DE3700974C3

DE3700974C3 - Fett für homokinetische Gelenke

Info

Publication number: DE3700974C3
Application number: DE3700974A
Authority: DE
Inventors: Tasuku Sato; Keizo Nagasawa; Yoshikazu Fukumura; Kiyoshi Nakanishi
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1986-01-16
Filing date: 1987-01-15
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2007-01-16
Also published as: JPH0579280B2; KR900004529B1; DE3700974C2; KR870007265A; FR2592891A1; GB2185492B; GB8700845D0; FR2592891B1; JPS6346299A; GB2185492A; US4840740A; DE3700974A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fett für homokinetische Eintauch-Gleichlaufgelenke.

Unter den Eintauch-Gleichlaufgelenken (Topfgelenken) sind das Doppelversatz-Gleichlaufgelenk und das Dreibein-Gleichlaufgelenk bekannt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist das Doppelversatz-Gleichlaufgelenk einen äußeren Laufring oder Topf 1, der an seiner Innenfläche mit sechs axialen Spurrillen 3 versehen ist einen inneren Laufring 2 mit sechs axialen Spurrillen 4 in seiner Außenfläche, Kugeln 5, die zwischen dem inneren Laufring 2 und dem äußeren Laufring 1 sitzen, sowie einen die Kugeln 5 haltenden Käfig 6 auf. Die Spurrillen sind jeweils in gleichmäßigen Winkelinter vallen angeordnet. Der Käfig 6 ist mit einer kugeligen Außenfläche 7 und einer kugeligen Innenfläche 8 verse hen, die auf den Außenumfang des inneren Laufrings 2 paßt. Die Zentren a und b der kugeligen Flächen 7 und 8 liegen auf der Achse des äußeren Laufringes 1, und sie stehen in axialer Richtung in Abstand voneinander.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist das Dreibein-Gleichlaufgelenk mit einem äußeren Laufring oder Topf 11 versehen, in dessen Innenfläche drei axiale zylindrische Spurrillen 12 in gleichen Winkelintervallen ausgebildet sind. Ein Dreibein 13, das mit drei Drehzapfen 14 versehen ist, ist innerhalb des äußeren Laufringes 11 montiert. Eine kugelige Rolle 15 sitzt auf jedem der Drehzapfen 14, wobei zwischen der kugeligen Rolle 15 und dem Drehzapfen 14 Nadeln 16 angeordnet sind, welche die Rolle 15 drehbar und axial verschiebbar abstützen. Die kugeligen Rollen 15 werden von den Spurrillen 12 aufgenommen.

Bei dem Doppelversatz-Gleichlaufgelenk wird Drehmoment durch den Eingriff zwischen den Kugeln 5 und dem äußeren Laufring 1 sowie zwischen den Kugeln 5 und dem inneren Laufring 2 übertragen. Bei dem Drei bein-Gleichlaufgelenk erfolgt die Drehmomentübertragung durch Eingriff zwischen den kugeligen Rollen 15 und dem äußeren Laufring 11. Die Kugeln 5 und die kugeligen Rollen 15 rollen entlang den Spurrillen 3 bzw. 12 und erlauben dabei ein ruckfreies Eintauchen.

Wenn Drehmoment übertragen wird, während das Gelenk einen Arbeitswinkel bildet, kommt es zu einem Abrollen und einem Gleiten zwischen den Kugeln 5 und dem äußeren Laufring 1 sowie zwischen den Kugeln 5 und dem inneren Laufring 2, und zu einem Gleiten zwischen dem Käfig 6 und dem äußeren Laufring 1 sowie zwischen dem Käfig 6 und dem inneren Laufring 2 bei dem Doppelversatz-Gleichlaufgelenk. Im Falle des Dreibein-Gleichlaufgelenks kommt es zu einem Abrollen und Gleiten zwischen dem äußeren Laufring 11 und den kugeligen Rollen 15.

Bei einem Eintauch-Gleichlaufgelenk (Topfgelenk) dominiert daher die Gleitbewegung gegenüber der Abroll bewegung. Wenn Drehmoment übertragen wird, während das Gelenk einen Arbeitswinkel bildet, erzeugt der Reibungswiderstand an den gleitenden Teilen eine Axialkraft.

