DE3810626A1

DE3810626A1 - Machine element

Info

Publication number: DE3810626A1
Application number: DE19883810626
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Eidenschink
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-19

Abstract

Compounds of the formula I R<1>-A-(Z<1>A<1>)l-(Z<2>A<2>)m-(Z<3>A<3>)n-R <2 > in which R<1>, R<2>, A, A<1>, A<2>, A<3>, Z<1>, Z<2>, Z<3>, l, m and n have the given definitions, are suitable for the thermal control of the frictional force in machine elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenelement zur thermischen Steuerung der Reibungskraft enthaltend eine flüssigkristalline Phase, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkristalline Phase mindestens eine Verbindung der Formel I enthältThe invention relates to a machine element for thermal control the friction force containing a liquid crystalline phase, characterized characterized in that the liquid-crystalline phase at least one Contains compound of formula I.

R¹-A-(Z¹A¹)_l-(Z²A²)_m-(Z³A³)_n-R² (I)R¹-A- (Z¹A¹) _l - (Z²A²) _m - (Z³A³) _n -R² (I)

worinwherein

R¹ und R² jeweils eine unsubstituierte oder substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CO-, -CHOH-, -CHCN-, -OOC-, -COO-, -CH=CH- und oder -C≡C- ersetzt sein können, eine Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen, worin auch eine oder zwei CF₂-Gruppen durch -O-, -CHF-, -CH₂- und/oder -CHOH- und/oder eine CF₃-Gruppe durch -CF₂H- oder -CH₂OH- ersetzt sein können,
R² auch H, F, Cl, -CN oder -COOH,
A, A¹, A², A³ jeweils unsubstituiertes oder durch ein bis zwei CN-Gruppen, F- oder Cl-Atome substituiertes 1,4-Phenylen, worin auch eine oder zwei CH- Gruppen durch N-Atome ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei CH₂-Gruppen durch O-Atome oder CHF- oder CF₂-Gruppen ersetzt sein können und 1,4-Bicyclo[2.2.2]octylen,
Z¹, Z², Z³ jeweils -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH=N-, -CH=CH-, -C≡C- oder die Einfachbindung und
l, m, n jeweils 0 oder 1
bedeuten, und Maschinenelemente, die Mischungen aus Verbindungen der Formel I enthalten, sowie Maschinenelemente, die als Mischungs komponenten eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthalten, und die Verwendung der Verbindung der Formel I als Komponenten flüssig kristalliner Phasen für thermisch steuerbare Maschinenelemente.R¹ and R² are each an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, wherein also one or two non-adjacent CH₂ groups by -O-, -CO-, -CHOH-, -CHCN-, -OOC-, -COO -, -CH = CH- and / or -C≡C- may be replaced, a perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, wherein also one or two CF₂ groups by -O-, -CHF-, -CH₂- and / or -CHOH- and / or a CF₃ group can be replaced by -CF₂H- or -CH₂OH-,
R 2 is also H, F, Cl, -CN or -COOH,
A, A¹, A², A³ are each unsubstituted or substituted by one to two CN groups, F or Cl atoms 1,4-phenylene, wherein also one or two CH groups may be replaced by N atoms, 1,4 -Cyclohexylen, in which also one or two CH₂ groups may be replaced by O atoms or CHF or CF₂ groups and 1,4-bicyclo [2.2.2] octylene,
Z¹, Z², Z³ each are -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH = N-, -CH = CH-, -C≡C - or the single bond and
l, m, n are each 0 or 1
mean and machine elements containing mixtures of compounds of formula I, as well as machine elements containing one or more compounds of the formula I as the mixing components, and the use of the compound of formula I as components of liquid crystalline phases for thermally controllable machine elements.

Die Bewegung fester Körper innerhalb von Maschinen sowie die Bewegung einer Maschine gegenüber einer festen Unterlage werden mitbestimmt durch die Reibung, die zwischen den beteiligten Körpern jeweils anzu setzen ist. Dabei ist grundsätzlich zu unterscheiden, ob die Körper aufeinander gleiten oder aufeinander abrollen. Die Größe der Gleit reibung ist davon abhängig, ob die Körper direkt aufeinander gleiten oder vollständig durch ein Schmiermittel voneinander getrennt sind. Im ersten Fall spricht man von trockener, im zweiten von flüssiger Reibung. Eine sog. halbflüssige Reibung tritt auf, wenn der Schmierfilm nicht vollständig ausgebildet ist. Gleitreibung erfolgt grundsätzlich auch in Wälzlagern zwischen den abrollenden Wälzkörpern und ihren Führungs elementen. Es ist elementar, die Reibungsverluste in Lagern durch die Wahl eines geeigneten Schmiermittels gering zu halten. Es sind heute eine Vielzahl flüssiger Schmierstoffe - zumeist sind es organische Verbindungen - in Gebrauch. Ebenso elementar ist es, durch Auswahl der Werkstoffe für eine hohe Reibungskraft zu sorgen, wenn ein Kupplungs- oder Bremsvorgang ermöglicht werden soll.The movement of solid bodies within machines as well as the movement A machine against a solid surface are determined due to the friction between each of the involved bodies is set. It is important to distinguish whether the body slide on each other or roll on each other. The size of the slide friction depends on whether the body glides directly on each other or completely separated by a lubricant. in the In the first case one speaks of dry friction, in the second case of liquid friction. A so-called semi-liquid friction occurs when the lubricating film is not is completely formed. In principle, sliding friction also takes place in rolling bearings between the rolling rolling elements and their leadership elements. It is elemental, the friction losses in camps through the Choice of a suitable lubricant to keep low. It is today a variety of liquid lubricants - mostly organic Connections - in use. Equally elementary is, by selecting the Materials to provide a high frictional force when a coupling or braking is to be enabled.

