DE19937657A1 - Schmierstoff - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schmierstoff für ein Kugelgelenk, wobei in ein Öl oder ein Schmierfett kugelförmige Partikel mit zwei unterschiedlichen Partikelgrößen eingebracht sind. Die größeren Partikel wirken als Abstandshalter (Spacer), die ein Setzen einer Kugel des Kugelgelenks auf eine Lagerpfanne bei Stillstand des Kugelgelenks verhindern. Die kleineren Partikel verhindern eine Agglomeration der größeren Partikel, sie halten die größeren Partikel im Abstand voneinander und dadurch im Kugelgelenk verteilt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Partikel aufweisenden Schmierstoff, insbesondere
einen flüssigen Schmierstoff wie Öl oder ein Schmierfett, mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Schmierstoff ist insbesondere zur
Verwendung in Kugelgelenken vorgesehen, wie sie beispielsweise in
Lenkgestängen von Kraftwagen eingesetzt werden. Eine Verwendung des
Schmierstoffs in sonstigen Lagern oder zu anderen Schmierzwecken ist ebenso
möglich.
Soll ein in Ruhe befindliches Kugelgelenk bewegt (verschwenkt) werden, muß
zunächst eine Art Losbrechmoment, also ein erhöhtes Moment ausgeübt werden,
um eine Kugelpfanne des Kugelgelenks in Bezug auf eine Kugel des
Kugelgelenks in Bewegung zu versetzen. Bewegt sich die Kugelpfanne in bezug
auf die Kugel, verringert sich das Moment, und zwar üblicherweise sprungartig
auf deutlich weniger als die Hälfte des Losbrechmoments. Der Beginn des
Verschwenkens des Kugelgelenks aus der Ruhe wird von einem Ruck begleitet,
der in einzelnen Fällen spürbar und manchmal als Knacken hörbar ist. Dieser
Ruck und das Losbrechmoment am Beginn des Verschwenkens des
Kugelgelenks aus der Ruhe wird dadurch erklärt, daß die Kugel des
Kugelgelenks bei ruhendem Kugelgelenk Fett oder einen sonstigen Schmierstoff
von einer Stelle des Kugelgelenks verdrängt. Eine Schmierfilmdicke verringert
sich an dieser Stelle auf einen Bruchteil der Schmierfilmdicke bei bewegtem
Kugelgelenk, im Extremfall wird die Schmierfilmdicke zu Null. Die Abnahme der
Schmierfilmdicke ist zeitabhängig. Mit abnehmender Schmierfildicke nimmt die
Reibung des Kugelgelenks auf beispielsweise das Drei- bis Vierfache zu. Diese
hohe Reibung muß zu Beginn des Verschwenkens des Kugelgelenks
überwunden werden. Bewegt sich die Kugel in der Kugelpfanne, verteilt sich der
Schmierstoff über die Oberfläche der Kugel, wodurch sich die Reibung des
Kugelgelenks verringert.
