DE60013780T2

DE60013780T2 - Schmiermittelzusammensetzung und ihre verwendung in einem kugelgelenk

Info

Publication number: DE60013780T2
Application number: DE60013780T
Authority: DE
Inventors: Keiji Tanaka; Yoshihisa Yatsuzuka; Ryuichi Masumori
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: AR021659A1; CN1214096C; CA2362514C; PL349960A1; ZA200106482B; EP1155103B1; US6500787B1; EP1155103A1; CA2362514A1; DE60013780D1; AU755493B2; KR20010112266A; PL191127B1; WO2000047699A1; JP4245717B2; CN1340092A; AU2909900A; JP2000230186A; KR100600455B1; BR0008139B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Schmiermittelzusammensetzungen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Kugelgelenk, umfassend einen Kugelsitz aus synthetischem Harz und einen Metallkugelschaft, welches Kugelgelenk ferner eine Schmiermittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, und die Verwendung einer Schmiermittelzusammensetzung in einem derartigen Kugelgelenk.
Hintergrund der Erfindung
Für Kugelgelenke, welche üblicherweise in Automobilen verwendet werden, besteht die Basismethode zur Schmierung im Vorhandensein eines Schmiermittels zwischen dem Kugelsitz 1 aus synthetischem Harz und dem Metallkugelschaft 2. Es wurden mehrere Methoden zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Leistung von Kugelgelenken vorgeschlagen. Beispielsweise wurde die Härte im Kugelschaft erhöht, um einen Verschleiß zu verhindern; Molybdän, Graphit oder Schmiermittelöle wurden im Kugelsitz einverleibt, um so die Gleiteigenschaften des Harzes selbst zu verbessern, oder es wurde eine Vertiefung in der inneren Oberfläche des Kugelsitzes vorgesehen, um als Schmiermittelreservoir zu dienen.
Der Verbesserung der Leistung von Kugelgelenken durch diese Methoden ist jedoch eine Grenze gesetzt. Gegenwärtig wird die größte Möglichkeit zur Verbesserung der Leistung von Kugelgelenken in einem Schmiermittel mit verbesserten Eigenschaften gesehen.
Kugelgelenke sind an außerordentlich wichtigen Stellen im Aufhängungssystem und im Lenksystem, welches mit der Bewegung von Motorkraftfahrzeugen verbunden ist, angeordnet. Durch das Ge lenk wird ein direkter Einfluß auf die Bewegung ausgeübt. Es besteht daher ein ernsthaftes Problem, wenn sich die Position des Kugelschaftes unter Belastung sehr verändert.
Beim Zusammenbau eines Kugelschaftes, eines Kugelsitzes und eines Sockels wird eine gewisse Belastung auf den Kugelsitz durch den Kugelschaft angewandt, sodaß die Öffnung zwischen dem Kugelschaft und dem Kugelsitz so gering wie möglich gemacht wird, indem der Vorteil der Viskoelastizität eines synthetischen Harzes in Anspruch genommen wird. Es wird auch versucht, die Verschiebung des Kugelschaftes unter Beanspruchung so weit wie möglich einzuschränken. Infolgedessen wird ein bestimmter Druck im Raum zwischen dem Kugelschaft und dem Kugelsitz aufrecht erhalten, und herkömmliches Schmiermittelfett tendiert dazu, aus dem Raum zwischen dem Kugelschaft und dem Kugelsitz mit fortschreitender Dauer herausgepreßt zu werden. In der Folge wird das Drehmoment bei Bewegung größer und die Schmiermittelmembran wird während der wiederholten Bewegung aufgebrochen, was zu einem direkten Kontakt zwischen dem Kugelschaft und dem Kugelsitz führt, zur Entwicklung von Abrieb und einer erhöhten Verschiebung des Kugelschaftes.
Eine in Kugelgelenken zu verwendende Schmiermittelzusammensetzung besitzt vorzugsweise die folgenden Eigenschaften: unter einer Belastung haftet die Schmiermittelzusammensetzung sowohl am Kugelschaft als auch am Kugelsitz vorzugsweise stark, um eine Membran mit einer konstanten Stärke auszubilden. Die Schmiermittelzusammensetzung fließt vorzugsweise gleichmäßig am Gleitteil, wenn sich der Kugelschaft vom stationären Zustand zum Bewegungszustand bewegt, und die Fettmembran wird vorzugsweise ohne Veränderung aufrecht erhalten, sogar nach einer wiederholten Bewegung des Kugelschafts, so daß eine stabile Schmiermittelfunktion aufrecht erhalten wird.
Patentfälle, welche sich mit Kugelgelenken beschäftigen, sind die folgenden.
Die japanische Kokai Patentanmeldung Nr. Sho 60[1985]-31598 beschreibt ein Fettprodukt, welches synthetisches Öl vom Poly-α-olefin-Typ, mit einer kinematischen Viskosität von 500–2000 mm²/s bei 40°C, Paraffinwachs, Fettsäureamidwachs und harnstoffartiges Verdickungsmittel enthält.
Die japanische Kokai Patentanmeldung Nr. Hei 2[1990]-194095 beschreibt ein Fettprodukt für Kugelgelenke, welches Verdickungsmittel vom Harnstofftyp, von Wachs freies hydriertes Mineralöl mit der kinematischen Viskosität von 50–500 mm²/s bei 40°C, Paraffinwachs und Fettsäureamidwachs enthält.
Die japanische Kokai Patentanmeldung Nr. Hei 6[1994]-116581 beschreibt ein Schmiermittelprodukt für Kugelgelenke, welches durch einen Gehalt an Polyisoprenkautschuk oder einem viskosen Polyisoprenkautschuk-Material mit der Viskosität von 3×10³–10⁵ mN.s/m² (cP) bei 25°C und aliphatisches Amid oder aliphatisches Bisamid gekennzeichnet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine weitere Verbesserung der Technologie, welche durch die Kokai Patentanmeldung Nr. Hei 6[1994]-116581 öffentlich gemacht wurde.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Schmiermittelzusammensetzung, umfassend