Seit etwa 40 Jahren gibt es Bemühungen, die Viskosität von Schichten aus kolloidalen Lösungen zwischen festen Körpern durch ein angelegtes elektrisches Feld zu verändern. So ist es beispielsweise möglich, zwischen einer weitgehend reibungsverlustfreien Bewegung und einer Brems- bzw. Kupplungswirkung zu entscheiden. Diese Arbeiten werden unter dem Begriff Elektrorheologie zusammengefaßt (J. E. Stangroom, Electrorheological Fluids, Phys. Technl. Bd. 14, S. 290-296 (1093)).For about 40 years there is effort, the viscosity of layers from colloidal solutions between solid bodies through an applied change electric field. For example, it is possible between a largely lossless motion and a Decide brake or clutch action. These works will be summarized under the term electrorheology (J. E. Stangroom, Electrorheological Fluids, Phys. Technl. Vol. 14, pp. 290-296 (1093)).

Manche organischen Verbindungen gehen beim Erwärmen nicht direkt von der kristallinen in die isotrop-flüssige Phase über, sondern durch laufen innerhalb eindeutig begrenzter Temperaturbereiche eine oder mehrere zusätzliche Phasen. Diese Phasen haben anisotrope physikalische Eigenschaften, wie es bei Kristallen beobachtet wird, lassen sich aber zugleich wie gewöhnliche isotrope Flüssigkeiten bewegen. Die von länglich geformten Molekülen gebildeten Phasen werden auch als rod like ode calamitische Phasen bezeichnet. Anders als in der völlig ungeordneten isotropen Phase herrscht hier eine Fernordnung der Orien tierung. In den nematischen Phasen bisher bekannter niedermolekularer Verbindungen können die Moleküle frei um ihre Längsachse rotieren. Some organic compounds do not dissipate directly when heated the crystalline into the isotropic-liquid phase over, but through run within clearly limited temperature ranges one or several additional phases. These phases have anisotropic physical Properties, as it is observed in crystals, but can be move at the same time as ordinary isotropic liquids. The of Elongated molecules are also called rod like or called calamitic phases. Unlike in the totally disordered isotropic phase prevails here a distant order of the Orien orientation. In the nematic phases hitherto known low molecular weight Compounds can rotate the molecules freely about their longitudinal axis.

Eng verwandt mit der nematischen ist die cholesterische Phase, die von optisch aktiven langgestreckten Molekülen gebildet wird oder die durch Zugabe von optisch aktiven Verbindungen zu nematischen Verbindungen erhalten wird. Für die voliegende Erfindung sind cholesterische Phasen im Begriff der nematischen Phase eingeschlossen. Durch inter molekulare Wechselwirkungen können parallel ausgerichtete stäbchen förmige Moleküle zu Schichten zusammengefügt und diese mit jeweils gleichen Abständen im Raum angeordnet werden. Diese Schichtstruktur ist typisch für die smektische Phasen. Es können verschiedene smektische Phasen auftreten, die sich durch die Anordnung ihrer Bausteine innerhalb der Schichten unterscheiden. Die Schwerpunkte der Moleküle innerhalb einer Schicht können statistisch (z. B. bei der smektischen A- und der smektischen C-Phase (abgekürzt S_A- und S_C- Phase)) oder regelmäßig (z. B. bei der S_B-Phase) angeordnet sein. Die Bezeichnung der Phasen erfolgt etwa in der Reihenfolge ihrer Entdeckung. Man kennt heute die smektischen Phasen S_A bis S_K. Die Merkmale solcher calamitischer Phasen sind beschrieben (G. W. Gray, J. W. Goodby, Smectic Liquid Crystals, Leonard Hill, Glasgow, 1984). Die Verwendung von organischen Materialien mit thermotropen flüssigkristallinen Phasen als Schmiermittel für Laufwerke von Uhren wurde bereits ver sucht, allerdings wurden keine Phasenänderungen zur Steuerung von Reibungskräften beschrieben (EP 00 92 682).Closely related to the nematic is the cholesteric phase, which is formed by optically active elongated molecules or which is obtained by adding optically active compounds to nematic compounds. For the present invention, cholesteric phases are included in the nematic phase concept. By intermolecular interactions parallel aligned rod-shaped molecules can be assembled into layers and these are arranged at equal intervals in space. This layer structure is typical of the smectic phases. Different smectic phases can occur, which differ in the arrangement of their components within the layers. The centers of gravity of the molecules within a layer can be determined statistically (eg in the case of the smectic A and the smectic C phase (abbreviated S _A and S _C phase)) or regularly (for example in the S _B phase ) can be arranged. The designation of the phases takes place approximately in the order of their discovery. Today we know the smectic phases S _A to S _K. The characteristics of such calamitic phases are described (GW Gray, JW Goodby, Smectic Liquid Crystals, Leonard Hill, Glasgow, 1984). The use of organic materials with thermotropic liquid crystalline phases as lubricant for drives of watches has already been tried, but no phase changes have been described for controlling frictional forces (EP 00 92 682).

