DE4204855C2

DE4204855C2 - Schmierfettmasse und deren Verwendung

Info

Publication number: DE4204855C2
Application number: DE4204855A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Anzai; Kiyoshi Takeuchi; Yoshikazu Fukumura; Yukio Hasegawa
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: DE4204855A1; FR2674534A1; JP2915611B2; KR0147803B1; US5207936A; FR2674534B1; GB2255103A; GB2255103B; JPH04304300A; KR920019914A; AU1100792A; GB9203188D0; AU640857B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmierfettmasse und deren Verwendung bei Gleichlaufgelenken in Fahrzeugen, insbesondere doppelt versetz ten Gleichlaufgelenken. Insbesondere betrifft sie eine Schmier fettmasse für Gleichlaufgelenke, die einen zu schmierenden Teil wirksam schmieren kann, den Verschleiß wirksam verringern kann, Vibrationen steuern und eine dauerhafte Lebenszeit weiter ver bessern kann, da das Gleichlaufgelenk sehr schwer zu schmieren ist und dazu neigt zu verschleißen und zu abnormen Vibrationen und ähnlichem zu führen.

Bisher wurden Schmierfette für extremen Druck auf Lithium- Basis, enthaltend Additive für extremen Druck aus der Schwefel/ Phosphor-Reihe, Schmierfette für extremen Druck auf Lithium- Basis, enthaltend Molybdändisulfid und ähnliches, für diese Art von Gleichlaufgelenken verwendet. Außerdem beschreibt die JP-OS 62-2 07 397, daß EP-Additive auf Schwefel/Phosphor-Basis, be stehend aus Molybdänsulfid-dialkyldithiocarbamat und mindestens einem geschwefelten Öl, Olefinsulfid, Tricresyl-phosphat, Tri alkylthio-phosphat und Zinkdialkyldithio-phosphat geeignet sind als wesentliche Komponente in Schmierfetten für extreme Drücke, aber es ist nichts darüber ausgesagt, daß sie vom Gesichtspunkt der Laufruhe und Dauerhaftigkeit empfohlen werden.

Da der Bau von Kraftfahrzeugen mit vornliegendem Motor, Vorder radantrieb, sowie funktionellen 4-Radantrieb-Fahrzeugen aufgrund der Gewichtsverringerung, Vergrößerung des Innenraums und ähn lichem schnell zunimmt, werden Gleichlaufgelenke (CV-Gelenke) (CVJ) in diesen Fahrzeugen verbreitet angewandt.

Fig. 1 zeigt ein doppelt versetztes Gelenk (DOJ), das als Schie begelenk bei diesen Gleichlaufgelenken verwendet wird. Wenn das Gelenk eine Drehkraft überträgt, wenn es einen Arbeitswinkel in dem doppelt versetzten Gelenk einnimmt, treten komplizierte Roll- und Gleitbewegungen in dem Sitz einer Kugel 5 zwischen einer Laufbahn 3 eines äußeren Teils 1 und einer Laufbahn 4 eines inneren Teils 2 auf, und dadurch wird eine Kraft in axialer Richtung des Gelenks durch einen Reibungswiderstand eines gleitenden Teils hervorgerufen. Eine solche Kraft wird als induzierte Axialkraft (Stoß) bezeichnet. Darüber hinaus sind sechs Laufbahnen 3 in einem Abstand von 60° an der In nenseite des äußeren Teils 1 in dem doppelt versetzten Gelenk angeordnet, so daß sechs induzierte Axialkräfte (Stöße) pro Rotation des Gelenks hervorgerufen werden.

Wenn der Erzeugungszyklus der induzierten Axialkraft mit den Eigenfrequenzen des Motors, des Fahrgestells, der Aufhängung und ähnlichem zusammenfällt, tritt Resonanz in dem Fahrzeugkör per auf und führt zu Unannehmlichkeiten für die Insassen, so daß es erwünscht ist, die induzierte Axialkraft soweit wie mög lich zu verringern. Darüber hinaus tritt, wenn das Fahrzeug tatsächlich mit hoher Geschwindigkeit läuft, die Unannehmlich keit der Bildung von Schlaggeräuschen, unsauberen Geräuschen oder ähnlichem auf. Darüber hinaus werden die Schmierbedingun gen in dem doppelt versetzten Gelenk, verbunden mit einer Ge wichtsverringerung und einer hohen Leistung des Fahrzeugs, här ter und somit ist es erforderlich, ein Abblättern bzw. einen Abrieb der Oberfläche an Reibungsflächen aufgrund von Metall ermüdung zu vermeiden oder die Dauerhaftigkeit des Gelenks ge genüber Beschädigungen oder ähnlichem zu verbessern.