(A) 100 Gew.-Teile eines viskosen Materials mit einer Viskosität von 3×10³ bis 10⁵ mN.s/m² (cP) bei 25°C, das wenigstens ein Glied, ausgewählt aus der aus (i) Polyisoprenkautschuk und (ii) einer Polyisoprenkautschuk enthaltenden viskosen Zusammensetzung bestehenden Gruppe, ist,
(B) 15 bis 45 Gew.-Teile wenigstens einer Verbindung aus der Gruppe von aliphatischen Amiden, dargestellt durch die Formel (1) R¹CONH₂ (1)(worin R¹ eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit einem Gehalt an 15 bis 17 Kohlenstoffatomen angibt) und von aliphatischen Bisamiden, dargestellt durch die Formel (2 ) R¹CONHR²NHCOR¹ (2)(worin R¹ eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe darstellt und R² für Methylen oder Ethylen steht), und
(C) 5 bis 30 Gew.-Teile wenigstens eines Wachses, ausgewählt aus der Gruppe Polyethylenwachs, Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs.

Von der Schmiermittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß sie ein niedriges Moment, insbesondere bei Betriebsbedingungen (Rotationsdrehmoment), spezieller bei Betriebsbedingungen bei Normaltemperatur, ergibt und die Drehmomentveränderungen verhindert, und daß sie ein Kugelgelenk mit einer guten Belastbarkeit liefert.
Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung Variationen im Kugelschaft nach wiederholter Verwendung verhindert. Eine gute Abriebswiderstandsfähigkeit wurde in Dauerversuchen festgestellt.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Kugelgelenk, umfassend einen Kugelsitz (1) aus synthetischem Harz und einen Metallkugelschaft (2), welches Kugelgelenk eine Schmiermittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, und auf die Verwendung der Schmiermittelzusammensetzungen in derartigen Kugelgelenken.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Komponente (A), welche als das Viskositätsmittel in dieser Erfindung verwendet wurde, steht in Beziehung mit der Haftung auf den gleitenden Oberflächen von Kugelgelenken und der Eigenschaften des ruhigen Betriebs, und ihre Viskosität muß im Bereich von 3×10³ bis 10⁵ mN.s/m² (cP) bei 25°C liegen. Wenn die Viskosität weniger als 3×10³ mN.s/m² (cP) beträgt, besitzt das Schmiermittelprodukt schlechte Hafteigenschaften und die gleitende Membran neigt dazu, dünn zu werden, sodaß das Harz und das Metall an der Grenzfläche in direkten Kontakt kommen, was zu dem erhöhten Drehmoment führt. Andererseits ist, wenn die Viskosität mehr als 10⁵ mN.s/m² (cP) beträgt, der Widerstand im Schmiermittelöl selbst erhöht, was zu einem erhöhten Drehmoment des Kugelgelenks führt.
Der zuvor erwähnte Polyisoprenkautschuk besitzt die Wiederholeinheit
und/oder
Der Polyisoprenkautschuk wird im allgemeinen einen Block aus (3) und/oder (4), wie zuvor erwähnt, enthalten. Polymeradditive, wie Polybuten, Polyisobutylen und Polymethacrylat, konnten im Gegensatz zu Polyisopren das Ziel dieser Erfindung nicht erreichen.
Eine Polyisoprenkautschuk enthaltende viskose Zusammensetzung kann durch Zusetzen von Mineralöl und/oder synthetischem Öl zu Polyisoprenkautschuk erhalten werden. Es besteht kein besonderer Grenzwert im Verhältnis des Mischens und ein Gemisch kann annehmbar sein, wenn die Viskosität im Bereich von 3×10³ bis 10⁵ mN.s/m² (cP) liegt.