Herkömmliche Schmierstoffe sind zur Steuerung der Reibungskraft zwischen zwei gegeneinander beweglichen festen Körpern wenig geeignet, weil keine einfache Möglichkeit bekannt ist, durch Einwirkung eines äußeren Einflusses ihre Viskosität schnell und reversibel zu verändern. Auch die elektrorheologischen Flüssigkeiten sind bisher nicht einsetz bar, weil sie zur Sedimentation neigen. Ferner unterliegen die beweg ten Maschinenteile einem Abrieb. Allgemein ist die Realisierung hoher elektrischer Feldstärken zwischen beweglichen, elektrisch leitenden Maschinenteilen ohne Kurzschlüsse nicht einfach.Conventional lubricants are used to control the frictional force between two mutually movable solid bodies little suitable because no simple way is known by the action of a external influence to change their viscosity quickly and reversibly. The electrorheological fluids are not yet used bar, because they tend to sedimentation. Furthermore, the subject Machine parts wear. Generally, the realization is high electric field strengths between movable, electrically conductive Machine parts without short circuits are not easy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in technisch einfacher Weise die Änderung der zwischen zwei gegeneinander bewegten festen Körpern innerhalb eines Maschinenelements wirksamen Reibungskraft zu ermöglichen. The invention is based on the object, in technically simple Way the change of between two mutually moving fixed To bodies within a machine element effective frictional force enable.

Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß zwischen die gegeneinander beweglichen Körper eines Maschinenelements eine fluide Schicht aus einer Verbindung der Formel I oder einer Mischung von Verbindungen der Formel I oder einer Mischung, enthaltend mindestens 5 Gewichtsprozent an Verbindungen der Formel I, gebracht wird und durch Erniedrigung der Temperatur der fluiden Schicht ein Übergang von einer isotropen oder nematischen Phase in eine smektische Phase oder von einer smektischen Phase in eine andere smektische Phase bzw. durch Erhöhung der Temperatur ein Übergang von einer smektischen Phase in eine nematische oder isotrope Phase (abgekürzt mit N und I) oder von einer smektischen Phase in eine andere smektische Phase herbeigeführt wird. Typische Phasenübergänge, die in solchen Maschinenelementen herbeigeführt werden, sind: N-S_A, N-S_B, N-S_C, I-S_A, I-S_B, I-S_C, S_A-S_B, S_A-S_C und S_B-S_E. Erschwert wird die Aufgabe dadurch, daß sich die Reibungskräfte, die sich in kompliziert strömenden, anisotropen Medien einstellen, nicht vorausberechnen lassen und nicht angebbar ist, welche der zahlreichen Viskositätskoeffizienten ausschlaggebend sind.The object is moderately achieved in that between the mutually movable body of a machine element, a fluid layer of a compound of formula I or a mixture of compounds of formula I or a mixture containing at least 5 weight percent of compounds of formula I, and by Lowering of the temperature of the fluid layer, a transition from an isotropic or nematic phase to a smectic phase or from a smectic phase to another smectic phase or, by increasing the temperature, a transition from a smectic phase to a nematic or isotropic phase (abbreviated to N and I) or from one smectic phase to another smectic phase. Typical phase transitions induced in such machine elements are: NS _A , NS _B , NS _C , IS _A , IS _B , IS _C , S _A -S _B , S _A -S _C and S _B -S _E. The problem is aggravated by the fact that the frictional forces, which occur in complicated flowing, anisotropic media, can not be calculated in advance and it is not possible to determine which of the numerous viscosity coefficients are decisive.

Es wurde gefunden, daß sich erfindungsgemäße Maschinenelemente mit Verbindungen der Formel I oder Mischungen von Verbindungen der Formel I oder Mischungen, enthaltend mindestens 5 Gewichtsprozent an Verbindungen der Formel I, herstellen lassen.It has been found that machine elements according to the invention Compounds of the formula I or mixtures of compounds of the formula I or mixtures containing at least 5 weight percent Let compounds of formula I, produce.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Maschinenelement enthaltend eine oder mehrere Verbindungen der Formel I zur thermischen Steuerung der Reibungskraft. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwen dung der Verbindungen der Formel I als Komponenten flüssigkristalliner Phasen zur thermischen Steuerung der Reibungskraft in Maschinenele menten.The invention thus relates to a machine element containing one or more compounds of the formula I for thermal control the frictional force. The invention further provides the use Compounds of the formula I as components of liquid-crystalline Phases for the thermal control of the frictional force in machines instruments.

Eingeschlossen in der vorliegenden Erfindung sind Maschinenelemente, die sich mehrfach abgestufte Änderungen der Reibungskraft zunuzte machen, wenn bei steigender oder fallender Temperatur in der fluiden Schicht mehrere Phasenumwandlungen hintereinander durchlaufen werden. Durch Auswahl der eingesetzten Verbindungen und die Wahl ihrer Anteile in Mischungen können Phasenfolge und Temperaturintervalle der Phasen in weiten Temperaturbereichen eingestellt werden. Typische Phasen abfolgen sind N-S_A-S_B, I-S_A-S_B, I-S_C-S_B, I-S_A-S_C-S_B, N-S_A-S_C-S_B und S_A-S_C-S_G. Included in the present invention are machine elements that utilize multi-stepped changes in frictional force when multiple phase transitions are passed through one another as the temperature in the fluid layer increases or decreases. By selecting the compounds used and the choice of their proportions in mixtures phase sequence and temperature intervals of the phases can be adjusted in wide temperature ranges. Sequences typical phases NS _A _B -S, -S IS _A _B, _C IS -S _B, IS _A S _C S _B, NS _A S _C S _B and S _A -S _C S _G.

Ebenfalls eingeschlossen in der vorliegenden Erfindung sind Maschinen elemente, deren fluide Schichten aus Verbindungen oder Mischungen aus Verbindungen bestehen, die sog. Reentrant-Phasen bilden, also bei Temperaturerhöhung z. B. die Phasenabfolge N-S_A-N oder I-S_A-N durchlaufen, wobei der Existenzbereich z. B. der S_A-Phase oberhalb des Temperaturintervall einer nematischen Phase liegt. Die Existenz solcher Flüssigkristalle ist beschrieben (L. Longa, W. H. de Jeu, Phys. Rev. A26, 1632 (1982)).Also included in the present invention are machine elements whose fluid layers consist of compounds or mixtures of compounds which form so-called. Reentrant phases, ie at temperature increase z. B. through the phase sequence NS _A -N or IS _A -N, the existence area z. B. the S _A phase is above the temperature interval of a nematic phase. The existence of such liquid crystals has been described (Longa L., WH de Jeu, Phys. Rev. A26, 1632 (1982)).

