DE60106404T2

DE60106404T2 - Schmierfettzusammensetzung für homokinetische kupplung

Info

Publication number: DE60106404T2
Application number: DE60106404T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Kawamura; Kouichi Nakazawa; Tetsuo Nimura; Kouji Saitou; Noriaki Shinoda; Keiji Tanaka; Tomoyasu Wada
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: MXPA02008408A; AU4417801A; DE60106404D1; US20030027728A1; BR0108775B1; WO2001064821A2; EP1265977B1; PL197522B1; BR0108775A; US6894009B2; CA2401507A1; PL363111A1; CA2401507C; EP1265977A2; WO2001064821A3; AU2001244178B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke, auf ein Verfahren zum Schmieren eines homokinetischen Gelenks und auf ein mit einem Schmierfett gepacktes homokinetisches Gelenk. Im speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Schmierfettzusammensetzung, die für Kraftfahrzeugantriebswellen, Propellerschäfte und technische Maschinengelenke verwendet werden kann.
Der jüngste Fortschritt in der mechanischen Technologie ist mit einem zunehmenden Bedarf nach einer Verringerung von Größe und Gewicht von Maschinen, der Steigerung der Maschinenpräzision, der Verlängerung der Maschinenlebensdauer usw. verbunden.
Homokinetische Gelenke sind Spezialtypen von Universalkupplungen, die den Antrieb von Endreduktionsgetriebe zu einer Straßenradachse mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit übertragen können.
Da die in Kraftfahrzeugen und Industriemaschinen eingesetzten Gleichlaufgelenke bei hohen Geschwindigkeiten und unter hohen Oberflächendruckbedingungen verwendet werden, wird zum Schmieren dieser Gelenke eine viel höhere Leistung des Schmierfettes benötigt. Diese Situation wird in größerer Einzelheit in der Folge im Zusammenhang mit homokinetischen Gelenken (nachstehend abgekürzt als CVJ, constant velocity joints) für Kraftfahrzeuge beschrieben werden.
Mit der Forcierung von vorderradgetriebenen Fahrzeugen und allradgetriebenen Fahrzeugen und dergleichen kam es zu einem deutlichen Anstieg der Verwendung von CVJ in der Automobilindustrie. Kraftfahrzeuge haben zur Zeit eine höhere Leistung und sind kleiner und leichter, was an die Haltbarkeit von CVJ hohe Anforderungen stellt.
Das zum Schmieren von CVJ verwendete Schmierfett unterliegt ebenfalls den Anforderungen nach einer besseren Haltbarkeit und Lebensdauer der Gelenke (Beständigkeit gegenüber Schäden, beispielsweise Abplatzbeständigkeit und Festfreßbeständigkeit).
Um diesen Anforderungen zu genügen, werden kommerziell hauptsächlich Höchstdruckmittel auf Schwefel-Phosphor-Basis, die sulfurierte Fette/Öle und/oder Olefinsulfide, kombiniert mit Zinkdithiophosphat, umfassen, und Lithiumfette mit einem Gehalt an Additiven auf Bleibasis und Molybdändisulfid und dergleichen verwendet. In jüngster Zeit werden Harnstofffette, die eine hervorragende Hitzebeständigkeit aufweisen, stärker verwendet als Lithiumfette.
Beispiele für Methoden nach dem Stand der Technik, die die Verwendung eines Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamats vorsehen, schließen die geprüfte japanische Patentanmeldung Nr. H4-34590 und die ungeprüften japanischen Patentanmeldungen mit den Nrn. H6-57283, H6-330072 und H10-273692 ein.
Die japanische geprüfte Patentanmeldung Nr. H4-34590 beschreibt ein System, das (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat; und (B) wenigstens ein Höchstdruckadditiv auf Schwefel-Phosphor-Basis, ausgewählt aus der Gruppe, die aus sulfuriertem Fett/Öl, Olefinsulfid, Tricresylphosphat, Trialkylthiophosphat und Zinkdialkyldithiophosphat besteht, compoundiert mit Harnstofffett, umfaßt. Derartige Systeme sind aber unter den heutigen strengen CVJ-Arbeitsbedingungen nicht immer zufriedenstellend.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. H6-57283 beschreibt ein System, das Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat, Molybdändisulfid und Bleisulfiddialkyldithiocarbamat, compoundiert mit Harnstofffett, umfaßt. Da dieses System ein Additiv auf Bleibasis enthält, ist es jedoch im Hinblick auf zunehmende Bedenken zum Umweltschutz unerwünscht.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. H6-330072 beschreibt ein Zusetzen von sowohl (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat als auch (C) Triphenylphosphorothionat zu Harnstofffett, diese Systeme ergeben aber nicht gleichzeitig eine zufriedenstellende Schadensbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
