexyl, Diethylcyclohexyl, Propylcyclohexyl, Isopropylcyclohexyl, 1-Methyl-3-propylcyclohexyl, Butylcyclohexyl, Pentylcyclohexyl, Pentylme thylcyclohexyl, Hexylcyclohexyl) oder eine Alkylgruppe mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen (wie Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonyldecyl, Eicosyl); und
R₂ eine divalente Kohlenwasserstoffgruppe, die einen aromatischen Ring enthält und vorzugsweise steht für

Ein Verdickungsmittel (Eindickungsmittel) wird in einer Fett-Zusammensetzung gleichmäßig dispergiert und bildet eine Gelstruktur, die aus Ketten von Mole külen oder Kristallen besteht. Der anorganische Füllstoff scheint in die Zwi schenräume zwischen den Molekülen oder Kristallen des Verdickungsmittels einzudringen und die Gelstruktur zu verstärken. Deshalb trägt dann, wenn ein Verdickungsmittel, das wirksam ist in bezug auf die Verhinderung des Abblät terns (Ausbrechens) (wie die Diharnstoff-Verbindung, die hauptsächlich durch eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe abgeschlossen ist, (wie in JP-A-5-98280, JP-A-5-1 94979 und JP-A-5-263091 supra beschrieben), einer Fett- Zusammensetzung zugesetzt wird, diese zur weiteren Verbesserung des Ef fekts in bezug auf die Verhinderung eines Abblätterns (Ausbrechens) bei. Wenn ein Verdickungsmittel, das keinen Effekt in bezug auf die Verhinderung des Abblätterns (Ausbrechens) hat, sondern eine ausgezeichnete Schmierwir kung hat (wie z. B. die Diharnstoffverbindung, die hauptsächlich durch eine Cyclohexylgruppe abgeschlossen ist, wie in JP-A-3-79698, JP-A-5-140576 und JP-A-6-1 7079 supra beschrieben), einer Fett-Zusammensetzung einverleibt wird, verleiht sie der Zusammensetzung zusätzlich zu dem Schmiereffekt einen Abblätterungs-Verhinderungseffekt.

Das Grundöl, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und es ist jedes beliebige Grundöl verwendbar, wie es üblicherweise in Schmierölen eingesetzt wird. Um einen Anstieg des Anfangs-Drehmoments als Folge einer unzureichenden Fließfähigkeit bei niedriger Temperatur oder ein Festfressen, das bei einer hohen Temperatur als Folge einer unzureichenden Ölfilmbildung auftreten würde, zu verhindern, weist das Grundöl vorzugsweise bei 40°C eine kinetische Viskosität von 10 bis 400 mm²/s, insbesondere von 20 bis 250 mm²/s, speziell von 40 bis 150 mm²/s, auf. Die kinetische Viskosität eines Grundöls wird in der Regel mit ei nem Glaskapillarrohr-Viskosimeter bestimmt.

Für die Erzielung einer verlängerten Schmierlebensdauer ist es bevorzugt, 10 Gew.-% oder mehr, bezogen auf das Gewicht des Grundöls, eines Esteröls (insbesondere eines Polyolesteröls) zu verwenden.