Die Bedeutung der Abkürzungen R¹, R², A, A¹, A², A³, Z¹, Z², Z³, l, m und n ist die oben aufgeführte und wird im gesamten Text beibehalten. Die ringförmigen Strukturelemente der Formel I A, A¹, A² und A³ werden wie folgt vereinfacht: PE steht für eine 1,4-Phenylengruppe, CY für eine 1,4-Cyclohexylengruppe und BO für eine 1,4-Bicyclo[2.2.2.]octylengruppe.The meaning of the abbreviations R 1, R 2, A, A 1, A 2, A 3, Z 1, Z 2, Z 3, I, m and n is the above and is retained throughout. The ring-shaped structural elements of the formula IA, A¹, A² and A³ are simplified as follows: PE is a 1,4-phenylene group, CY is a 1,4-cyclohexylene group and BO is a 1,4-bicyclo [2.2.2.] octylene group.

Die Verbindungen der Formel I umfassen also Verbindungen der Teil formeln Ia, Ib, Ic, Id:The compounds of the formula I thus comprise compounds of the part Formulas Ia, Ib, Ic, Id:

R¹-A-R² (Ia)R¹-A-R² (Ia)

R¹-A-Z¹-A¹-R² (Ib)R¹-A-Z¹-A¹-R² (Ib)

R¹-A-Z¹-A¹-Z²-A²-R² (Ic)R¹-A-Z¹-A¹-Z²-A²-R² (Ic)

R¹-A-Z¹-A¹-Z²-A²-Z³-A³-R² (Id)R¹-A-Z¹-A¹-Z²-A²-Z³-A³-R² (Id)

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel Ib. In den Formeln Ib, Ic und Id bedeuten die Gruppen Z¹, Z² und Z³ vorzugsweise Einfach bindungen, -CH₂CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO- oder -OOC-.Particular preference is given to compounds of the formula Ib. In the formulas Ib, Ic and Id are preferably the groups Z 1, Z 2 and Z 3, preferably single compounds, -CH₂CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O-, -COO- or -OCO-.

Die Verbindungen der Formel Ia umfassen die der bevorzugten Teilfor meln Iaα und Iaβ.The compounds of the formula Ia include those of the preferred partial formulas Ia α and Ia β .

R¹-PE-R² (Iaα ) R¹-PE-R² (Ia α )

R¹-CY-R² (Iaβ ) R¹-CY-R² (Ia β )

Formel Ib umfassen die der bevorzugten Teilformeln Ibα bis Ibγ:Formula Ib include those of the preferred partial formulas Ib α to Ib γ :

R¹-PE-Z¹-PE-R² (Ibα ) R¹-PE-Z¹-PE-R² (Ib α )

R¹-CY-Z¹-CY-R² (Ibβ ) R¹-CY-Z¹-CY-R² (Ib β )

R¹-BO-Z¹-BO-R² (Ibγ ) R¹-BO-Z¹-BO-R² (Ib γ )

Darunter sind die Verbindungen der Teilformel Ibβ besonders bevorzugt.Of these, the compounds of the sub-formula Ib β are particularly preferred.

Die Verbindungen der Formel 1c umfassen die der bevorzugten Teil formel 1cα bis 1cε:The compounds of formula 1c include those of the preferred part formula 1c α to 1c ε :

R¹-PE-Z¹-PE-Z²-PE-R² (1ca ) R¹-PE-Z¹-PE-Z²-PE-R² (1c a )

R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-R² (1cβ ) R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-R² (1c β )

R¹-CY-Z¹-CY-Z²-PE-R² (1cγ ) R¹-CY-Z¹-CY-Z²-PE-R² (1c γ )

R¹-CY-Z¹-CY-Z²-CY-R² (1cδ ) R¹-CY-Z¹-CY-Z²-CY-R² (1c δ )

R¹-PE-Z¹-CY-Z²-PE-R² (1cε ) R¹-PE-Z¹-CY-Z²-PE-R² (1c ε )

Darunter sind die Verbindungen der Teilformel Icβ und 1cε besonders bevorzugt.Of these, the compounds of the sub-formula Ic β and 1c ε are particularly preferred.

Die Verbindungen der Formel 1d umfassen die bevorzugten Teilformeln Idα bis Idδ:The compounds of formula 1d comprise the preferred partial formulas Id α to Id δ :

R¹-PE-Z¹-PE-Z²-PE-Z³-PE-R² (1dα ) R¹-PE-Z¹-PE-Z²-PE-Z³-PE-R² (1d α )

R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-Z³-PE-R² (1dβ ) R¹-Cy-Z¹-PE-Z-PE-Z³-PE-R (1d β)

R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-Z³-CY-R² (1dγ ) R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-Z³-CY-R² (1d γ )

R¹-CY-Z¹-CY-Z²-CY-Z³-CY-R² (1dδ ) R¹-CY-Z¹-CY-Z²-CY-Z³-CY-R² (1d δ )

Darunter sind die Verbindungen der Teilformel Idβ besonders bevorzugt.Of these, the compounds of the partial formula Id β are particularly preferred.