Bei der Lösung dieses Problems hat es sich gezeigt, daß die üb lichen Schmierfette auf Lithium-Basis für extremen Druck, die EP-Additive der Schwefel/Phosphor-Reihe enthalten, und Schmier fette für extremen Druck auf Lithium-Basis, die Molybdändisul fid enthalten, noch ein Problem bezüglich der Vibrationsbestän digkeit darstellen und nicht befriedigend sind vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit aus, da der Verschleiß unter einem hohen Kontaktdruck groß ist und die Abblätterbeständigkeit nicht aus reicht. Andererseits ist das in der JP-OS 62-2 07 397 beschriebe ne Schmierfett nicht befriedigend bezüglich der Verringerung der erzeugten Vibrationen und der Abblätterbeständigkeit.

Als Schmierfette, die unter Schmierbedingungen angewandt wer den, bei denen leicht ein Verschleiß auftritt und Vibrationen erzeugt werden, sind Fette mit einem niedrigen Reibungskoeffi zienten und einer ausgezeichneten Abblätterbeständigkeit geeig net, da es bekannt ist, daß ein Zusammenhang zwischen dem Rei bungskoeffizienten und der induzierten Axialkraft bei der Be ständigkeit gegen Vibrationen besteht.

Zur Berechnung der Vibrationsbeständigkeit wurde die induzierte Axialkraft in einem speziellen Gelenk, sowie der Rei bungskoeffizient, der in enger Beziehung steht zu der induzier ten Axialkraft eines speziellen Gelenks, gemessen mit Hil fe einer Savan Reibungs- und Verschleißtestmaschine. Darüber hinaus wurde die Abblätterbeständigkeit berechnet als Dauerhaf tigkeit unter Anwendung eines Tafeltests unter Verwendung des speziellen Gelenks. Als Ergebnis hat es sich gezeigt, daß die Wirkung der Verringerung des Reibungskoeffizienten und eine stärkere Zunahme der Abblätterbeständigkeit erzielt werden kön nen durch eine Kombination von (A) Molybdänsulfid-dialkyldi thiocarbamat, (B) Molybdändisulfid, (C) Zinkdithiophosphat und (D) einem öligen Mittel, bestehend aus einem oder mehreren pflanzlichen Ölen und Fetten.

Die Erfindung betrifft eine Schmierfettmasse, umfassend ein Harnstoff-Schmierfett, bestehend aus einem Schmieröl und einem Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis und enthaltend (A) 1 bis 5 Gew.-% Molybdänsulfid-dialkyldithiocar bamat der allgemeinen Formel

(in der jeder der Reste R₁ und R₂ eine Alkylgruppe mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen ist, m 0 bis 3, n 4 bis 1 und m + n 4 ist), (B) 0,2 bis 1 Gew.-% Molybdändisulfid, (C) 0,5 bis 3 Gew.-% eines EP-Additivs in Form von Zink dithiophosphat, der allgemeinen Formel

(in der R eine Alkyl- oder Arylgruppe ist) und (D) 0,5 bis 5 Gew.-% eines öligen Mittels, bestehend aus mindestens einem pflanzlichen Öl und/oder Fett als wesentliche Bestandteile mit der Maßgabe, daß das Gewichtsverhältnis der Komponente (B) zur Komponente (A) 0,04 bis 0,5 ist.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erläu tert. Dabei ist

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten, eines doppelt versetzten Gelenks, bei dem eine Fettmasse nach der Erfindung an zu schmierenden Stellen verwendet wird;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die den Zustand bei der Messung des Reibungskoeffizienten mit Hilfe einer Sawan′s Reibungs- und Verschleißtestmaschine zeigt;

Fig. 3 eine Graphik, die die Meßergebnisse der induzierten Axialkraft in Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1, 6 und 7 zeigt, und

Fig. 4 eine Graphik, die die Meßergebnisse der Lebensdauer nach Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1, 6 und 7 zeigt.