Im Falle des Doppelversatz-Gleichlaufgelenks werden entsprechend Fig. 3 Axialkräfte sechsmal je Umdre hung erzeugt, weil die Spurrillen 3 in der Innenfläche des äußeren Laufringes 1 in gleichen Intervallen von 60 Grad angeordnet sind. Bei dem Dreibein-Gleichlaufgelenk kommt es, wie aus Fig. 4 hervorgeht, dreimal je Umdrehung zur Erzeugung von Axialkräften, weil die Spurrillen 12 in einem gleichmäßigen Intervall von 120 Grad angeordnet sind.

Wenn der Zyklus der Erzeugung der Axialkraft mit den Eigenfrequenzen des Motors, der Karosserie, der Radaufhängung und dergleichen zusammenfällt, kommt es in der Fahrzeugkarosserie zu Resonanzschwingun gen, die für die Fahrzeuginsassen unangenehm sind. Infolgedessen ist es erwünscht, die Axialkräfte möglichst klein zu halten.

Es ist üblich, das Innere von Eintauch-Gleichlaufgelenken mit einem Schmiermittel zu füllen, um den Rei bungswiderstand herabzusetzen und die Gleitbeweglichkeit zu verbessern. Ein Fett, das Molybdändisulfid als festen Schmierstoff enthält, wurde für diesen Zweck eingesetzt.

Es ist auch bekannt (DE-OS 33 03 442), mit Harnstoffen eingedickte Öle für homokinetische Gelenke zu verwenden und dabei die Hochdruckeigenschaften, das Verschleißverhalten und die Oxidationsbeständigkeit durch Additive, insbesondere Graphit und Molybdändisulfid, gegebenenfalls in Kombination mit Wirkungsver stärkern, wie Metalloxiden, -hydroxyen, -phosphaten oder -fluoriden, zu verbessern. Es sind ferner Schmierfette bekannt, die einen Zusatz von 0,5 bis 10 Gew.-% Molybdändialkyldithiocarbamat (DE-AS 15 68 041) oder Zusätze an Molybdänoxid-Schwefel-Dithiophosphorsäure-0,0-diester (DE-AS 12 96 139) oder Tetrahydrocarby lammoniumthiomolybdat (US 43 70 245) enthalten. Des weiteren sind Fette bekannt (US 42 48 720 und US 43 83 931), die eine organische Molybdänverbindung und eine organische Zinkverbindung enthalten.

Bei einem Fahrzeug, das mit fettgefüllten Dreibein-Gleichlaufgelenken ausgerüstet ist kommt es während des Beschleunigens zu einem Schlingern, während im Falle eines Fahrzeuges mit fettgefüllten Doppelversatz- Gleichlaufgelenken Klopfgeräusche oder dumpfe Geräusche erzeugt werden und die Karosserie bei hoher Fahrtgeschwindigkeit zu Vibrationen neigt.

Im Falle eines Eintauch-Gleichlaufgelenks werden also Axialkräfte erzeugt, welche ein Vibrieren der Fahr zeugkarosserie in der oben erläuterten Weise bewirken. Es wird angenommen, daß an den gleitenden Teilen ein erheblicher Reibungswiderstand auftritt, obwohl die gleitenden Teile des Gelenks mit Fett versehen sind, und daß die Fahrzeugkarosserie vibriert, wenn die Frequenz der in dem Gelenk erzeugten Axialkräfte mit der Vibration des Motors zusammenfällt. Es wird ferner angenommen, daß das Gelenk Vibrationen überträgt, die in dem Motor erzeugt werden. Dieses Phänomen ist während des Leerlaufs bei einem Fahrzeug mit automati schem Getriebe häufig zu beobachten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fett für homokinetische Eintauch-Gleichlaufgelenke zu schaffen, das einen ausreichend niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, um ein Schlingern der Fahrzeugkarosserie oder die Entwicklung von Klopfgeräuschen oder dumpfen Geräuschen zu verhindern, während das Fahrzeug beschleu nigt oder mit hoher Geschwindigkeit fährt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fett für homokinetische Eintauch-Gleichlaufgelenke, enthaltend ein Grundöl, ein Harnstoff-Verdickungsmittel 0,5 bis 6 Gew.-% eines Gemisches aus (A) Molybdändialkyldithio carbamat und (B) mindestens einer organischen Molybdänverbindung der allgemeinen Formel

wobei R eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe oder Arylgruppe bedeutet, und
(C) 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens einer organischen Zinkverbindung der allgemeinen Formel

wobei R' eine primäre oder sekundäre Alkyl- oder Arylgruppe bedeutet.