Zur Herstellung eines Kugelgelenks wird die Kugelpfanne zunächst
halbkugelförmig mit einstückig und glatt an die hohle Halbkugel angesetztem,
hohlzylindrischem Rand hergestellt, um die Kugel in die Kugelpfanne einlegen zu
können. Nach dem Einlegen der Kugel in die Kugelpfanne wird der
hohlzylindrische Rand nach innen umgeformt, so daß die Kugelpfanne die Kugel
auf mehr als einer Halbkugelfläche umschließt und somit formschlüssig durch
Hintergriff hält. Vielfach ist in die Kugelpfanne eine reibungsvermindernde
Lagerschale aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyazetat (POM) eingelegt. Vor
dem Einlegen der Kugel in die Kugelpfanne wird ein Schmierstoff, meistens ein
Schmierfett auf die Kugel und/oder in die Kugelpfanne bzw. die Lagerschale
aufgetragen. Nach dem Einlegen der Kugel in die Kugelpfanne und dem
Umformen des hohlzylindrischen Randes der Kugelpfanne nach Innen zum
Umschließen der Kugel wird das Kugelgelenk erwärmt, bis die Lagerschale
erweicht. Dies hat den Zweck, daß sich die Lagerschale an die Form der Kugel
anpaßt. Ein zur Verschwenkbarkeit des Kugelgelenks erforderlicher Spalt
zwischen der Kugel und der Kugelpfanne stellt sich dadurch ein, daß der
hohlzylindrische Rand der Kugelpfanne nach dem Umformen nach Innen wieder
auffedert. Der sich einstellende Spalt zwischen der Kugel und der Kugelpfanne
ist abhängig von einer Umformkraft, mit der die Kugelpfanne gegen die Kugel
gedrückt wird. Es tritt das Problem auf, daß diese selbsttätige Einstellung des
Spalts zwischen Kugel und Kugelpfanne ungenau ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmierstoff vorzuschlagen, der
das Losbrechmoment des Kugelgelenks verringert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Der erfindungsgemäße Schmierstoff weist Partikel mit zwei
unterschiedlichen Partikelgrößen auf. Der Schmierstoff selbst ist beispielsweise
ein Öl oder ein Schmierfett, in welches die Partikel gleichmäßig verteilt,
beispielsweise durch Einrühren, eingebracht sind. Die Partikel weisen
vorzugsweise eine gerundete Form auf, vorzugsweise sind sie kugelförmig.
Aufgrund der Partikelgröße liegen die Partikel als Pulver vor, die in den
Schmierstoff eingerührt werden. Die größeren Partikel bilden eine Art
Abstandshalter (Spacer), die einen Abstand der Kugel von der Kugelpfanne oder
allgemein einen Abstand zwischen zwei Körpern, zwischen denen sich der
Schmierstoff befindet, sicherstellen. Die kleineren Partikel befinden sich
zwischen den größeren Partikeln und halten diese in Abstand voneinander. In
Zwischenräumen zwischen den Partikeln befindet sich der Schmierstoff. Die
kleineren Partikel verhindern ein Agglomerieren der größeren Partikel, also ein
Anhäufen der größeren Partikel an einer oder mehreren Stellen beispielsweise im
Spalt zwischen einer Kugel und einer Kugelpfanne eines Kugelgelenks. Dadurch
halten die kleineren Partikel die größeren Partikel im Spalt des Kugelgelenks
verteilt. Es wird an jeder Stelle eine Mindestspaltdicke, die dem Durchmesser der
größeren Partikel entspricht, sichergestellt, die eine Reibung bewirkt, die zu
Beginn des Verschwenkens des Kugelgelenks nicht oder nur wenig höher ist als
während des Verschwenkens. Eine Erhöhung der Reibung zu Beginn des
Verschwenkes des Kugelgelenks auf ein Vielfaches der Reibung des bewegten
Kugelgelenks auch nach längerem Stillstand wird vermieden. Ein ruckartiger
Bewegungsbeginn oder Knackgeräusche werden vermieden. Auch wenn es
erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß der Schmierstoff Partikel mit nur zwei
unterschiedlichen Partikelgrößen aufweist, ist es nicht störend, wenn Partikel mit
eventuell weiteren Partikelgrößen im Schmierstoff vorhanden sind. Dies soll von
der Erfindung nicht ausgeschlossen sein. Als Partikel kommen Festschmierstoff-
Partikel, Kunststoffe wie. Polymere z. B. Polyamid (PA), Polyethylen (PE),
Polytetraflourethylen (PTFE) und/oder dgl. in Betracht, wobei die Partikel
vorzugsweise eine Kugelform aufweisen.