Das erfindungsgemäß verwendete Harnstoff-Schmierfett umfaßt ein Schmieröl, ausgewählt aus mindestens einem Mineralöl, syntheti schen Esterölen, synthetischen Etherölen, synthetischen Kohlen wasserstoffölen und ähnlichem, als Grundöl und einer Harnstoff verbindung, die erhalten worden ist durch Umsetzung eines ali phatischen Amins, alicyclischen Amins, aromatischen Amins oder ähnlichem mit einer Isocyanatverbindung als Verdickungsmittel. Besonders sind Fette, bei denen ein aliphatisches Amin verwen det wird, günstig.

Die Komponente (A), das Molybdänsulfid-dialkyldithiocarbamat, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist eine Verbindung, ange geben durch die folgende allgemeine Formel

(in der jeder Rest R₁ und R₂ eine Alkylgruppe mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen ist, m 0 bis 3, n 4 bis 1 und m+n 4 ist), das ein bekanntes festes Schmiermittel darstellt. Zum Beispiel ist diese Verbindung angegeben in der JP-OS 45-24562 (m=2, 35-3, n=1,65-1), der JP-OS 51-964 (m=0, n=4) und der JP-OS 53-3164 (m=0,5-2,3, n=3, 5-1,7). Die erfindungsgemäß angewandte Komponente (A) schließt alle in den oben genannten Druckschriften angegebenen Verbindungen ein.

Die Komponente (B), das Molybdändisulfid, das erfindungsgemäß verwendet wird, wird üblicherweise und weit verbreitet als fe stes Schmiermittel verwendet. Es besitzt eine Schichtgitter struktur als Gleitmechanismus, die durch die bei einer Gleit bewegung auftretenden Scherkräfte leicht zu einer dünnen Schicht geformt werden kann und einen Metallkontakt vermeidet und eine Wirkung gegenüber einem Festfressen ausübt.

Ist die Menge der Komponente (B) jedoch zu groß, wird der Rei bungskoeffizient erhöht und beeinflußt die Vibrationsbeständig keit nachteilig, und die Reibung kann auch entsprechend den Schmierbedingungen erhöht werden.

Die erfindungsgemäß verwendete Komponente (C) ist ein EP-Addi tiv in Form von Zinkdithiophosphat der oben angegebenen allge meinen Formel. Bei derartigen Verbindungen kann die Gruppe R eingeteilt werden in primäre Alkyl-, sekundäre Alkyl- und Aryl gruppen, entsprechend der Art des angewandten Alkohols, aber alle Gruppen sind erfindungsgemäß anwendbar. Insbesondere führt die Verwendung einer primären Alkylgruppe zu der größten Wir kung.

Als Komponente (D), die erfindungsgemäß angewandt wird, sind zu erwähnen pflanzliche Öle und Fette, wie Rhizinusöl, Sojabohnen öl, Rapsöl, Kokosnußöl und ähnliches. Das ölige Mittel, das aus mindestens einem derartigen pflanzlichen Öl und/oder Fett be steht, wird leicht von der Metalloberfläche absorbiert und ver hindert einen Kontakt zwischen den Metallen.

Es wird angenommen, daß diese Wirkungen folgendermaßen zustande kommen.

Die Harnstoffverbindung als Verdickungskomponente in dem Harn stoff-Schmierfett ist in der Mikrozellenstruktur stabil, ver glichen mit einem Metallseifen-Schmierfett, und haftet stark an Metalloberflächen, so daß angenommen wird, daß die Pufferwir kung durch den Mikrozellenfilm des Verdickungsmittels verhin dert, daß der Metallkontakt stärker wird. Darüber hinaus wird angenommen, daß die Komponente (A), d. h. Molybdänsulfid-dial kyldithiocarbamat, dieselbe Wirkung besitzt wie Dithiocarbamin säure als Vulkanisationsbeschleuniger für Kautschuk. Hier be deutet die Wirkung als Vulkanisationsbeschleuniger eine Wir kung, daß Schwefel und Kohlenwasserstoff in dem Kautschuk akti viert werden, um eine Vernetzungsreaktion zwischen Kohlenwas serstoffmolekülen mit Hilfe von Schwefel zu beschleunigen. Durch eine derartige Wirkung werden Schwefel und Kohlenwasser stoffreste von Zinkdithiophosphat als Komponente (C) aktiviert und führen zu einer Vernetzungsreaktion zwischen Molekülen, wo durch hochmolekulare Verbindungen gebildet werden, die die Schmieroberfläche in Form eines hochpolymeren Films mit einer Viskoelastizität zur Adsorption von Vibrationen und Verhinde rung von Metallkontakt und damit Verhinderung des Verschleißes bedeckt.