Die Reste R¹ und R² in den Teilformeln der Formel I sind vorzugsweise Alkyl, Alkyloxy oder Perfluoralkyl, für R² sind außerdem die Carbonitrilgruppe und ein Fluoratom bevorzugt. The radicals R¹ and R² in the partial formulas of the formula I are preferably Alkyl, alkyloxy or perfluoroalkyl, for R² are also the Carbonitrile group and a fluorine atom are preferred.

A, A¹, A² und A³ sind vorzugsweise CY, PE oder BO. Die Alkylreste in den Resten R¹ und R² können unverzweigt oder verzweigt sein. Vorzugsweise sind sie unverzweigt und bedeuten Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl oder Octadecyl. Die Perfluoralkylreste in den Resten R¹ und R² der Teilformeln der Formel I können unverzweigt oder verzweigt sein. Vorzugsweise sind sie unverzweigt und bedeuten Trifluormethyl, Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl, Nonafluorbutyl, Undecafluorpentyl, Tridecafluorhexyl, Pentadecafluorheptyl, Heptadecafluoroctyl, Nonadecafluornonyl, Heneicosafluordecyl, Tricosafluorundecyl oder Pentacosafluordodecyl.A, A¹, A² and A³ are preferably CY, PE or BO. The alkyl radicals in R¹ and R² can be unbranched or branched. Preferably, they are unbranched and are methyl, ethyl, propyl, Butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, Tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl or octadecyl. The perfluoroalkyl radicals in the radicals R¹ and R² of the sub-formulas of Formula I can be unbranched or branched. Preferably, they are unbranched and are trifluoromethyl, pentafluoroethyl, Heptafluoropropyl, nonafluorobutyl, undecafluoropentyl, tridecafluorohexyl, Pentadecafluoroheptyl, heptadecafluorooctyl, nonadecafluornonyl, Heneicosafluorodecyl, tricosafluorundecyl or pentacosafluorododecyl.

Die Verbindungen der Formel I sind teilweise noch nicht beschrieben. Sie werden nach allgemein bekannten Methoden hergestellt. Sie sind beispielsweise der Reihe Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, zu entnehmen.Some of the compounds of the formula I have not yet been described. They are produced by well-known methods. you are For example, the series Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart.

Verbindungen der Formel I können eines oder mehrere asymmetrische C- Atome enthalten. In diesem Fall werden von der Formel I neben optisch aktiven Enantiomeren auch Enantiomerengemische und Racemate umfaßt.Compounds of the formula I may contain one or more asymmetric C Contain atoms. In this case, from the formula I in addition to optical active enantiomers also include mixtures of enantiomers and racemates.

Die ansich stabilen Verbindungen der Formel I können zur Verlangsamung von Autoxidationsreaktionen, die bei Luftzutritt in bei hohen Tem peraturen betriebenen Maschinenelementen stattfinden, bis zu 1 Ge wichtsprozent eines Antioxidants, wie Hydrochinon oder 2,6-Di-tert.- butyl-4-methylphenol enthalten.The inherently stable compounds of formula I can slow down of autoxidation reactions that occur when air enters at high tem perature operated machine elements take place, up to 1 Ge percent by weight of an antioxidant, such as hydroquinone or 2,6-di-tert. Butyl-4-methylphenol included.

Die erfindungsmäßigen Mischungen nach Anspruch 2 enthalten zwei bis 15, vorzugsweise 2 bis 5 Verbindungen der Formel I.The fiction, mixtures according to claim 2 contain two to 15, preferably 2 to 5 compounds of the formula I.

Die erfindungsmäßigen Mischungen nach Anspruch 3 enthalten 5 bis 99,9 Gewichtsprozent, vorzugsweise 30 bis 99 Gewichtsprozent einer oder mehrerer Verbindungen der Formel I. Die zusätzlichen Komponenten solcher Mischungen können cyclische und nichtcyclische Kohlenwasserstoffe, die einen bis fünf gleiche oder verschiedene Reste aus der GruppeThe mixtures according to the invention according to claim 3 contain 5 to 99.9 Weight percent, preferably 30 to 99 weight percent of one or several compounds of the formula I. The additional components such mixtures can be cyclic and noncyclic Hydrocarbons containing one to five identical or different radicals from the group

-OH, -F, -Cl, -CN,-OH, -F, -Cl, -CN,

enthalten oder unsubstituiert sind, flüssigkristalline Haupt- oder Seitenkettenpolymere (beschrieben von H. Finkelmann in Thermotropic Liquid Crystals, John Wiley & Sons, New York 1987, S. 145-170) oder die o. g. Antioxidantien sein.contain or are unsubstituted, liquid crystalline main or Side-chain polymers (described by H. Finkelmann in Thermotropic Liquid Crystals, John Wiley & Sons, New York 1987, pp. 145-170) or the o. g. Be antioxidants.

Günstig für die Anwendung von Verbindungen der Formel I und ihren Mischungen in dem erfindungsmäßigen Maschinenelement ist die Tat sache, daß die Übergänge zwischen verschiedenen flüssigkristtallinen Phasen sowie zwischen flüssigkristallinen Phasen und der isotropen Phase mit nur geringen zeitlichen Verzögerungen erfolgen. Metastabile Phasen durch Unterkühlung, wie sie beim Übergang von der flüssigen zur kristallinen Phase nichtmesomorpher Verbindungen auftreten, können also ausgeschlossen werden, wenn die Anordnung oberhalb der Kristalli sationstemperatur betrieben wird. Diese Temperatur kann durch Verwendung von eutektischen oder nichteutecktischen Mischungen von Verbindungen mit flüssigkristallinen Phasen ausreichend tief eingestellt werden. Ein weiterer günstiger Aspekt ist, daß bei den Phasenübergängen isotrop - flüssigkristallin oder flüssigkristallin - flüssigkristallin im Vergleich zu den Schmelzenthalpien nur geringe Übergangsenthalpien anzusetzen sind.Favorable for the use of compounds of formula I and their Mixtures in the inventive machine element is the fact cause the transitions between different liquid crystals Phases and between liquid-crystalline phases and the isotropic Phase with only slight delays. metastable Phases due to hypothermia, as in the transition from liquid to crystalline phase of non-mesomorphic compounds can occur so be excluded if the arrangement above the Kristalli operating temperature is operated. This temperature can be through Use of eutectic or non-eutectic mixtures of Compounds with liquid crystalline phases set sufficiently low become. Another favorable aspect is that at the phase transitions isotropic - liquid crystalline or liquid crystalline - liquid crystalline compared to the enthalpies of fusion only small transition enthalpies are to be set.