Vorzugsweise beträgt der Größenunterschied zwischen den Partikeln 1 : 100 oder
mehr, wobei mit Größenunterschied der Durchmesserunterschied oder der
Unterschied einer sonstigen, charakteristischen Abmessung der Partikel gemeint
ist. Bei einer Weiterbildung der Erfindung weisen die unterschiedlich großen
Partikel eine unterschiedliche (scheinbare) Oberflächenspannung auf. Dadurch
benetzen quasi die Partikel mit der kleineren Oberflächenspannung die Partikel
mit der größeren Oberflächenspannung. Vorzugsweise weisen die kleineren
Partikel eine kleinere Oberflächenspannung als die größeren Partikel auf, so daß
die kleineren Partikel aufgrund ihrer kleineren Oberflächenspannung die
größeren Partikel quasi benetzen, sie haften verteilt auf der Oberfläche der
größeren, die größere Oberflächenspannung aufweisenden Partikel, die
größeren Partikel sind mit den kleineren Partikeln überzogen. Es wird eine
Agglomeration, also eine Anhäufung insbesondere der größeren Partikel
verhindert und die gewünschte Verteilung insbesondere der größeren, die
Abstandselemente (Spacer) bildenden Partikel im Schmierstoff erreicht. Der
Unterschied der Oberflächenspannungen der kleineren und der größeren
Partikel wird so gewählt, daß die gewünschte, verteilte Anordnung der kleineren
Partikel auf der Oberfläche der größeren Partikel eintritt und die unerwünschte
Agglomeration ausbleibt. Da ein vergleichbarer Effekt bei umgekehrtem
Oberflächenspannungsverhältnis denkbar ist, soll der Fall, daß die
Oberflächenspannung der größeren Partikel kleiner als die Oberlächenspannung
der kleineren Partikel ist, nicht ausgeschlossen werden. Der Unterschied der
Oberflächenspannung der unterschiedlich großen Partikel muß im Schmierstoff
vorhanden sein, unabhängig davon, ob diese Oberflächenspannung auch in
Abwesenheit des Schmierstoffs wirksam ist.
Ein Beispiel für einen derartigen, erfindungsgemäßen Schmierstoff ist ein
Schmierfett, in welches kugelförmige Partikel aus Polyethylen und aus
Polytetraflourethylen eingerührt sind, wobei die Partikel aus Polyethylen einen
ungefähr 100 mal so großen Durchmesser wie die Partikel aus
Polytetraflourethylen aufweisen. Die Partikel liegen vor dem Einrühren in das
Schmierfett in Pulverform vor. Aufgrund der großen (scheinbaren)
Oberflächenspannung des Polyethylens und der kleinen (scheinbaren)
Oberflächenspannung des Polytetraflourethylens haften die kleineren Partikel
aus Polytetraflourethylen verteilt auf der Oberfläche der ungefähr 100 mal so
großen Partikel aus Polyethylen und verhindern eine Agglomeration der größeren
Partikel aus Polyethylen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weisen die größeren Partikel eine
niedrigere Auflösungstemperatur im Schmierstoff auf als die kleineren Partikel.