Darüber hinaus wird angenommen, daß das ölige Mittel aus minde stens einem pflanzlichen Öl und Fett, wie Rhizinusöl, Sojaboh nenöl, Rapsöl, Kokosnußöl und ähnlichem als Komponente (D) in die Schmierfläche eingreift und stark am Metall adsorbiert wird und somit wirksam zur Unterstützung der Wirkungen der Komponen ten (A) und (C) dient.

Wenn die Menge an zugesetztem Molybdändisulfid als Komponente (B) zu groß ist, kann die Wirkung der Komponenten (A), (C) und (D) zur Verhinderung von Vibrationen verhindert werden, und der Verschleiß kann verstärkt werden, wodurch die Vibrationen stark zunehmen. Wenn die Komponente (B) jedoch in einer bestimmten begrenzten Menge verwendet wird, wird angenommen, daß ein ange messener Verschleiß auftritt, um ein Festfressen unter einem so hohen Kontaktdruck zu vermeiden, daß ein Abblättern des hoch polymeren Films verhindert wird, der durch die Wirkung der Kom ponenten (A) und (C) gebildet wird, wodurch die Wirkung der Verbesserung der Abblätterdauer entwickelt wird.

Es wird auch angenommen, daß die Wirkung der Komponente (B) stärker auftritt durch die Komponente (D).

Wenn die Menge der Komponente (A) kleiner als 1 Gew.-% ist, die Menge der Komponente (B) kleiner als 0,2 Gew.-%, die Menge der Komponente (C) kleiner als 0,5 Gew.-% und die Menge der Kompo nente (D) kleiner als 0,5 Gew.-% ist, tritt keine Wirkung auf, während, wenn die Menge der Komponente (A) größer als 5 Gew.-% ist, die Menge der Komponente (B) größer als 1 Gew.-%, die Men ge der Komponente (C) größer als 3 Gew.-% und die Menge der Komponente (D) größer als 5 Gew.-% ist, keine Zunahme der Wir kung zu erwarten ist und die Verhinderung von Vibrationen schlecht wird. Daher sind die Mengen an den Komponenten (A), (B), (C) und (D) 1-5 Gew.-%, 0,2-1 Gew.-%, 0,5-3 Gew.-% bzw. 0,5-5 Gew.-%. Darüber hinaus ist es notwendig, daß das Ge wichtsverhältnis der Komponente (B) zu Komponente (A) im Be reich von 0,04-0,5 liegt.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläu tert.

Schmierfettmassen nach den Beispielen 1 bis 6 und Vergleichs beispielen 1 bis 5 wurden nach der in Tabelle 1 angegebenen Rezeptur auf übliche Weise hergestellt. Die Wirksamkeit der oben erwähnten Schmierfettmassen wurde bestimmt zusammen mit handelsüblichem organischem Molybdänfett als Vergleichsbeispiel 6 und handelsüblichem Molybdändisulfidfett als Vergleichsbei spiel 7 entsprechend den unten erwähnten Testverfahren.

1. Reibungs- und Verschleißtest

Der Reibungskoeffizient wurde gemessen mit Hilfe einer Savan Reibungs- und Verschleißmaschine, wobei die in Tabelle 1 ange gebenen Ergebnisse erhalten wurde. Bei der Savan Reibungs- und Verschleißtestmaschine wurde eine Stahlkugel 7 von 6,35 mm auf einen drehbaren Ring 6 von 40 mm Durchmesser und 4 mm Dicke, wie in Fig. 2 gezeigt, gepreßt. Bei der Messung des Reibungskoeffizienten wurde der drehbare Ring 6 mit einer Um fangsgeschwindigkeit von 108 m/min unter einer Last von 13 N (1,3 kgf) gedreht, während ein zu untersuchendes Fett auf die Oberfläche des drehbaren Rings 6 über einen Schwamm 8, der sich unter dem drehbaren Ring befand, zugeführt wurde, wobei eine Bewegung einer pneumatischen Rinne 9, die die Stahlkugel 7 trägt, mit Hilfe einer Meßzelle 10 nachgewiesen wurde.