Zu verwendbaren Grundölen gehören Schmieröle aus Mineralölen, syntheti schen Ölen und natürlichen Ölen. Die Mineral-Schmieröle umfassen Mineral öle, die durch eine geeignete Kombination von Vakuumdestillation, Lösungs mittelentasphaltierung, Lösungsmittelextraktion, Hydrogenolyse, Lösungsmit telentwachsung, Schwefelsäurebehandlung, Tonbehandlung, Hydroraffinie rung und dgl. gereinigt worden sind. Die synthetischen Schmieröle umfassen Kohlenwasserstofföle, aromatische Öle, Esteröle und Etheröle. Die Kohlen wasserstofföle umfassen Poly-α-olefine, wie n-Paraffin, Isoparaffin, Polybuten, Polyisobutylen, ein 1-Decen-Oligomer und ein 1-Decen/Ethylen-Co-Oligomer und Hydrierungsprodukte davon. Die aromatischen Öle umfassen Alkylbenzo le, z. B. Monoalkylbenzole, Dialkylbenzole und Polyalkylbenzole; und Alkyl naphthaline, wie Monoalkylnaphthaline, Dialkylnaphthaline und Polyalkylnaph thaline. Die Esteröle umfassen aromatische Ester, wie Diester (z. B. Dibutylse bacat, Di-2-ethylhexylsebacat, Dioctyladipat, Diisodecyladipat, Ditridecyladi pat, Ditridecylglutarat und Methylacetyllicinolat), Trioctyltrimellitat, Tridecyltri mellitat und Tetraoctylpyromellitat; Polyolester, wie Trimethylolpropancaprylat, Trimethylolpropanpelargonat, Pentaerythrit-2-ethylhexanoat und Pentaerythrit pelargonat; und komplexe Ester, bei denen es sich um Oligoester handelt zwi schen einem Polyhydroxyalkohol und einer gemischten dibasischen/mono basischen Fettsäure. Die Etheröle umfassen Polyglycole, wie Polyethylengly col, Polypropylenglycol, Polyethylenglycolmonoether und Polypropylenglycol monoether; und Phenylether, wie Monoalkyltriphenylether, Alkyldiphenylether, Dialkyldiphenylether, Pentaphenylether, Tetraphenylether, Monoalkyltetra phenylether und Dialkyltetraphenylether. Außerdem sind Trikresylphosphat, Siliconöle und Perfluoralkyletheröle als synthetische Öle verwendbar.

Diese Grundöle können entweder einzeln oder in Form einer Mischung dersel ben verwendet werden. Die kinetische Viskosität der Grundöle, die verwendet werden sollen, wird auf den vorstehend angegeben bevorzugten Bereich ein gestellt.

Gewünschtenfalls kann die erfindungsgemäße Fett-Zusammensetzung außer dem einen oder mehr Zusätze in einer Gesamtmenge von bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, zusätzlich zu dem Grundöl, dem Verdickungsmittel und dem anorganischen Füllstoff, enthalten. Zu verwendbaren Zusätzen gehören Antioxidationsmittel, wie Amine, Phenole, Schwefelverbindungen und Zinkdithiophosphat; Rostschutzmittel, wie Petrol sulfonate, Dinonylnaphthalinsulfonat und Sorbitanester; die Schlüpfrigkeit ver bessernde Zusätze, wie Fettsäuren und pflanzliche Öle; Metalldesaktivatoren, wie Benzotriazol und Natriumsulfit; Extremdruckmittel, wie Chlor, Schwefel oder Phosphor enthaltende anorganische Verbindungen, Zinkdithiophosphat und Organomolybdän-Verbindungen; und Viskositätsindex-Verbesserungs mittel, wie Polymethacrylat, Polyisobutylen und Polystyrol.

Die erfindungsgemäße Fett-Zusammensetzung wird hergestellt durch Umset zung des Verdickungsmittels in dem Grundöl. Der anorganische Füllstoff wird vorzugsweise zum Zeitpunkt der Reaktion zugegeben. Der anorganische Füll stoff kann mit einer Fett-Zusammensetzung gemischt werden, die aus dem Grundöl und dem Verdickungsmittel hergestellt worden ist, vorausgesetzt, daß die Mischung nach der Zugabe des anorganischen Füllstoffs ausreichend ge rührt wird, um die Teilchen gleichmäßig zu dispergieren. Die Anwendung von Wärme während des Rührens ist wirksam.

Der Einfachheit halber werden die von dem anorganischen Füllstoff verschie denen Zusätze vorzugsweise gleichzeitig mit dem anorganischen Füllstoff zu gegeben.