Mit Auflösungstemperatur ist die Temperatur gemeint, ab der sich die Partikel in
irgend einer Weise im Schmierstoff auflösen. Dabei ist fraglich, ob die Partikel im
Schmierstoff in Lösung gehen oder was mit den Partikeln tatsächlich geschieht,
jedenfalls verschwinden die Partikel bei Betrachtung des Schmierstoffs im
Mikroskop und, was wesentlich ist, sie treten nach Abkühlung des Schmierstoffs
unter die Auflösungstemperatur nicht mehr auf. Nach Erwärmen und ggf. Halten
des Schmierstoffs auf der Auflösungstemperatur der größeren Partikel und
anschließendem Abkühlen sind die größeren Partikel als solches nicht mehr
vorhanden. Auf diese Weise ist es möglich, durch Erwärmen des
erfindungsgemäßen Schmierstoffs auf oder über die Auflösungstemperatur der
größeren Partikel, jedoch nicht bis zur Auflösungstemperatur der kleineren
Partikel und Halten des Schmierstoffs auf dieser Temperatur, die größeren
Partikel aufzulösen. Dieser Schmierstoff hat folgenden Vorteil bei der Herstellung
eines Kugelgelenks: Beim Umformen des hohlzylindrischen Randes der im
übrigen halbkugelförmigen Kugelpfanne zum Umschließen der in der
Kugelpfanne einliegenden Kugel des Kugelgelenks halten die größeren Partikel
des Schmierstoffs die Kugelpfanne in einem Abstand von der Kugel. Durch Wahl
des Durchmessers der größeren Partikel läßt sich der nach dem Umformen der
Kugelpfanne zwischen dieser und der Kugel vorhandene Spalt sehr exakt
einstellen. Anschließend wird das Kugelgelenk bis auf die Auflösungstemperatur
der größeren Partikel erhöht und vorübergehend auf dieser Temperatur gehalten,
wodurch sich die größeren Partikel auflösen, wogegen die kleineren Partikel mit
der höheren Auflösungstemperatur vorhanden bleiben. Da sich die größeren
Partikel nach Abkühlen des Schmierstoffs nicht wieder bilden, verbleiben
lediglich die kleineren Partikel im Schmierstoff und bilden die Abstandselemente
(Spacer), die auch bei Stillstand des Kugelgelenks den Abstand (Spalt) zwischen
Kugel und Kugelpfanne aufrechterhalten, ein Setzen der Kugel auf die
Kugelpfanne verhindern und dadurch das Losbrechmoment des Kugelgelenks
vermeiden. Da es, jedenfalls bei Kugelgelenken, in deren Kugelpfanne eine
Lagerschale aus Kunststoff eingelegt ist, üblich ist, das Kugelgelenk bis auf die
Erweichungstemperatur der Lagerschale zu erwärmen, um diese an die
Oberflächenform der Kugel anzuformen, erfordert das Erwärmen auf die
Auflösungstemperatur der größeren Partikel keinen zusätzlichen
Herstellungsaufwand. Es werden vorzugsweise größere Partikel bzw. eine
Lagerschale gewählt, deren Auflösungstemperatur bzw. Erweichungstemperatur
in etwa gleich hoch sind und unter der Auflösungstemperatur der kleineren
Partikel liegen. Im Falle von Polyazetat (POM) als Werkstoff der Lagerschale, der
bei ungefähr 100°C erweicht und ab ungefähr 120°C zu schmelzen beginnt,
werden die größeren Partikel des erfindungsgemäßen Schmierstoffs mit einer
Auflösungstemperatur von ca. 80-100°C und die kleineren Partikel mit einer
Auflösungstemperatur von ca. 120°C oder höher gewählt. Die größeren Partikel
werden beispielsweise aus Polyethylen und die kleineren Partikel aus Polyamid
mit einer höheren Auflösungstemperatur im Schmierstoff hergestellt.
Claims (10)
1. Schmierstoff, der Partikel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmierstoff Partikel mit zwei unterschiedlichen Partikelgrößen aufweist.
2. Schmierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel
eine gerundete Form aufweisen.
3. Schmierstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Partikel Festschmierstoff-Partikel sind.
4. Schmierstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel
Polymere sind.
5. Schmierstoff nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel aus
Polyethylen (PE), Polyamid (PA) und/oder Polytetraflourethylen (PTFE)
bestehen.
6. Schmierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel
einen Größenunterschied im Bereich von 1 : 10 oder mehr aufweisen.
7. Schmierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die unterschiedlich großen Partikel eine unterschiedliche (scheinbare)
Oberflächenspannung aufweisen.
8. Schmierstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren
Partikel eine größere (scheinbare) Oberflächenspannung aufweisen als die
kleineren Partikel.
9. Schmierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die größeren Partikel eine niedrigere Auflösungstemperatur im Schmierstoff
aufweisen als die kleineren Partikel.
10. Schmierstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren
Partikel eine Auflösungstemperatur im Schmierstoff von ca. 80°C-100°C und
die kleineren Partikel eine Auflösungstemperatur von ca. 120°C oder höher
aufweisen.
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