Synthetisches Öl wird als übliches bekanntes Öl definiert, welches als Grundöl zur Herstellung von üblichem Schmiermittelöl oder -fett verwendet wird, beispielsweise Mineralöl vom Paraffintyp oder Mineralöl vom Naphthentyp, wie der Mineraltyp oder Poly-α-olefin, Cooligomer von α-Olefin und Ethylen, Polyethylenglycol und Polypropylenglycol als Alkylenglycoltyp; Alkyldiphenylether als Ethertyp; und Dimethylsilicon als Silicontyp.
Das als Komponente (B) verwendete Amid besitzt die Funktion, die viskose Komponente (A) in eine feste oder halbfeste überzuführen und die Funktion den Reibungskoeffizienten zwischen dem Harz und dem Metall zu reduzieren, ebenso wie die innere Fluidität der viskosen Substanz zu verbessern. Wenn der Gehalt an dieser Komponente weniger als 15 Gewichtsteile beträgt, wird das Schmiermittel zu weich und neigt dazu, leicht zu fließen, sodaß der Effekt verbesserter Gleiteigenschaften zwischen dem Harz und dem Metall abgeschwächt wird. Wenn andererseits ihr Gehalt mehr als 45 Gewichtsteile beträgt, wird das Schmiermittel zu hart und schwierig zu handhaben, und die Schmiermitteleigenschaft wird ebenfalls verringert. Es besteht auch die Möglichkeit, daß es zu schwierig ist, den Raum zwischen dem Kugelschaft und dem Kugelsitz unter Druck zu befüllen.
Das Polyethylenwachs, Paraffinwachs und/oder mikrokristalline Wachs, welches als Komponente (C) verwendet wird, besitzt die Funktion der Verringerung des Fließwiderstandes im Schmiermit tel, welches aus der Komponente (A) und der Komponente (B) ausgebildet wird, und damit der Verringerung des Anstiegs im Drehmoment des Kugelgelenks, welcher aus dem viskosen Widerstand resultiert. Wenn ihr Gehalt weniger als 5 Gew.-% beträgt, dann ist die Wirkung für die Verringerung des Fließwiderstandes zu gering und die absenkende Wirkung auf das Kugelgelenk-Drehmoment kann nicht erwartet werden. Wenn der Gehalt andererseits mehr als 30 Gew.-% beträgt, wird das Schmiermittel zu hart und schwierig zu handhaben. Der erwartete Effekt kann ebenfalls nicht erzielt werden und es kann nicht möglich sein, das Schmiermittel im Füllschritt des Gelenks unter Druck einzubringen. Das zuvor erwähnte Polyethylenwachs ist eine Substanz, welche als Nebenprodukt im Verfahren der Polyethylenproduktion erhalten wird. Es ist ein synthetisches Wachs, wie das Produkt der thermischen Zersetzung von Polyethylen oder das Produkt der direkten Polymerisation von Ethylen. Es ist bevorzugt, Polyethylenwachs mit einem mittleren Molekulargewicht von 900–4.000 und einem Schmelzpunkt von 100–130°C zu verwenden. Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs sind Erdölwachse, welche als natürliche Wachse klassifiziert werden. Im Verfahren der Destillation von Rohöl unter verringertem Druck wird Paraffinwachs aus dem Destillat durch Abtrennung und Reinigung erhalten. Es ist eine gesättigte Kohlenwasserstoffverbindung, wovon die Hauptkomponente geradkettige Kohlenwasserstoffe mit einem mittleren Molekulargewicht von 300-500 sind. Wachs mit dem Schmelzpunkt von 40–70°C ist bevorzugt. Mikrokristallines Wachs wird aus dem Restöl nach der Destillation von Rohöl unter Druck erhalten. Es besteht aus gesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen in mikrokristalliner Form mit einem mittleren Molekulargewicht von 500–700, wovon die Hauptkomponente Kohlenwasserstoffe mit Seitenketten oder Kohlenwasserstoffe in Ringform sind. Wachs mit einem Schmelzpunkt von 60–100°C ist bevorzugt.
Es ist möglich, ein Antioxidationsmittel, ein Rostverhütungsmittel, ein Mittel zur Verbesserung von Öleigenschaften, ein festes Schmiermittel, ein Antiabriebmittel und ein Höchstdruckmittel zur Schmiermittelzusammensetzung dieser Erfindung zuzusetzen, sofern erforderlich.