T. Sakurai's "Sekiyu Seihin Tenkazai" [Petroleum Product Additives] (S. 262 und folgende) setzt Thiadiazolverbindungen als Schmieröladditive ein, und in Tabelle 3 auf S. 226 wird vorgeschlagen, daß die Zugabe von Verbindungen auf Thiadiazolbasis zu einer hervorragenden Prävention einer Sulfurierungskorrosion in Bezug auf Kupfer und Silber führt. Darüber hinaus beschreibt die japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. H4-32880 eine erhöhte Lastbeständigkeit und Höchstdruckeigenschaften ohne Korrosion oder Verfärbung des Metalles als Ergebnis des Zusetzens von 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol) zu einem Schmiermittelfett, das Problem des Ausbalancierens einer Schadensbeständigkeit und einer Abriebbeständigkeit wird jedoch nicht erwähnt.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. H11-131086 beschreibt die Verwendung einer Verbindung auf Thiadiazolbasis als Additiv in einem Schmierfett, unter Anwendung eines Verdickungsmittels auf Basis eines Calciumsulfonatkomplexes. Die Verbindung auf Thiadiazolbasis wird hier jedoch zum Desaktivieren von Metallen verwendet.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr. H10-273692 beschreibt eine Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke mit einem Gehalt an Diharnstoff als Verdickungsmittel, worin Molybdändisulfid, phosphorfreie Höchstdruckadditive auf Schwefelbasis und Höchstdruckadditive auf Schwefel-Stickstoff-Basis in Kombination mit (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat verwendet werden. Es ist jedoch nicht klar, welche speziellen Verbindungen als das Höchstdruckmittel auf Schwefel-Stickstoff-Basis verwendet werden können, da das von der Firma R.T. Vanderbilt hergestellte "Vanlube 601" (Handelsmarke) lediglich in den Ausführungsbeispielen geoffenbart ist und diese Handelsbezeichnung nur bestätigt, daß "Vanlube 601" eine heterocyclische Schwefel-Stickstoff-Verbindung ist. Darüber hinaus ist nach dieser Vorgangsweise die kombinierte Anwendung von Molybdändisulfid und eines phosphorfreien Höchstdruckadditivs auf Schwefelbasis unerläßlich.
Die EP-A-0 633 304 offenbart eine Harnstofffettzusammensetzung mit einem Gehalt an einem Harnstoffschmierfett und, darin als Additive eingearbeitet, an einem sulfurierten Molybdändialkyldithiocarbamat, dargestellt durch die Formel A: (R₁R₂N-CS-S)₂-Mo₂O_mS_n, worin R₁ und R₂ jeweils unabhängig eine Alkylgruppe mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen darstellen, m+n=4 bedeutet, m den Wert 0 bis 3 hat und n einen Wert von 4 bis 1 aufweist, und an Triphenylphosphorothionat (B).
Es besteht ein Bedarf nach sowohl befriedigender Schadensbeständigkeit als auch befriedigender Abriebbeständigkeit auf dem Gebiet von Schmierfettzusammensetzungen für homokinetische Gelenke. Es gibt viele Schmierfette, die eine gute Abriebbeständigkeit, aber eine schlechte Schadensbeständigkeit aufweisen. Es gibt einen erheblichen Bedarf für das Auffinden einer Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke, die ei ne Verbesserung in beiden dieser physikalischen Eigenschaften zur Verfügung stellt.
Es hat sich nunmehr als möglich erwiesen, Schmierfette für homokinetische Gelenke mit einem Gehalt an 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol) zu formulieren, die vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich Schadensbeständigkeit und Abriebbeständigkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke, umfassend ein Grundöl und ein Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis, welches Schmierfett zusätzlich (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat und (B) 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol) enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schmierfettzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zusätzlich (C) Triphenylphosphorothionat.
Das Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat (A) kann zweckmäßig eine Verbindung sein, die durch die nachfolgende Formel (1) dargestellt wird: (R¹R²N-CS-S)₂-Mo₂O_mS_n (1),worin R1 und R2 unabhängig voneinander aus der aus Alkylgruppen mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen bestehenden Gruppe ausgewählt sind, m+n=4 bedeutet, m einen Wert von 0 bis 3 aufweist und n einen Wert von 1 bis 4 hat.
Bevorzugte Alkylgruppen sind jene mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, noch stärker bevorzugt mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und am meisten bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Diese Alkylgruppen können gerade oder verzweigt sein.
Spezielle Beispiele von Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamaten (A), die zweckmäßig in der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, schließen eines oder mehrere von Molybdänsulfiddiethyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddibutyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddiisobutyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddi(2-ethylhexyl)dithiocarbamat, Molybdänsulfiddiamyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddiisoamyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddilauryldithiocarbamat, Molybdänsulfiddistearyldithiocarbamat, Molybdänsulfid-n-butyl-2-ethylhexyldithiocarbamat und Molybdänsulfid-2-ethylhexylstearyldithiocarbamat ein.
Das 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol) (B) kann durch die nachstehende Formel (2) dargestellt werden:
Bevorzugte Zusammensetzungen gemäß der Erfindung weisen ein oder mehrere der nachfolgenden Merkmale auf:

