DE19937657C2 - Schmierstoff - Google Patents
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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.
Aus der JP-A 63-172 795, der US 48 88 122 oder der DE 198 39 296 A1 sind
Schmierstoffe bekannt, die Partikel mit zwei unterschiedlichen Partikelgrößen
aufweisen. Dabei kann der Größenunterschied der Partikel im Bereich von 1 : 100
oder mehr liegen. Zweck des Schmierstoffs der erstgenannten Druckschrift sind
gute Wärmebeständigkeit und Schmiereigenschaften bei hohen Temperaturen
sowie starker Beanspruchung. Zweck des Schmierstoffs der zweitgenannten
Druckschrift ist es, poröse Lagerflächen eines Verbrennungsmotors mit den
Partikeln zu beschichten, um die Oberfläche zu glätten. Zweck der drittgenannten
Druckschrift ist die Dämpfung von Ratterschwingungen bei insbesondere
selbsthemmenden Getrieben von Gelenkbeschlägen an Fahrzeugsitzen. Die
bekannten Schmierstoffe sind nicht speziell für Kugelgelenke vorgesehen und
lösen nicht die nachfolgend beschriebenen, an Kugelgelenken auftretenden
Probleme.
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 Schmierfilmdicke 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
eine genaue Einstellung des Spalts zwischen Kugel und Kugelpfanne bei der
Herstellung eines Kugelgelenks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1
gelöst. Die größeren Partikel des erfindungsgemäßen Schmierstoffs weisen
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. Der erfindungsgemäße 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 erwärmt 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 Lagerschafe, 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.
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, solange sie nicht im Schmierstoff aufgelöst
sind, 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 Festschmierstoffpartikel, Kunststoffe
wie Polymere z. B. Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Polytetraflourethylen (PTFE)
und/oder dgl. in Betracht, wobei die Partikel vorzugsweise eine Kugelform
aufweisen.
Der Größenunterschied zwischen den Partikeln des erfindungsgemäßen
Schmierstoffs beträgt 1 : 100 oder mehr, wobei mit Größenunterschied der
Durchmesserunterschied oder der Unterschied einer sonstigen,
charakteristischen Abmessung der Partikel gemeint ist. Bei einer Ausgestaltung
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 Oberflächenspannung 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.
Claims (8)
1. Schmierstoff, der Partikel mit zwei unterschiedlichen Partikelgrößen aufweist,
wobei der Größenunterschied der Partikel im Bereich von 1 : 100 oder mehr liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass die größeren Partikel eine niedrigere
Auflösungstemperatur im Schmierstoff aufweisen als die kleineren Partikel.
2. Schmierstoff nach Anspruch 1, 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.
3. Schmierstoff nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikel eine gerundete Form aufweisen.
4. Schmierstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Partikel Festschmierstoff-Partikel sind.
5. Schmierstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel
Polymere sind.
6. Schmierstoff nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus
Polyethylen (PE), Polyamid (PA) und/oder Polytetraflourethylen (PTFE)
bestehen.
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.
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