Das erfindungsgemäße Fett für ein homokinetisches Eintauch-Gleichlaufgelenk stellt ein Fett dar, das einen kleineren Reibungs koeffizienten als ein konventionelles Fett aufweist, das Molybdändithiocarbamat enthält. Der Einsatz des Fettes als Schmiermittel für ein homokinetisches Eintauch-Gleichlaufgelenk vermindert die Erzeugung von Axialkräften, absorbiert im Motor erzeugte Vibrationen und hindert die Fahrzeugkarosserie am Vibrieren.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Doppelversatz-Gleichlaufgelenks,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Dreibein-Gleichlaufgelenks,

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der Beziehung zwischen der Axialkraft und dem Drehwinkel des Gelenks gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem induzierten Schub und dem Winkel bei einem Doppelversatz-Gleichlaufgelenk, bei dem als Schmiermittel die Vergleichsprobe A verwendet wird,

Fig. 6 eine ähnliche Darstellung der Beziehung zwischen dem induzierten Schub und dem Winkel bei einem mit einem handelsüblich verfügbaren Fett gefüllten homokinetischen Gelenk,

Fig. 7 eine graphische Darstellung für den Zusammenhang zwischen dem Gleitwiderstand und dem Winkel bei einem homokinetischen Gelenk, bei welchem die Vergleichsprobe A als Schmiermittel verwendet wird,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Gleitwiderstand und dem Winkel bei einem homokinetischen Gelenk, bei welchem ein handelsüblich verfügbares Fett verwendet wird,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Veränderung des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Zeit für die Proben A (Vergleich) und A' sowie für handelsüblich verfügbare Fette,

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Sawin-Verschleißtestgerätes.

Das bei dem erfindungsgemäßen Fett verwendete Grundöl kann ein Mineralöl oder ein synthetisches Kohlen wasserstofföl mit der Viskosität eines Schmiermittels sein. Als Verdickungsmittel werden Harnstoffverbindun gen (wie Monoharnstoff, Diharnstoff und Polyharnstoff) eingesetzt, die eine höhere Wärmebeständigkeit als eine Metallseife wie Lithiumseife haben. Der Grund dafür liegt darin, daß ein homokinetisches Gelenk für gewöhn lich in einer Atmosphäre mit relativ hoher Temperatur nahe dem Motor angeordnet wird und das Gelenk selbst dazu neigt, sich aufzuwärmen und heiß zu werden, während es Drehmoment überträgt.

Vorzugsweise wird dem Fett eine Bleiseife, wie Bleinaphtenat, zugesetzt, um eine Antioxidationswirkung und eine Höchstdruckwirkung zu steigern.

Bei den vorliegend eingesetzten organischen Molybdänverbindungen handelt es sich um ein Gemisch aus Molybdändialkyldit hiocarbamat und Molybdändialkyldithiophosphat oder Molybdändiaryldithiophosphat der allgemeinen Formel:

wobei R eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe oder Arylgruppe darstellt.

Die organische Molybdänverbindung kann ein Gemisch von zwei oder mehr der genannten Verbindungen sein. Der Gehalt des Gemisches liegt bei 0,5 bis 6 Gew.-% und vorzugsweise bei 3 bis 5 Gew.-%. Eine übermäßig hohe Menge an der organischen Molybdänver bindung hat nur den gleichen Effekt oder setzt den erwünschten Effekt sogar herab.

Bei der vorliegend verwendeten organischen Zinkverbindung handelt es sich um Zinkdialkyldithiophosphat oder Zinkdiaryldithiophosphat der allgemeinen Formel:

wobei R' eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe oder Arylgruppe darstellt.

Die organische Zinkverbindung kann eine einzige Verbindung oder ein Gemisch der genannten Verbindun gen sein.