(i) 0,5 bis 10 Gew.-% A;
(ii) 0,5 bis 5 Gew.-% A;
(iii) wenigstens 2 Gew.-% A;
(iv) bis zu 3 Gew.-% A;
(v) 0,1 bis 10 Gew.-% B;
(vi) 0,1 bis 5 Gew.-% B;
(vii) wenigstens 0,5 Gew.-% B und
(viii) bis zu 2 Gew.-% B, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.

Speziell bevorzugte Zusammensetzungen gemäß der Erfindung sind jene mit den Merkmalen (i) und (v); jene mit den Merkmalen (i) und (vi); jene mit den Merkmalen (i) und (vii); jene mit den Merkmalen (i) und (viii); jene mit den Merkmalen (i), (vii) und (viii); jene mit den Merkmalen (ii) und (v); jene mit den Merkmalen (ii) und (vi); jene mit den Merkmalen (ii) und (vii); jene mit den Merkmalen (ii) und (viii); jene mit den Merkmalen (ii), (vii) und (viii); jene mit den Merkmalen (iii) und (v); jene mit den Merkmalen (iii) und (vi); jene mit den Merkmalen (iii) und (vii); jene mit den Merkmalen (iii) und (viii); jene mit den Merkmalen (iii), (vii) und (viii); jene mit den Merkmalen (iv) und (v); jene mit den Merkmalen (iv) und (vi); jene mit den Merkmalen (iv) und (vii); jene mit den Merkmalen (iv) und (viii); jene mit den Merkmalen (iv), (vii) und (viii); jene mit den Merkmalen (iii), (iv) und (v); jene mit den Merkmalen (iii), (iv) und (vi); jene mit den Merkmalen (iii), (iv) und (vii); jene mit den Merkmalen (iii), (iv) und (viii); und jene mit den Merkmalen (iii), (iv), (vii) und (viii).
Wenn weniger als 0,5 Gew.-% A verwendet werden, wird eine verringerte Auswirkung auf die CVJ-Schadensbeständigkeit erreicht, wogegen kein Anreiz besteht, mehr als 10 Gew.-% A anzuwenden, weil über dieser Konzentration nur eine beschränkte oder keine weitere Verbesserung erwartet werden kann.
Wenn weniger als 0,1 Gew.-% B angewendet werden, wird eine verringerte Auswirkung auf die CVJ- Schadensbeständigkeit erzielt, wogegen kein Anreiz besteht, mehr als 10 Gew.-% B anzuwenden, weil über dieser Konzentration nur eine begrenzte oder keine weitere Verbesserung erwartet werden kann.
Das Triphenylphosphorothionat (C) ist eine durch die nachstehende Formel (3) dargestellte Verbindung: (C₆H₅-O)₃-P=S (3).
Wenn das Triphenylphosphorothionat (C) zugesetzt wird, wird es vorzugsweise in einer Konzentration von bis zu 10 Gew.-%, bei spielsweise von 0,1 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung, eingearbeitet.
Wenn weniger als 0,1 Gew.-% (C) zugesetzt werden, wird eine verringerte Auswirkung auf die Abriebbeständigkeit erreicht, wogegen kein Anreiz vorliegt, mehr als 10 Gew.-% (C) zu verwenden, weil über dieser Konzentration nur eine begrenzte oder keine weitere Verbesserung erwartet werden kann.
Als die für das Verdickungsmittel verwendete Harnstoffverbindung kann ein beliebiger Verdicker auf Harnstoffbasis eingesetzt werden, und es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich dessen Type. Beispielsweise können in bequemer Weise Diharnstoff, Triharnstoff und/oder Tetraharnstoff eingesetzt werden. Als Grundöl wird Mineralöl und/oder synthetisches Öl verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden 2 bis 35 Gew.-% Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.
Es können auch verschiedene Additive wie Antioxidationsmittel, Rostverhütungsmittel und Höchstdruckmittel zu der Schmierfettzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zugesetzt werden.
Bevorzugte Schmierfettzusammensetzungen für homokinetische Gelenke gemäß der Erfindung, wie hier speziell beschrieben, weisen eine erheblich verbesserte Abplatzungsbeständigkeit und Festfreßbeständigkeit (Schadensbeständigkeit) auf und zeigen auch hervorragende Abriebbeständigkeit und Temperaturregelungseigenschaften.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele beschrieben werden, die den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken sollen.
BEISPIELE
Ausbildung der Schmierfettzusammensetzungen
Die Additive wurden zu einem Grundschmierfett entsprechend den in den Tabellen 1 bis 3 dargestellten Formulierungen zugesetzt, und die erhaltenen Systeme wurden unter Anwendung eines Dreiwalzenstuhles behandelt, um ein Schmierfett für die Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele zu ergeben. Bemerkt sei, daß als das Grundöl ein gereinigtes Mineralöl mit einer kinematischen Viskosität von 15 mm²/s verwendet wurde.
I Diharnstoffschmierfett
1 Mol Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat und 2 Mol Octylamin wurden im Grundöl reagiert und die erhaltene Harnstoffverbindung wurde gleichmäßig dispergiert, um ein Grundschmierfett zu ergeben. Der Gehalt an Harnstoffverbindung wurde auf 10 Gew.-% eingestellt.
II Tetraharnstoffschmierfett
2 Mol Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, 2 Mol Octylamin und 1 Mol Ethylendiamin wurden in dem Grundöl reagiert und die erhaltene Harnstoffverbindung wurde gleichmäßig dispergiert, um ein Grundschmierfett zu ergeben. Der Gehalt an Harnstoffverbindung wurde auf 15 Gew.-% eingestellt.
Die Dicke, Abriebbeständigkeit, Gelenksschädigung und Gelenkshaltbarkeit, wie sie in den nachfolgenden Tabellen dargestellt sind, wurden nach den folgenden Testmethoden bestimmt.