Mit dem Schmiermittelprodukt dieser Erfindung für Kugelgelenke erbringen die folgenden Tests vorzugsweise die nachstehenden detaillierten Ergebnisse: Das Deformationsausmaß nach dem Dauerversuch (10⁶ Mal) beträgt vorzugsweise 0,1 mm oder weniger, oder stärker bevorzugt 0,08 mm oder weniger, am stärksten bevorzugt 0,05 mm oder weniger. Die "Deformation" wird in den Beispielen definiert. Das Ausgangsdrehmoment bei –20°C beträgt vorzugsweise 50,0 kg.cm oder weniger, und das Rotationsdrehmoment bei –20°C vorzugsweise 30,0 kg.cm oder weniger. Das Ausgangsdrehmoment bei 25°C beträgt vorzugsweise 30,0 kg.cm oder weniger und das Rotationsdrehmoment bei 25°C beträgt vorzugsweise 13,0 kg.cm oder weniger.
Die Arbeitspenetration nach ASTM D 217 ist vorzugsweise derart, daß sie im Bereich von 220 bis 340 0,1 mm bei 25°C, insbesondere 260 bis 320 für das erfindungsgemäße Schmiermittelprodukt für Kugelgelenke beträgt. Wenn die Arbeitspenetration weniger als 220 beträgt, könnte die Zusammensetzung zu hart werden und die Handhabung des Schmiermittelproduktes könnte schwierig werden, es könnten Schwierigkeiten beim Füllen des Gelenks mit dem Schmiermittel auftreten. Wenn die Arbeitspenetration mehr als 340 0,1 mm bei 25°C beträgt, kann die Zusammensetzung zu weich werden und es besteht die Möglichkeit, daß das Schmiermittel aus der Gleitoberfläche des Gelenks fließen wird, was zu einer schlechten Schmierung mit einem erhöhten Drehmoment oder einem abnormalen Abrieb im Gelenk führt.
Der Tropfpunkt des erfindungsgemäßen Schmiermittelprodukts für Kugelgelenke beträgt vorzugsweise 80°C oder darüber, insbeson dere 95°C oder darüber, vorzugsweise 100°C oder darüber. Bei der tatsächlichen Verwendung in einem Motorkraftfahrzeug besteht die Möglichkeit, daß die Temperatur im Gelenk nahe dem Motor infolge der Wärmestrahlung 80°C erreichen wird, und bei einem Schmiermittelprodukt mit dem Tropfpunkt von etwa 80°C besteht die Möglichkeit, daß das Schmiermittelprodukt aus der Gleitoberfläche des Kugelgelenks fließen wird, was zu einem abnormalen Abrieb und einem beschädigten Gelenk führt.
Die Erfindung wird detaillierter mit Anwendungsbeispielen und Vergleichsbeispielen veranschaulicht. Die Erfindung wird jedoch durch diese Beispiele nicht eingeschränkt.
Beispiele
Beispiel 1 (erfindungsgemäß)
Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g Polyisopren (hierin nachstehend Viskositätsmittel A) mit einer Viskosität von 5,2×10⁴ mN.s/m² (cP) bei 25°C, 80 g Ethylen-bis-stearylamid (hierin nachstehend Amid A) und 30 g Polyethylenwachs beschickt, und der Inhalt wurde unter Rühren auf eine Temperatur von 150°C erhitzt. Das Erhitzen wurde beendet, als der Inhalt geschmolzen war und transparent wurde, und das aminartige Antioxidationsmittel vom Amidtyp wurde mit 1,0% zugesetzt, gefolgt von einem Abkühlen auf Normaltemperatur. Der Inhalt wurde bis zur Einheitlichkeit mit einem Dreiwalzenstuhl geknetet, um das Schmiermittelprodukt zu erhalten. Die Arbeitspenetration betrug 283 0,1 mm bei 25°C, und der Tropfpunkt betrug 130°C beim so erhaltenen Schmiermittelprodukt.
Beispiel 2 (erfindungsgemäß)