Die so hergestellte Fett-Zusammensetzung wird in einem Rillen-Kugellager vom abgedichteten Typ, das eine Kontakt-Gummidichtung aufweist, wie bei spielsweise einem solchen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, einge schlossen. Die Menge der Fett-Zusammensetzung, die eingeschlossen werden soll, wird ausgewählt aus dem Bereich, wie er allgemein bei diesem Wälzla ger-Typ angewendet wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele und Ver gleichsbeispiele näher beschrieben, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8

Es wurden Fett-Zusammensetzungen hergestellt aus einem Grundöl, einem Verdickungsmittel (Eindickungsmittel) und einem anorganischen Füllstoff ge mäß den in den nachstehenden Tabellen IV und V angegebenen Formulierun gen. Das Verdickungsmittel, der anorganische Füllstoff und das Grundöl wur den in einer Gesamtmenge von 970 g verwendet und es wurden ein Amin- Antioxidationsmittel und ein Sulfonat-Rostschutzmittel in einer Gesamtmenge von 30 g zugegeben zur Herstellung einer Fett-Zusammensetzung mit einem Gewicht von 1000 g.

Die als Verdickungsmittel verwendete Harnstoffverbindung wurde erhalten durch Umsetzung von 4,4′-Diphenylmethandiisocyanat (nachstehend abge kürzt als MDI bezeichnet) mit 2 mol pro mol MDI eines oder mehrerer Amine mit der in der nachstehenden Tabelle I angegebenen Formulierung. Es besteht die Neigung, daß der Effekt der resultierenden Harnstoff-Verbindungen in be zug auf die Verhinderung des Abblätterns (Ausbrechens) ansteigt in umge kehrter Reihenfolge der Formulierungsnummer. Die Formulierungen der Grundöle und der anorganischen Füllstoffe, die in den Fett-Zusammenset zungen verwendet wurden, sind in den nachstehenden Tabellen II und III je weils angegeben.

Tabelle I

Amin-Formulierung (mol/mol MDI für ein Harnstoff-Verdickungsmittel

Tabelle II

Formulierung des Grundöls (Gew.-Teile)

Tabelle III

Die resultierenden Fett-Zusammensetzungen wurden unter Anwendung der folgenden Verfahren getestet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen IV und V angegeben.

1) Akustischer Test

In einem Rillen-Kugellager vom abgedichteten Typ mit Kontakt-Gummidich tungen (Innen-Durchmesser 17 mm; Außen-Durchmesser: 47 mm; Breite 14 mm) wurden 2,4 g jeder der Fett-Zusammensetzungen eingeschlossen. Das Geräusch des Kugellagers nach 30 s langer Rotation mit 1800 UpM wurde gemessen als Anderon-Wert. Lager mit einem Anderon-Wert von 6 oder weni ger wurden als "den Test bestanden" bewertet. Anderon-Werte von 6 oder weniger werden als gleichwertig oder verbessert gegenüber dem akustischen Wert von handelsüblichen Fettprodukten auf Harnstoff-Basis angesehen. Jede Probe wurde zweimal getestet.

2) Lager-Abblätterungs-Test

Die Beständigkeit eines Lagers gegen Abblättern (Ausbrechen) wurde bewer tet durch wiederholtes abruptes Erhöhen und Vermindern der Rotationsge schwindigkeit des Lagers. Das heißt, 1,0 g der Fett-Zusammensetzung wurden in ein Rillen-Kugellager vom abgedichteten Typ mit Kontakt-Gummidichtungen (Innen-Durchmesser: 12 mm; Außen-Durchmesser: 37 mm; Breite 12 mm; ausgestattet mit einem Kunststoffgehäuse) eingeschlossen und das Kugella ger wurde kontinuierlich in Rotation versetzt, wobei die Rotationsgeschwindig keit eines äußeren Laufringes zwischen 1000 UpM und 6000 UpM bei Raum temperatur variiert wurde unter einer radialen Belastung von 120 kgf. Die Zeit, die erforderlich war, bis die Oberfläche des inneren Laufringes an einem Ab blättern (Ausbrechen) litt, und die Vibration beim Abstoppen der Rotation zu nahm (d. h. die Nicht-Abblätterungs-Lebensdauer) wurde bestimmt. Der Test wurde für jede Probe viermal wiederholt.