Die Wahl der Wärmezu- bzw. Wärmeabfuhr hängt von der Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Maschine ab. Die Übertragung von Wärmeenergie von der Oberfläche der metallischen oder nichtmetallischen gegeneinander beweglichen Körper auf die fluide Schicht kann durch Konvektion mittels einer Flüssigkeit oder einem Gas erfolgen. Möglich ist ferner die Wärmezufuhr durch elektrische Widerstandsheizung, durch elektromagnetische Wellen, wenn mindestens einer der gegeneinander beweglichen Körper transparent ist, oder durch ein elektrisches Wechselfeld zwischen zwei elektrisch leitenden Körpern erfolgen. Die Abführung von Wärmeenergie aus der fluiden Schicht kann durch eine Kühlflüssigkeit oder ein Gas erfolgen. Auch die Abführung durch Wärmestrahlung allein ist möglich. Darüberhinaus kann in besonderen Fällen Wärmeenergie durch Peltier-Elemente abgeführt werden.The choice of Wärmezu- or heat dissipation depends on the function of Device according to the invention within a machine. The Transfer of heat energy from the surface of the metallic or non-metallic body moving against each other on the fluid Layer may be by convection by means of a liquid or a gas respectively. Also possible is the supply of heat by electrical Resistance heating, by electromagnetic waves, if at least one of the mutually movable bodies is transparent, or through an alternating electric field between two electrically conductive bodies respectively. The removal of heat energy from the fluid layer can done by a cooling liquid or a gas. Also the exhaustion By heat radiation alone is possible. In addition, in special cases heat energy can be dissipated by Peltier elements.

Wird in der unterhalb der jeweiligen Umwandlungstemperatur befind lichen Schicht ausreichende Reibungswärme erzeugt und dabei für eine schlechte Wärmeabführung gesorgt, so erfolgt die Phasenumwandlung ohne Heizung.Is located in the below the respective transformation temperature layer generates sufficient frictional heat while doing for a provided poor heat dissipation, the phase transformation takes place without Heater.

Die in der flüssigkristallinen Masse eines erfindungsmäßigen Maschinen elements auftretenden Reibungskräfte hängen von der Ausrichtung der Moleküle gegenüber der Richtung der Bewegung der festen Körper des Elementes ab. Diese Ausrichtung kann durch Vorbehandlung der Körper oberflächen durch Reiben in einer Vorzugsrichtung oder durch Aufbringen einer dünnen Schicht aus einem organischen oder anor ganischen Material beeinflußt werden.The in the liquid-crystalline mass of an inventive machine friction occurring depends on the orientation of the Molecules against the direction of movement of the solid body of the Element off. This alignment can be achieved by pretreatment of the body surfaces by rubbing in a preferred direction or by Apply a thin layer of an organic or anor ganic material.

Das erfindungsmäßige Maschinenelement kann als Kupplung, Bremse, mechanische Überlastungssicherung, hydraulisches Dämpfungselement oder Element zur hydraulischen Kraftübertragung (die beiden letzteren Maschinenelemente lassen sich unter dem Begriff hydraulische Vorrich tung zusammenfassen) verwendet werden. Ebenso ist eine Verwendung als Gleitlager mit einer für den vorgesehenen Anwendungszweck einstellbaren Abhängigkeit der Verlustreibung von der Temperatur möglich. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Einsparung von mechanischer Energie, weil bei niederen Drehfrequenzen in einem Radial- oder Axiallager eine hohe effektive Viskosität und somit eine niedrigere Übergangsdrehfrequenz n _ü von der halbflüssigen Reibung zur flüssigen Reibung gewählt werden kann. Wird die Drehfrequenz erhöht, so kann die Temperatur durch die Reibungswärme allein oder durch zusätzliche Zuführung von Wärmeenergie soweit angehoben werden, daß ein Übergang zu einer Phase mit einer niedrigeren effektiven Viskosität erfolgt. Die Zusammenhänge zwischen Reibungsverlust, Viskosität und n _ü sind bekannt (R. Stribeck, VDI-Zeitschr. Bd. 46, S. 1341 (1902). The inventive machine element can be used as a clutch, brake, mechanical overload protection, hydraulic damping element or element for hydraulic power transmission (the latter two machine elements can be summarized under the term hydraulic Vorrich device). Likewise, a use as plain bearings with an adjustable for the intended application dependency of the loss friction of the temperature is possible. This is particularly advantageous in terms of the saving of mechanical energy, because at low rotational frequencies in a radial or thrust bearing, a high effective viscosity and thus a lower transition rotational frequency n _ü of the semi-liquid friction for liquid friction can be selected. If the rotational frequency is increased, the temperature can be raised by the frictional heat alone or by additional supply of heat energy so far that a transition to a phase with a lower effective viscosity occurs. The relationships between friction loss, viscosity and n _ü are known (R. Stribeck, VDI-Zeitschr., Vol. 46, p. 1341 (1902).