Solche organischen Zinkverbindungen sind ebenso wie die genannten organischen Molybdänverbindungen extrem wirkungsvolle Höchstdruckzusätze. Ihr Gehalt beträgt 0,5 bis 5 Gew.-%. Ein übermäßig großer Gehalt führt nur zu dem gleichen Effekt oder setzt den gewünschten Effekt herab.

Ein Antioxidationsmittel oder ein Detergent-Dispersionsmittel kann zusätzlich zu dem Höchstdruckzusatz zugefügt werden.

Eine organische Molybdänverbindung unterscheidet sich grundsätzlich von konventionellen festen Schmier mitteln wie Molybdändisulfid. Sie weist keine wesentliche Schmierwirkung auf, bevor sie zersetzt wird. Sie wandelt sich in einen Schmierstoff, wie Molybdändisulfid, erst um, nachdem sie durch die auf der Gleitfläche erzeugte Reibungswärme zerlegt wird. Molybdändialkyldithiocarbamat (im folgenden abgekürzt als Mo-DTC) und Molybdändiaryldithiophosphat (im folgenden abgekürzt als Mo-DTP) wurden unter den organischen Mo lybdänverbindungen ausgewählt und ihre Wärmezersetzungstemperaturen wurden durch Differentialthermoa nalyse gemessen. Die Analyse zeigt, daß die Wärmezersetzungstemperatur von Mo-DTC 252 bis 312°C beträgt, während diejenige von Mo-DTP bei 145 bis 225°C liegt. Die Wärmezersetzungs-Starttemperatur der letztge nannten Verbindung ist um näherungsweise 100°C niedriger als diejenige der erstgenannten Verbindung. Dies läßt erkennen, daß Mo-DTP auf der Gleitfläche früher als Mo-DTC in einen Schmierstoff umgesetzt wird und als guter Höchstdruckzusatz wirkt. Insofern stellt Molybdändithiophosphat eine wesentlich bessere organische Molybdänverbindung dar als Molybdändithiocarbamat.

Eine wesentliche Verminderung des Reibungskoeffizienten ist jedoch durch den Zusatz einer Verbindung dieser Art nicht zu erwarten. Durch den zusätzlichen Zusatz von Zinkdialkyldithiophosphat oder Zinkdiaryldit hiophosphat (im folgenden abgekürzt als Zn-DTP) nimmt der Reibungskoeffizient jedoch wesentlich ab.

Die Ergebnisse entsprechender Experimente sind in der Tabelle 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, daß eine Harnstoffverbindung einer Metallseife, wie Lithiumseife, als Verdickungsmittel vorzuziehen ist. Es zeigt sich, daß ein synergetischer Effekt erzielt wird, wenn Mo-DTP und Zn-DTP in Kombination verwendet werden, weil Zn-DTP als Katalysator für die Wärmezer setzung von Mo-DTP wirken dürfte.

Tabelle 1

Beispiel 1

Bei den Eintauch-Gleichlaufgelenken (Topfgelenken) gemäß den Fig. 1 und 2 wird davon ausgegangen, daß die Axialkraft, die auf die Welle ausgeübt wird, wenn das Gelenk ein Drehmoment unter Bildung eines Arbeits winkels überträgt, einen induzierten Schub darstellt, und daß die Vibrationen, die bei einem Fahrzeug mit automatischem Getriebe im Leerlauf auftreten, durch den Gleitwiderstand des Gelenks verursacht werden.

Der induzierte Schub ist definiert als eine Axialkraft, die erzeugt wird, wenn ein Drehmoment angelegt wird, während ein Arbeitswinkel gebildet wird, ohne daß man die Antriebswelle und die Abtriebswelle axial gleiten läßt. Der Gleitwiderstand ist als ein Widerstand definiert, der erzeugt wird, wenn die Antriebswelle oder die Abtriebswelle zu einer Axialbewegung angeregt wird, während die andere Welle feststeht.