Der Test wurde nach 500 h beendet, wobei man eine Nicht-Abblätterungs- Lebensdauer von 500 h oder länger als zufriedenstellend ansieht.

3) Hochtemperatur-Hochgeschwindigkeits-Festfreß-Test (Schmiermittel- Lebensdauer-Test)

In ein abgedichtetes Rillen-Kugellager mit Kontakt-Gummidichtungen (Innendurchmesser 17 mm; Außendurchmesser: 47 mm; Breite 14 mm), das mit einem Kunststoffgehäuse ausgestattet war, wurden 2,3 g jeder der Fett- Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiel 1 bis 4 eingeschlossen. Das Kugellager wurde kontinuierlich rotieren gelassen mit einer Rotationsgeschwindigkeit des inneren Laufrings von 22000 UpM bei ei ner Temperatur des äußeren Laufrings von 150°C unter einer radialen Bela stung von 10 kgf und einer axialen Belastung von 20 kgf. Die Zeit, die erfor derlich war, bis die Temperatur des äußeren Laufringes 165°C erreicht hatte, wurde als Festfreß-Zeit angesehen. Eine Antifestfreß-Lebensdauer von 1000 h wurde als Standard für die Haltbarkeit (Beständigkeit) genommen. Der Test wurde nach 1000 h beendet, wobei eine Antifestfreß-Lebensdauer von 1000 h oder länger als zufriedenstellend angesehen wird. Der Test wurde für jede Probe dreimal wiederholt.

Aus den Ergebnissen in den Tabellen IV und V wurden die folgenden Schluß folgerungen gezogen. Die Fett-Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele zeigen einen Anstieg des Effekts gegen Abblätterung (Ausbrechen), wenn die Formulierungs-Nr. des Verdickungsmittels abnimmt. Durch Einarbeitung des anorganischen Füllstoffes in diese Fett-Zusammensetzungen wird die Nicht- Abblätterungs-Lebensdauer der Lager verlängert, ohne die anfänglichen aku stischen Eigenschaften in jedem Fall in nachteiliger Weise zu beeinflussen. Bezüglich der Schmier-Lebensdauer sind die Fett-Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 4 gleichwertig oder besser als die entsprechenden Zusammen setzungen, die keinen anorganischen Füllstoff enthalten (Vergleichsbeispiele 1 bis 4).

Aus den Ergebnissen des Vergleichsbeispiels 6 ist zu ersehen, daß der anor ganische Füllstoff, wenn er in einer Menge zugegeben wird, die den erfin dungsgemäß angegebenen Bereiche übersteigt, eine beträchtliche Ver schlechterung der akustischen Eigenschaften hervorruft. Aus den Ergebnissen des Vergleichsbeispiels 7 ist außerdem zu ersehen, daß der anorganische Füllstoff, der in einer Menge zugegeben wird, die unterhalb des angegebenen Bereiches liegt, keinen Effekt in bezug auf die Verlängerung der Nicht- Abblätterungs-Lebensdauer ergibt.

Im Vergleichsbeispiel 8, in dem Magnetit (Fe₃O₄)-Teilchen mit einer durch schnittlichen Teilchengröße von 5 µm, d. h. außerhalb des erfindungsgemäß angegebenen Bereiches, als anorganischer Füllstoff verwendet wurde, wurden keine zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten weder in bezug auf die anfäng lichen akustischen Eigenschaften noch in bezug auf die Nicht-Abblätterungs- Lebensdauer.

Es wurde somit nachgewiesen, daß erfindungsgemäß erhalten werden
eine Fett-Zusammensetzung, die ein Verdickungsmittel enthält, das einen Ef fekt gegen Abblättern (Ausbrechen) zusammen mit einem verbesserten Effekt n bezug auf die Verhinderung des Abblätterns ergibt, und
eine Fett-Zusammensetzung, die ein Verdickungsmittel enthält, das nicht wirk sam ist gegenüber Abblättern (Ausbrechen), jedoch ausgezeichnete Schmier eigenschaften aufweist mit einem Effekt auf die Verhinderung des Abblätterns Ausbrechens) und die Schmiereigenschaften.