Das Viskositätsmittel (hierin nachstehend Viskositätsmittel B) wurde durch Mischen von Polyisopren mit der Viskosität von 5,2×10⁶ mN.s/m² (cP) bei 25°C zu 60 Gew.-% und Poly-α-olefin als synthetisches Öl mit der kinematischen Viskosität von 33,0 mm²/s bei 40°C zu 40 Gew.-% erhalten. Die Viskosität des Viskositätsmittels B betrug 8,0×10⁴ mN.s/m² (cP) bei 25°C, gemessen mit einem Typ-B-Viskosimeter. Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g dieses Viskositätsmittels, 70 g Amid A und 30 g Paraffinwachs befüllt, und der Inhalt wurde unter Rühren auf 150°C erhitzt. Als der Inhalt geschmolzen war und transparent wurde, wurde das Erhitzen beendet und es wurde 1,0% eines Antioxidationsmittels vom Amintyp zugesetzt, gefolgt von einem Abkühlen des Inhalts auf Normaltemperatur. Der Inhalt wurde mit einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert, um ein Schmiermittelprodukt zu erhalten. Die Arbeitspenetration betrug 268 0,1 mm bei 25°C und der Tropfpunkt betrug 124°C für das so erhaltene Produkt.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß)
Polyisopren mit einer Viskosität von 5,2×10⁶ mN.s/m² (cP) bei 25°C zu 40 Gew.-% und 60 Gew.-% Mineralöl mit einer kinematischen Viskosität von 23,5 mm²/s bei 40°C wurden vermischt, um ein Viskositätsmittel zu erhalten (hierin nachstehend Viskositätsmittel C). Die Viskosität dieses Mittels betrug 1,1×10⁴ mN.s/m² (cP) bei 25°C, gemessen mit einem Typ-B-Viskosimeter. Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g des Viskositätsmittels C, 60 g Amid A und 40 g mikrokristallinem Wachs befüllt. Der Inhalt wurde unter Rühren auf die Temperatur von 150°C erhitzt. Als der Inhalt geschmolzen war und transparent wurde, wurde das Erhitzen beendet und nach der Zugabe von 1,0% eines Antioxidationsmittels vom Amintyp wurde der Inhalt auf Normaltemperatur abgekühlt. Nach dem Abkühlen wurde der Inhalt mit einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert, um ein Schmiermittelprodukt zu erhalten. Die Arbeitspenetration betrug 295 0,1 mm bei 25°C und der Tropfpunkt betrug 129°C für das so erhaltene Produkt.
Beispiel 4 (erfindungsgemäß)
Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g Viskositätsmittel B, 80 g Stearylamid (hierin nachstehend Amid B) und 30 g mikrokristallinem Wachs befüllt. Der Inhalt wurde unter Rühren auf 150°C erhitzt und als der Inhalt geschmolzen war und transparent wurde, wurde das Erhitzen beendet. 1,0% des Antioxidationsmittels vom Amintyp wurde zugesetzt, gefolgt von einem Abkühlen auf Raumtemperatur. Nach dem Abkühlen wurde der Inhalt mit einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert, um ein Schmiermittelprodukt zu erhalten. Die Arbeitspenetration betrug 310 0,1 mm bei 25°C und der Tropfpunkt betrug 95°C.
Beispiel 5 (erfindungsgemäß)
Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g des Viskositätsmittels B und 40 g von jeweils Amid A und Oleylamid (hierin nachstehend Amid C) befüllt, gefolgt von der Zugabe von 30 g mikrokristallinem Wachs. Der Inhalt wurde unter Rühren auf die Temperatur von 150°C erhitzt und das Erhitzen wurde beendet, als der Inhalt geschmolzen war und transparent wurde. 1,0% des Antioxidationsmittels vom Amintyp wurde zugesetzt, gefolgt von einem Abkühlen auf Raumtemperatur. Der Inhalt wurde mit einem Dreiwalzenstuhl homogenisiert, um ein Schmiermittelprodukt zu erhalten. Die Arbeitspenetration betrug 292 0,1 mm bei 25°C und der Tropfpunkt betrug 102°C für das Produkt.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g Viskositätsmittel B befüllt, gefolgt von der Zugabe von jeweils 50 g Amid A und Oleylamid C. Der Inhalt wurde unter Rühren auf eine Temperatur von 150°C erhitzt. Das Verfahren und die Methode waren die gleichen wie jene, die in den erfindungsgemäßen Beispielen 1–5 verwendet wurden. Die Arbeitspenetration betrug 294 0,1 mm bei 25°C und der Tropfpunkt betrug 107°C für das so erhaltene Schmiermittelprodukt.