DE19937657C2 - Schmierstoff - Google Patents

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.