(1) Die Dicke wurde gemäß JIS K2220 5.3 ermittelt.
(2) Die Abriebbeständigkeit wurde gemäß ASTM D2266 ermittelt.
(3) Gelenksschädigungstest

Jede Probe wurde in ein kommerzielles CVJ eingebracht und das System wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben, wonach das Auftreten oder Fehlen der feinen Schädigung, die ein Zeichen für ein Abplatzen innerhalb des Gelenkes darstellt, bewertet wurde, und die Maximaltemperatur des Gelenks während des Betriebes wurde ebenfalls ermittelt.

CVJ-Type:	Barfield-Gelenk
UpM:	1.500
Gelenkwinkel:	8°
Drehmoment:	300 Nm
Dauer:	1 Stunde
Auswertung:	(0) keine Schädigung; x Schädigung; Δ geringfügige Schädigung
(4)	Gelenkhaltbarkeitstest

Jede Probe wurde in ein kommerzielles CVJ eingebracht und das System wurde unter den nachstehenden Bedingungen betrieben, wonach das Vorliegen oder das Fehlen von Abplatzungen oder das Festfressen der Kugel im Gelenk oder des Innenringes, des Außenringes oder des Käfigs ermittelt wurden.

CVJ-Type:	Barfield-Gelenk
UpM:	1.500
Gelenkwinkel:	8°
Drehmoment:	300 Nm
Dauer:	150 Stunden
Auswertung:	(0) keine Schädigung; Δ geringfügiges Abplatzen; x Abplatzen (weitere Benützung unmöglich)

Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 2
Tabelle 3

Claims

Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke, umfassend ein Grundöl und ein Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis, welches Schmierfett zusätzlich (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat und (B) 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol) enthält.
Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 1, enthaltend 0,5 bis 10 Gew.-% an (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat und von 0,1 bis 10 Gew.-% an (B) 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol), bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.
Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Schmierfett 0,5 bis 5 Gew.-% an (A) Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat und 0,1 bis 5 Gew.-% an (B) 5,5'-Dithiobis(1,3,4-thiadiazol-2-thiol) enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.
Schmierfettzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Schmierfett 2 bis 35 Gew.-% Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.
Schmierfettzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Molybdänsulfiddialkyldithiocarbamat (A) unter einem oder mehreren von Molybdänsulfiddiethyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddibutyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddiisobutyldithiocarbamat, Molybdänsulfid-di-(2-ethylhexyl)dithiocarbamat, Molybdänsulfiddiamyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddiisoamyldithiocarbamat, Molybdänsulfiddilauryldithiocarbamat, Molybdänsulfiddistearyldithiocarbamat, Molybdänsulfid-n-butyl-2-ethylhexyldithiocarbamat und Molybdänsulfid-2-ethylhexylstearyldithiocarbamat ausgewählt ist.
Schmierfettzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die zusätzlich (C) Triphenylphosphorothionat enthält.
Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 6, enthaltend 0,1 bis 10 Gew.-% an (C) Triphenylphosphorothionat, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.
Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7, worin das Schmierfett 0,1 bis 5 Gew.-% an (C) Triphenylphosphorothionat enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierfettzusammensetzung.
Verfahren zum Schmieren eines homokinetischen Gelenks, umfassend ein Packen des Gelenks mit einem Schmierfett nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Ein homokinetisches Gelenk, gepackt mit einem Schmierfett nach einem der Ansprüche 1 bis 8.