Die vorliegende Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herbeiführung einer Änderung der zwischen zwei gegeneinander bewegten festen Körpern wirksamen Reibungskraft. Ein erfindungsmäßiges Ma schinenelement zeichnet sich durch besonders einfachen und störungs unanfälligen Aufbau aus und benötigt keine, den Verschleiß fördernde kolloidalen Lösungen. Ferner läßt sich mit ihm eine beträchtliche Energieeinsparung erzielen. Die Verbindung der Formel I und die mit ihnen hergestellten Mischungen sind hierzu wegen ihrer Stabilität und der Möglichkeit, mit ihnen innerhalb weiter Temperaturbereiche geeignete Phasenübergänge einzustellen, hervorragend geeignet.The present invention advantageously enables To bring about a change between two moving against each other solid bodies effective frictional force. An inventive Ma Machine element is characterized by particularly simple and interference not susceptible construction and requires no, the wear-promoting colloidal solutions. Furthermore, it can be a considerable Achieve energy savings. The compound of formula I and with Mixtures prepared for this purpose are because of their stability and the ability to work with them within wide temperature ranges To set suitable phase transitions, ideal.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Das Reibungsmoment (Reibungskraft · Hebelarm) ist dasjenige Drehmoment in N · m, das aufgewendet werden muß, um eine bestehende Drebewegung aufrechzuerhalten. Seine Bestimmung erfolgt über die Messung der Verlustleistung in der dem Fachmann bekannten Weise.The following examples are intended to illustrate the invention without limiting it. The friction torque (friction force · lever arm) is the torque in N · m that must be expended in order to maintain an existing rotational movement. Its determination takes place via the measurement of the power loss in the manner known to the person skilled in the art.

Example 1

Ein Maschinenelement (Fig. 1), dessen Funktion wahlweise die eines Gleitlagers oder die einer effektiven Bremse sein kann, besteht aus einer ummantelten und temperierbaren Schliffhülse (1) aus Duranglas und einer auf einer Länge von 70 mm geführten Welle (2) mit einem Durchmesser von 10 mm, ebenfalls aus Duranglas (Hersteller Schott Glaswerke, Mainz). Die Welle wird über ein Stück dickwandigen Gummi schlauch mit einem Antriebsaggregat verbunden (in Fig. 1 nicht auf geführt), das mit einer Meßvorrichtung ausgestattet ist, die die auf das Maschinenelement entfallende Verlustleistung in Abhängigkeit von der Drehfrequenz der Welle zu messen gestattet. (4) ist eine Haltevor richtung. Vor Inbetriebnahme werden die getrennten Schliffelemente mit heißer Luft erwärmt und mit einer ausreichenden Menge vonA machine element ( FIG. 1), whose function can optionally be that of a slide bearing or that of an effective brake, consists of a coated and tempered grinding sleeve ( 1 ) made of Duranglas and a guided over a length of 70 mm shaft ( 2 ) with a diameter of 10 mm, also from Duranglas (manufacturer Schott glass works, Mainz). The shaft is connected via a piece of thick-walled rubber hose with a drive unit (not shown in Fig. 1), which is equipped with a measuring device that allows to measure the attributable to the machine element power loss as a function of the rotational frequency of the shaft. ( 4 ) is a Haltevor direction. Before commissioning, the separated ground elements are heated with hot air and with a sufficient amount of

trans, trans-4-Ethoxy-4′-butyl-bicyclohexyl
(Übergang S_B nach isotrop bei 51°C)
bestrichen, so daß sich beim Zusammenführen ein luftblasenfreier Film auf der gesamten Reibungsfläche bildet. Durch den Mantel wird Paraffinöl mit einer Temperatur von 56°C geleitet und die Welle mit 1 Hz gedreht. Das Reibungsmoment der Gleitvorrichtung ergibt sich zu 4 · 10^-4 N · m. Nun wird Paraffinöl mit einer Temperatur von 44°C mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 ml · s^-1 eingespeist. Nach 30 s wird ein Reibungsmoment von 2 · 10^-1 N · m gemessen. Nach Anheben der Öltemperatur auf 56°C stellt sich der ursprüngliche Wert des Rei bungsmomentes wieder ein. Analog werden verwendet (Angabe der Temperaturen, die zur Änderung des Reibungsmomentes durchlaufen werden müssen in °C):trans, trans-4-ethoxy-4'-butyl-bicyclohexyl
(Transition S _B to isotropic at 51 ° C)
coated, so that when merging a bubble-free film forms on the entire friction surface. Paraffin oil at a temperature of 56 ° C is passed through the jacket and the shaft is rotated at 1 Hz. The frictional torque of the sliding device is 4 × 10 ^-4 N · m . Now paraffin ^{oil is} fed at a temperature of 44 ° C at a flow rate of 5 ml · s ^-1 . After 30 seconds, a friction torque of 2 · 10 ^-1 N · m is measured. After raising the oil temperature to 56 ° C, the original value of the friction moment reappears. Analogue are used (indication of the temperatures which have to be passed to change the friction torque in ° C):

trans, trans-4-Methoxy-4′-pentyl-bicyclohexyltrans, trans-4-methoxy-4'-pentylbicyclohexyl 2929 trans, trans-4,4′-Dipentyl-bicyclohexyltrans, trans-4,4'-dipentyl-bicyclohexyl 110110 trans, trans-4-(2-Cyanoethyl)-4′-pentyl-bicyclohexyltrans, trans-4- (2-cyanoethyl) -4'-pentylbicyclohexyl 30/10930/109 trans, trans-4-(2-Cyanobutyl)-4′-pentyl-bicyclohexyltrans, trans-4- (2-cyanobutyl) -4'-pentylbicyclohexyl 8080