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurde ein Viskositätsmittel (hierin nachstehend Viskositätsmittel D) durch Mischen von Polyisopren mit einer Viskosität von 3,0×10⁶ mN.s/m² (cP) bei 25°C zu 80 Gew.-% und Poly-α-olefin mit einer kinematischen Viskosität von 33,0 mm²/s bei 40°C zu 20 Gew.-% erhalten. Die Viskosität des Viskositätsmittels D betrug 5,0×10⁵ mN.s/m² (cP) bei 25°C (außerhalb des Bereichs der für diese Erfindung festgelegten Viskosität), gemessen durch ein Typ-B-Viskosimeter. Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g dieses Viskositätsmittels beladen, 70 g Amid A und 20 g Paraffinwachs wurden zugesetzt, und der Inhalt wurde unter Rühren auf die Temperatur von 150°C erhitzt. Das folgende Verfahren und die folgende Methode waren die gleichen, wie in den erfindungsgemäßen Beispielen 1–5. Die Arbeitspenetration betrug 255 0,1 mm bei 25°C und der Tropfpunkt betrug 130°C für das so erhaltene Schmiermittelprodukt.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Viskositätsmittel (hierin nachstehend Viskositätsmittel E) wurde durch Mischen von Polyisopren mit einer Viskosität von 1,5×10⁵ mN.s/m² (cP) bei 25°C zu 30 Gew.-% und Mineralöl mit der kinematischen Viskosität von 26,0 mm²/s bei 40°C zu 70 Gew.-% hergestellt. Die mit dem Typ-B-Viskosimeter gemessene Viskosität betrug 800 mN.s/m² (cP) bei 25°C (außerhalb des in dieser Erfindung definierten Bereichs). Ein Edelstahlbehälter wurde mit 200 g Viskositätsmittel E, 70 g Amid A und 30 g mikrokristallinem Wachs beladen, und der Inhalt wurde unter Rühren auf die Temperatur von 150°C erhitzt. Die Verfahren und Methoden, welche befolgt wurden, waren die gleichen, wie in den erfindungsgemäßen Beispielen 1–5. Die Arbeitspenetration betrug 294 0,1 mm bei 25°C, und der Tropfpunkt betrug 125°C für das so erhaltene Produkt.
Vergleichsbeispiel 4
Es wurde ein von uns produziertes, auf dem Markt erhältliches Fett vom Lithium-Typ für Kugelgelenke verwendet.
Vergleichsbeispiel 5
Es wurde ein von einem anderen Produzenten produziertes, auf dem Markt erhältliches Fett vom Lithium-Typ für die allgemeine Verwendung eingesetzt.
Vergleichsbeispiel 6
Es wurde ein Fett vom Amid-Typ für Kugelgelenke eines weiteren Produzenten, welches sich auf dem Markt befindet, verwendet.
Bewertung
Die Tabelle I und die Tabelle II zeigen allgemeine Eigenschaften und Ergebnisse des Drehmomenttests und des Dauerversuchs für die Schmiermittelprodukte, die in den erfindungsgemäßen Beispielen 1–5 erhalten wurden, und für die Schmiermittel und Fette, die in den Vergleichsbeispielen 1–6 erhalten wurden. Die Testmethoden sind nachstehend beschrieben. Der Drehmomenttest und der Dauerversuch wurden mit den verschiedenen Typen von Schmiermittelprodukten unter Verwendung der in den 1-4 gezeigten Kugelgelenktestmaschine durchgeführt.
Kurze Erklärung der Zeichnungen
1 ist eine allgemeine Struktur eines Kunststoffkugelgelenks, (a) zeigt die Teile und das allgemeine Konstruktionsverfahren und (b) zeigt die allgemeine Struktur der fertigen Apparatur.
2 ist eine allgemeine Struktur der Testanordnung, um die Drehmomenteigenschaften von Fett in einem Kugelgelenk zu bewerten.
3 zeigt die einzelnen Teile in der Belastungsstellung von 2.
4 zeigt die Teile zerlegt in der Rotationsstellung von 2.