Die Fett-Zusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung weist nicht nur die Eigenschaften auf, die sie im wesentlichen besitzt, sondern auch eine Wirkung gegen Abblättern (Ausbrechen) und ist geeignet für das Aufbringen auf Wälzlager, wie sie in elektrischen Teilen und Motor-Zusatz geräten von Automobilen, beispielsweise einem Wechselstromgenerator, einer elektromagnetischen Kupplung für eine Klimaanlage, einer Zwischen-Riemen scheibe, einem elektrischen Gebläsemotor und einer Wasserpumpe, verwen det werden.

Beispiele 10 bis 20 und Vergleichsbeispiele 9 bis 14

Es wurden Fett-Zusammensetzungen wie nachstehend angegeben hergestellt entsprechend den in den nachstehenden Tabellen VII bis IX angegebenen Formulierungen.

Ein Grundöl, gemischt mit einer Diisocyanat-Verbindung (MDI), und ein Grundöl, gemischt mit einer Aminverbindung (1,6 mol p-Toluidin und 0,4 mol Octylamin, jeweils pro mol MDI), wurden durch Erhitzen unter Rühren reagie ren gelassen, wobei man eine halbfest Substanz erhielt. Es wurde eine Amin- Antioxidationsmittel, das vorher in einem Grundöl gelöst worden war, zugege ben und gerührt. Nachdem man die Mischung langsam abkühlen gelassen hatte, wurden ein Rostschutzmittel und anorganische Füllstoff-Teilchen zuge geben und die resultierende Mischung wurde durch eine Kugelmühle passie ren gelassen zur Herstellung einer Fett-Zusammensetzung. Jede Fett- Zusammensetzung enthielt die Harnstoff-Verbindung, die Lithiumseife und den anorganischen Füllstoff jeweils in einer Menge, wie sie in den Tabellen VII bis IX angegeben sind, 2 Gew.-% Antioxidationsmittel, 3 Gew.-% Rostschutzmittel und die Restmenge des Grundöls. Es wurden Grundöle mit den in der Tabelle VI angegebenen Formulierungen entsprechend den Angaben in den Tabellen VII bis IX verwendet.

Tabelle VI

Formulierung des Grundöls (Gew.-Teile)

In einer Rillen-Kugelmühle mit Kontakt-Gummidichtungen, die mit einem Kunststoffgehäuse ausgestattet war (Innendurchmesser 17 mm; Außendurch messer: 52 mm; Breite 16 mm) wurden 2,4 g jeder der resultierenden Fett- Zusammensetzungen eingeschlossen. Die die Zusammensetzung enthalten den Kugellager wurden unter Anwendung der folgenden Verfahren getestet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen VII bis IX angegeben.

1) Hochtemperatur-Hochgeschwindigkeits-Festfreß-Test

Das Kugellager wurde kontinuierlich in Rotation versetzt mit einer Rotations geschwindigkeit am inneren Laufring von 22 000 UpM bei einer Temperatur am äußeren Laufring von 140°C und unter einer radialen Belastung von 98 N. Die Zeit, die erforderlich war, bis die Temperatur des äußeren Laufringes 155°C erreicht hatte oder bis das Drehmoment des Lagers so angestiegen war, daß ein Überdrehen des Motors auftrat, wurde bestimmt, wobei diese Zeit als Nicht-Festfreß-Lebensdauer angesehen wurde. Kugellager mit einer Nicht- Festfreß-Lebensdauer von 700 h oder länger wurden als "den Test bestanden" bezeichnet. Der Test wurde nach 1000 h beendet, wobei eine Nicht-Festfreß- Lebensdauer von 1000 h oder länger als zufriedenstellend angesehen wird. Der Test wurde für jede Probe zweimal durchgeführt.

2) Akustischer Test

Das Geräusch des Kugellagers wurde gemessen als Anderon-Wert nach 30 s langer Rotation mit 1800 UpM. Lager mit einem Anderon-Wert von 6 oder we niger wurden als "den Test bestanden" bezeichnet. Anderon-Werte von 6 oder weniger werden als gleichwertig oder besser in bezug auf die akustischen Ei genschaften als handelsübliche Fett-Produkte auf Harnstoff-Basis angesehen.