4,4′-Dipentyl-bipenyl|524,4'-dipentyl-bipenyl | 52 4-Heptyl-4′-propyl-biphenyl4-heptyl-4'-propyl-biphenyl 5151 4-Hexyl-4′-hexyloxy-biphenyl4-hexyl-4'-hexyloxy-biphenyl 68/8468/84 4′-Octyloxy-biphenyl-4-carbonsäureethylester4'-octyloxy-biphenyl-4-carboxylate 88/96/11288/96/112 4-Pentyl-4′-(propinyl-1)-biphenyl4-pentyl-4 '- (propynyl-1) -biphenyl 8383 4′-Decyl-biphenyl-4-carbonsäure4'-decyl-biphenyl-4-carboxylic acid 247247

1,2-Bis[trans-4-pentylcyclohexyl)ethan1,2-bis [trans-4-pentylcyclohexyl) ethane 109109 1,2-Bis[trans-4-ethylcyclohexyl]ethan1,2-bis ethane [trans-4-ethylcyclohexyl] 2929

4,4′-Diethyl-bicyclo[2.2.2]octan4,4'-diethyl-bicyclo [2.2.2] octane 209209

4-trans-(4-Pentylcyclohexyl)-2-hydroxyethyl-benzol|59/734-trans- (4-pentylcyclohexyl) -2-hydroxyethyl-benzene | 59/73

4-Hexylphenyl-4-trifluormethoxybenzoat4-hexylphenyl-4-trifluoromethoxybenzoate 110110 4-Heptadecafluoroctylphenyl-4-cyanophenylbenzoat4-Heptadecafluoroctylphenyl-4-cyanophenylbenzoat 145145

1,2-Bis[4-butylphenyl]cyclohexan1,2-bis [4-butylphenyl] cyclohexane 107107 1,2-Bis[4-dodecylphenyl]cyclohexan1,2-bis [4-dodecylphenyl] cyclohexane 109109

trans-1,4-Bis[4-pentylphenoxymethyl]cyclohexan
trans-1,4-bis [4-pentylphenoxymethyl] cyclohexane

4,4′-Bis[trans-4-pentylcyclohexyl]biphenyl|247/2754,4'-bis [trans-4pentylcyclohexyl] biphenyl | 247/275

example 2

Ein Gemisch aus 64,5 Gewichtprozent 4,4′-Dipentyl-bicyclo[2.2.2]octan und 35,5 Gewichtsprozent 1,2-Bis[trans-4-pentylcyclohexyl]ethan hat eine Übergangstemperatur von 168°C zwischen einer S_B- und einer I- Phase und kann in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise zur thermi schen Änderung des Reibungsmomentes herangezogen werden. A mixture of 64.5% by weight of 4,4'-dipentyl-bicyclo [2.2.2] octane and 35.5% by weight of 1,2-bis [trans-4-pentylcyclohexyl] ethane has a transition temperature of 168 ° C between an S _B - And an I-phase and can be used in the manner described in Example 1 for thermi's change in the friction torque.

example 3

Ein Gemisch aus 42,2 Gewichtsprozent 4′-Hexyloxy-biphenyl-4-carbonitril und 57,8 Gewichtsprozent 4-(trans-4-Oxtylcyclohexyl)-1-(2-cyano= ethenyl)benzol durchläuft beim Abkühlen die Phasenfolge N-S_A-N. In einem Maschinenelement nach Beispiel 1 wird unterhalb von 19°C ein kleineres Reibungsmoment gemessen als oberhalb dieser Temperatur.A mixture of 42.2 weight percent 4'-hexyloxy-biphenyl-4-carbonitrile and 57.8 weight percent 4- (trans-4-Oxtylcyclohexyl) -1- (2-cyano = ethenyl) benzene undergoes the phase sequence NS _A upon cooling. N. In a machine element according to Example 1, a smaller frictional torque is measured below 19 ° C than above this temperature.

Claims

1. A machine element for thermal control of the frictional force ent holding a liquid crystalline phase, characterized in that the liquid crystalline phase contains at least one compound of formula I R₁-A- (Z¹A¹) _l - (Z²A²) _m - (Z³A³) _n -R² (I )wherein
R¹ and R² are each an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, wherein also one or two non-adjacent CH₂ groups by -O-, -CO-, -CHOH-, -CHCN-, -OOC-, -COO -, -CH = CH- and / or -C≡C- may be replaced, a perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, wherein also one or two CF₂ groups by -O-, -CHF-, -CH₂- and / or -CHOH- and / or a CF₃ group can be replaced by -CF₂H- or -CH₂OH-,
R 2 is also H, F, Cl, -CN or -COOH,
A, A¹, A², A³ are each unsubstituted or substituted by one to two CN groups, F or Cl atoms 1,4-phenylene, wherein also one or two CH groups may be replaced by N atoms, 1,4 -Cyclohexylen, in which also one or two CH₂ groups may be replaced by O atoms or CHF or CF₂ groups and 1,4-bicyclo [2.2.2] octylene,
Z¹, Z², Z³ each are -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH = N-, -CH = CH-, -C≡C - or the single bond and
l, m, n are each 0 or 1
mean.

2. Machine element according to claim 1, characterized in that it in the liquid crystalline phase is a mixture of several Ver compounds of formula I is.

3. Machine element according to claim 1, characterized in that the liquid crystalline phase consists of a mixture whose total proportion of compounds of formula I at least 5 weight percent is.

4. Use of the compounds of the formula I according to claim 1 as Components of liquid crystalline phases thermally controllable Machine elements.