Erklärung der Symbole

1: Kugelsitz
2: Kugelschaft
3: Sockel
4: Stahlplatte
5: Kugelgelenk
6: Belastungsteil
7: Rotationsteil
8: Abdeckung für Gewindeteil
9: Platz zur Befestigung eines Thermoelements
10: Sitz
11: Bolzen für den Vordruck
12: Vordruckfixierungsnuß
13: Fixierungsnuß
14: Stelle der Befestigung
15: Anzeigenadel
16: Nuß zum Anhalten des Gleitens
17: Nuß zum Anhalten des Gleitens
18: Einstellungsnuß
19: Rotationsrahmen
20: Gegenmutter
21: Adapter
22: Sicherheitsventil
23: Belastungszylinder-DP-Zelle
24: Belastungszylinder-Entlastungsventil
25: Vibrationszylinder-Entlastungsventil
26: Rotationszylinder-Entlastungsventil
27: Belastungszylinder
28: Anzeigenadel
29: Vibrationszylinderöldruckmanometer
30: Rotationszylinderöldruckmanometer
31: Begrenzungsschalter
32: Begrenzungsschalter
33: Begrenzungsschalter Kugelgelenk
34: Nahschalter
35: Nahschalter
36: Nahschalter

1) Verfahren des Drehmomenttests

Kugelschaft: Chrommolybdänstahl, Durchmesser des kugelförmigen
Kopfs: 2 0 mm
Kugelschaft: Polyamidharz
Testbedingungen
Temperatur: 25°C und –20°C
Vordruck: 1.000 kg
Rotation: ±30°C; 30 Zyklen pro Minute
Startdrehmoment: Maximaldrehmoment am Beginn der Bewegung nach 2 Stunden Ruheperiode, welche auf die Konstruktion des Gelenks folgt (kg.cm).
Rotationsdrehmoment: Nach der Messung des vorerwähnten Startdrehmoments wurde der Kugelschaft 10 Mal einer Rotation unterworfen, gefolgt von der Messung dieses Rotationsdrehmoments (kg.cm).

Das Kugelgelenk wurde zusammengesetzt, nachdem das zu untersuchende Schmiermittel gleichmäßig über die Oberfläche des Kugelschaftes und des Kugelsitzes geschichtet wurde. Als Ausgangsdrehmoment wurde das Maximaldrehmoment nach den ersten 2 Stunden nach der Konstruktion des Gelenks gemessen. Nach der Messung des vorstehend beschriebenen Ausgangsdrehmoments wurde das Rotationsdrehmoment unmittelbar nach der 10-maligen Rotation des Kugelschafts gemessen.
2) Verfahren des Dauerversuchs bei Kugelgelenken
Der Dauerversuch wurde unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen mit dem Kugelgelenk, welches wie vorstehend in 1) beschrieben zusammengesetzt wurde, durchgeführt. Die Bewertung erfolgte auf Grund des Deformationsausmaßes des Kugelschaftes. Das Deformationsausmaß ist als das Ausmaß an Bewegung (Deformation) des vorstehend beschriebenen Kugelschaftes definiert, wenn eine Belastung von 50 kg auf den Kugelschaft in Axialrichtung angewandt wurde.

Testbedingungen
Temperatur: 25°C
Vordruck: 1.000 kg
Belastung: ±250 kg, 60 Zyklen pro Minute (Axialrichtung)
Oszillation: ±15°C, 50 Zyklen pro Minute
Rotation: ±15°C, 50 Zyklen pro Minute
Oszillation: 10⁶ Mal
Messung des Ausmaßes: vermehrt um ±50 kg.

Als (C)-Komponente im erfindungsgemäßen Beispiel und im Vergleichsbeispiel wurden kommerziell verfügbare Wachse verwendet und deren physikalische Eigenschaften sind nachstehend angeführt.

Polyethylenwachs – mittleres Molekulargewicht 1.000, Penetrationswert 25, Schmelzpunkt 109°C.
Paraffinwachs – mittleres Molekulargewicht 640, Penetrationswert 13, Schmelzpunkt 65°C.
Mikrokristallines Wachs – mittleres Molekulargewicht 620, Penetrationswert 21, Schmelzpunkt 70°C.