Die Testzeit betrug 10 min, und der Reibungskoeffizient wurde nach 10 min gemessen.

2. Test zur Messung der induzierten Axialkraft

Eine in axialer Richtung eines doppelt versetzten Gelenks er zeugte Kraft, wenn sich das Gelenk in einem bestimmten Arbeits winkel und einer Drehkraft drehte, wurde als induzierte Axial kraft gemessen.

Die Testergebnisse für die Fette der Beispiele 1 und Ver gleichsbeispiele 1, 6 und 7 sind in Fig. 3 angegeben.

Meßbedingungen:

Drehzahl\|900 UpM
Drehkraft	150 Nm (15 kgf.m)
Arbeitswinkel	2, 4, 6, 8°
Testzeit	5 min

3. Test für die Lebensdauer

Der Test für die Lebensdauer wurde durchgeführt unter Verwen dung eines Doppelwinkelgelenks unter den folgenden Bedingungen, um das Auftreten oder Nichtauftreten von Abblätterungen festzu stellen. Die Testergebnisse der Fette des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1, 6 und 7 sind in Fig. 4 angegeben.

Meßbedingungen:

Drehzahl\|1000 UpM
Drehkraft	530 Nm (53 kgf.m)
Arbeitswinkel	4,5°

Wie aus Tabelle 1 und Fig. 3 hervorgeht, kann erfindungsgemäß eine Verringerung des Reibungskoeffizienten und der induzierten Axialkraft erzielt werden. Darüber hinaus geht aus Fig. 4 her vor, daß die Lebensdauer erfindungsgemäß verbessert wird. Das heißt, die Schmierfettmassen für Gleichlaufgelenke nach der Er findung stellen eine spezielle Kombination aus Harnstoff-Fet ten, bestehend aus einem Schmieröl und einem Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis mit (A) Molybdänsulfid-dialkyldithiocarba mat, (B) Molybdändisulfid, (C) Zinkdithiophosphat und (D) min destens einem Pflanzenöl und/oder Fett, wie Rhizinusöl, Soja bohnenöl, Rapsöl, Kokosnußöl und ähnlichem, dar und können nicht nur eine Verringerung der induzierten Axialkraft bewir ken, sondern auch eine Verbesserung der Abblätterbeständigkeit bei Gleichlaufgelenken, wie doppelt versetzten Gelenken oder ähnlichem.

Claims

1. Schmierfettmasse, umfassend ein Harnstoff-Schmierfett, bestehend aus einem Schmieröl und einem Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis und enthaltend (A) 1 bis 5 Gew.-% Molybdänsulfid-dialkyldithiocar bamat der allgemeinen Formel (in der jeder der Reste R₁ und R₂ eine Alkylgruppe mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen ist, m 0 bis 3, n 4 bis 1 und m + n 4 ist), (B) 0,2 bis 1 Gew.-% Molybdändisulfid, (C) 0,5 bis 3 Gew.-% eines EP-Additivs in Form von Zink dithiophosphat, der allgemeinen Formel (in der R eine Alkyl- oder Arylgruppe ist) und (D) 0,5 bis 5 Gew.-% eines öligen Mittels, bestehend aus mindestens einem pflanzlichem Öl und/oder Fett, als wesentliche Bestandteile mit der Maßgabe, daß das Gewichtsverhältnis der Komponente (B) zur Komponente (A) 0,04 bis 0,5 ist.

2. Schmierfettmasse nach Anspruch 1, wobei die Alkylgruppe bei der Formel der Komponente (C) eine primäre oder sekundäre Alkylgruppe ist.

3. Schmierfettmasse nach Anspruch 1, wobei das pflanzliche Öl und/oder Fett der Komponente (D) minde stens eine Substanz, ausgewählt aus Rhizinusöl, Sojabohnenöl, Rapsöl und Kokosnußöl, ist.

4. Verwendung der Schmierfettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Schmieren von Gleichlaufge lenken, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.