Wie aus den Ergebnissen der Tabellen VII bis IX ersichtlich, weisen die erfin dungsgemäßen Wälzlager, die eine Fett-Zusammensetzung enthalten, die ei ne Harnstoff-Verbindung und einen anorganischen Füllstoff umfaßt, eine aus gezeichneten Nicht-Festfreß-Lebensdauer und ausgezeichnete akustische Eigenschaften auf.

Aus einem Vergleich des Beispiels 13 mit dem Vergleichsbeispiel 11 ist zu ersehen, daß zu viel anorganischer Füllstoff zu einer Abnahme (Verschlech terung) der akustischen Eigenschaften führt. Es wurde bestätigt, daß die Obergrenze des Gehaltes an anorganischem Füllstoff etwa 10 Gew.-% be trägt um den Standard-Akustik-Wert für die praktische Verwendung zu erfül len, d. h. einen Anderon-Wert von 6 oder weniger. Außerdem bestätigen die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 13 bis 14, in denen eine handelsübliche Fett-Zusammensetzung verwendet wurde, die Lithiumseife als Verdickungsmit tel enthielt, daß durch Einarbeitung des anorganischen Füllstoffs ein Effekt erzielt wird in bezug auf die Verlängerung der Nicht-Festfreß-Lebensdauer in den Fällen, in denen das Verdickungsmittel nicht die erfindungsgemäß ange gebene Harnstoff-Verbindung ist.

Es wurde somit gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Wälzlager eine stark verlängerte Nicht-Festfreß-Lebensdauer aufweisen aufgrund der verbesserten Gelstruktur des Schmierfett-Films und somit geeignet sind für die Verwendung bei einer hohen Temperatur und einer hohen Rotationsgeschwindigkeit wie in Elektroteilen und Motor-Zusatzgeräten von Automobilen, beispielsweise einem Wechselstromgenerator, einer elektromagnetischen Kupplung für eine Klima anlage, einer Zwischen-Riemenscheibe, einem elektrischen Gebläsemotor und einer Wasserpumpe.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische be vorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Fett-Zusammensetzung, gekennzeichnet durch ein Grundöl, ein Ver dickungsmittel (Eindickungsmittel), das ausgewählt wird aus einer Metallseife und einer Harnstoff-Verbindung, und einen anorganischen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengrößen von nicht mehr als 2 µm.

2. Fett-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel in einer Menge von 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Fett-Zusammensetzung, vorliegt.

3. Fett-Zusammensetzung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der anorganische Füllstoff in einer Menge von 0,05 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Fett-Zusammensetzung, vorliegt.

4. Fett-Zusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff eine durchschnittli che Teilchengrößen von nicht mehr als 0,2 µm hat.

5. Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß es darin eingeschlossen eine Fett-Zusammensetzung enthält, die umfaßt ein Grundöl, ein Verdickungsmittel (Eindickungsmittel), das ausgewählt wird aus einer Metallseife und einer Harnstoff-Verbindung, und einen anorganischen Füllstoff mit einer durch schnittlichen Teilchengrößen von nicht mehr als 2 µm.

6. Fett-Zusammensetzung, gekennzeichnet durch ein Grundöl, ein Harn stoff-Verdickungsmittel und einen anorganischen Füllstoff mit einer durch schnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 2 µm.

7. Fett-Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel in einer Menge von 10 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Fett-Zusammensetzung, vorliegt.

8. Fett-Zusammensetzung nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der anorganische Füllstoff in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Fett-Zusammensetzung, vorliegt.

9. Fett-Zusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff eine durchschnittli che Teilchengröße von nicht mehr als 1 µm hat.

10. Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, daß es darin eingeschlossen eine Fett-Zusammensetzung enthält, die umfaßt ein Grundöl, ein Harnstoff-Ver dickungsmittel und einen anorganischen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von nicht mehr als 2 µm.