Eine erfindungsgemäße Probe (im folgenden als Probe A' bezeichnet), die Probe A (Vergleich) und drei weitere Proben I, II und III (handelsüblich verfügbare und allgemein verwendete Fette) wurden gesondert in Doppelver satz-Gleichlaufgelenke entsprechend Fig. 1 eingebracht, und der induzierte Schub wurde für diese Proben gemessen. Die Eigenschaften der Proben sind in der Tabelle 2 zusammengestellt. Die Meßergebnisse nach 5 Minuten seit dem Beginn des Betriebes sind in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht. Der Gleitwiderstand wurde zum gleichen Zeitpunkt gemessen. Die Meßergebnisse sind in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Die Fig. 5 und 7 zeigen die. Meßergebnisse für die Probe A. Die Meßergebnisse für die Probe A' sind weggelassen, weil sie praktisch die gleichen wie für die Probe A sind. Die Fig. 6 und 8 zeigen die Meßergebnisse für die Probe II. Die Meßergebnisse für die Proben I und III sind weggelassen, weil sie praktisch die gleichen wie für die Probe II sind.

Die Fig. 7a und 8a zeigen den bald nach der Anregung gemessenen Gleitwiderstand, die Fig. 7b und 8b den 5 Minuten nach der Anregung gemessenen Gleitwiderstand sowie die Fig. 7c und 8c den Gleitwiderstand beim Rotieren des homokinetischen Gelenks mit 500 U/min. Der Gleitwiderstand ist als Summe (Spitzen-Spitzen- Wert) des Höchstwertes und des Kleinstwertes angegeben.

Die Meßergebnisse entsprechend Fig. 5 bis 8 lassen erkennen, daß der induzierte Schub und der Gleitwider stand bei dem mit der Probe A (Vergleich) geschmierten Gelenk kleiner sind als bei dem mit der Probe II geschmierten Gelenk.

Kontrollversuch 1

Der Reibungskoeffizient jeder Fettprobe gemäß Tabelle 2 wurde unter Verwendung eines Sawin-Verschleiß testgerätes gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 dargestellt. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ist bei dem Sawin- Verschleißtestgerät eine Stahlkugel 21 mit einem Durchmesser von 6,35 mm in Kontakt mit einem Drehring 20 (40 mm Durchmesser × 4 mm Breite) angeordnet. Die Oberflächenrauheit des Ringes 20 in Breitenrichtung beträgt 1,6 bis 1,9 S und die in Axialrichtung 0,4 bis 0,6 S. Beim Messen des Reibungskoeffizienten der Fettpro ben wurde der Drehring 20 mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 108 Meter pro Minute unter einer Last von 1 kgf gedreht. Jedes Fett wurde der Oberfläche des Drehringes 20 von dessen unterem Ende aus über einen Schwamm 22 zugeführt, und die Bewegung eines die Stahlkugel 21 tragenden Luftschlittens 23 wurde mittels einer Meßdose 24 gemessen.

Wie aus den in Fig. 9 veranschaulichten Ergebnissen folgt, sind die Reibungskoeffizienten der Proben A (Vergleich) und A' kleiner als diejenigen der handelsüblich verfügbaren Fette I, II und III, und insbesondere die Molybdändial kyldithiocarbamat und Molybdändialkyldithiophosphat enthaltende Probe A' hat einen extrem niedrigen Rei bungskoeffizienten. Nach Durchführung der Messungen wurde die Oberfläche der Stahlkugel unter einem Mikroskop beobachtet. Dies ergab, daß die Größe der gebildeten Verschleißnarben dem Reibungskoeffizienten des verwendeten Fettes entspricht. Je kleiner der Reibungskoeffizient des Fettes ist, desto geringer war die Größe der gebildeten Verschleißnarben.

Tabelle 2

Claims

1. Fett für homokinetische Eintauch-Gleichlaufgelenke, enthaltend

1. - ein Grundöl,
2. - ein Harnstoff-Verdickungsmittel,
3. - 0,5 bis 6 Gew.-% eines Gemisches aus (A) Molybdändialkyldithiocarbamat und (B) mindestens einer organischen Molybdänverbindung der allgemeinen Formel

wobei R eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe oder Arylgruppe bedeutet, und

1. - 0,5 bis 5 Gew.-% mindestens einer organischen Zinkverbindung der allgemeinen Formel

wobei R' eine primäre oder sekundäre Alkyl- oder Arylgruppe bedeutet.

2. Fett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Harnstoff-Verdickungsmittel einen Mono-, Di- oder Polyharnstoff enthält.

3. Fett nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz an Bleiseife.