Mit den erfindungsgemäßen Schmiermittelprodukten aus den Beispielen 1–5 ist das Drehmoment des Kugelgelenks bei Raumtemperatur (25°C) ebenso wie bei niedrigerer Temperatur (–20°C) gering. Der Unterschied zwischen dem Ausgangsdrehmoment und dem Rotationsdrehmoment ist gering. Insbesondere ist das Drehmoment bei Normaltemperatur gering. Außerordentliche Ergebnisse werden dadurch erhalten, daß ein geringes Deformationsausmaß im Dauerversuchtest gefunden wurde. Mit dem Produkt von Vergleichsbeispiel 1, welches ohne Zugabe von Komponente (C) hergestellt wurde, ist das Rotationsdrehmoment sowohl bei normaler als auch bei niedriger Temperatur im Vergleich zum erfindungsgemäßen Beispiel 5 größer. Darüber hinaus ist das Ausgangsdrehmoment bei Normaltemperatur größer. Mit dem Produkt von Vergleichsbeispiel 2, worin die Komponente (A) ein Viskositätsmittel mit einer hohen Viskosität von 10⁵ mN.s/m² (cP) oder darüber war, wurden hohe Ausgangs- und Rotationsdrehmomente bei normaler und hoher Temperatur beobachtet. Mit dem Produkt vom Vergleichsbeispiel 3, worin die Komponente (A) ein Viskositätsmittel mit einer Viskosität von weniger als 3×10³ mN.s/m² war, wurde ein hohes Rotationsdrehmoment bei niedriger Temperatur festgestellt, und sowohl das Ausgangs- als auch das Rotationsdrehmoment waren bei normaler Temperatur hoch. In den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 wurden verbreitete kommerzielle Fettprodukte verwendet. Der Wert sowohl des Ausgangs- als auch des Rotationsdrehmoments bei Normaltemperatur war im Vergleichsbeispiel 4 hoch, und jene bei niedriger Temperatur waren im Vergleichsbeispiel 6 hoch. Im Vergleichsbeispiel 5 waren die Drehmomentwerte bei normalen und niedrigen Temperaturen hoch.

Claims

Schmiermittelzusammensetzung, umfassend (A) 100 Gew.-Teile eines viskosen Materials mit einer Viskosität von 3×10³ bis 10⁵ mN.s/m² (cP) bei 25°C, das wenigstens ein Glied, ausgewählt aus der aus (i) Polyisoprenkautschuk und (ii) einer Polyisoprenkautschuk enthaltenden viskosen Zusammensetzung bestehenden Gruppe, ist, (B) 15 bis 45 Gew.-Teile wenigstens einer Verbindung aus der Gruppe von aliphatischen Amiden, dargestellt durch die Formel (1) R¹CONH₂ (1)(worin R¹ eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit einem Gehalt an 15 bis 17 Kohlenstoffatomen angibt) und von aliphatischen Bisamiden, dargestellt durch die Formel (2) R¹CONHR²NHCOR¹ (2)(worin R¹ eine gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe darstellt und R² für Methylen oder Ethylen steht), und (C) 5 bis 30 Gew.-Teile wenigstens eines Wachses, ausgewählt aus der Gruppe Polyethylenwachs, Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Polyethylenwachs ein mittleres Molekulargewicht von 900 bis 4.000 und einen Schmelzpunkt von 100 bis 130°C aufweist.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Paraffinwachs einen Schmelzpunkt von 40 bis 70°C aufweist.
Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das mikrokristalline Wachs einen Schmelzpunkt von 60 bis 100°C aufweist.
Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Zusammensetzung weiterhin Additive, ausgewählt unter einem Antioxidationsmittel, Rostverhütungsmittel, Mittel zur Verbesserung von Öleigenschaften, festem Schmiermittel, Antiabriebmittel und Höchstdruckmittel, umfaßt.
Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Deformationsausmaß nach dem Dauerversuch (10⁶ Mal) 0,1 mm oder weniger beträgt.
Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Arbeitspenetration gemäß ASTM D 217 im Bereich von 220 bis 340 0,1 mm bei 25°C beträgt.
Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Tropfpunkt 80°C oder darüber beträgt.
Kugelgelenk, umfassend einen Kugelsitz (1) aus synthetischem Harz und einen Metallkugelzapfen (2), welches Kugelgelenk eine Schmiermittelzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfaßt.
Verwendung einer Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Kugelgelenk, das einen Kugelsitz (1) aus synthetischem Harz und einen Metallkugelzapfen (2) umfaßt.