DE60305225T2

DE60305225T2 - Gleitvorrichtung mit niedriger Reibung

Info

Publication number: DE60305225T2
Application number: DE60305225T
Authority: DE
Inventors: Nippon Oil Corporation Shinichi Yokohama-shi Shirahama; Nippon Oil Corporation Shozaburo Yokohama-shi Konishi; Makoto Yokohama-shi Kano; Yoshiteru Yokohama-shi Yasuda; Tokio Yokohama-shi Sakane
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Oil Corp
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Eneos Corp
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: EP1338641B1; JP3555891B2; DE60305225D1; US20030162672A1; US6806242B2; JP2003238982A; EP1338641A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleiteinrichtung mit ausgezeichneten geringen Reibungseigenschaften, insbesondere der Art, die in einem Verbrennungsmotor verwendet wird.
Globale Umweltprobleme, wie die globale Erwärmung und der Störung der Ozonschicht sind in den Vordergrund getreten. Man sagt, dass die globale Erwärmung deutlich von der CO₂ Emission bewirkt wird. Die Reduktion der CO₂ Emission, besonders die Einstellung der CO₂ Emissionsstandards, ist daher ein besonderes Anliegen jedes Landes.
Eines der Probleme, die CO₂ Emission zu reduzieren, ist es die Wirksamkeit des Fahrzeugkraftstoffes zu verbessern, und der Gleitmechanismus eines Fahrzeugmotors hängt mit den Verbesserungen der Wirksamkeit des Fahrzeugkraftstoffes deutlich zusammen. Es gibt die folgenden Annäherungen, die Wirksamkeit des Fahrzeuges in Hinblick auf den Gleitmechanismus zu verbessern: (1) einen höheren Verschleißwiderstand und einen niedrigeren Reibungskoeffizient für Gleitelemente des Gleitmechanismus bereitzustellen, welche in der früheren Technologie im Allgemeinen aus Stahlmaterialien hergestellt wurden, auch unter extremen Verschleiß- und Reibungsbedingungen (2) die Viskosität eines Schmiermittels in dem Gleitmechanismus zu verringern, wodurch der viskose Widerstand in den hydrodynamischen Schmierbereichen und Bewegungsbereiche in dem Motor reduziert wird; und (3) einen geeigneten Reibungsmodifikator und andere Zusatzstoffe in das Schmiermittel zu mischen, um so die Reibungsverluste unter den Bedingungen einer gemischten Schmierung und Grenzschmierung zu reduzieren. Bisher wurden die Untersuchungen an einer Organomolybdänverbindung, wie Molybdändithiocarbamat (MoDTC) oder Molybdändithiophosphat (MoDTP) durchgeführt, zur Verwendung als der Reibungsmodifikator und gezeigt, dass das Schmiermittel, welches solch eine Organomolybdänverbindung enthält, wirksam ist, die Reibung zu reduzieren, wenn diese bei Stahlgleitelementen verwendet wird.
Verschiedene Hartbeschichtungsmaterialien wurden in jüngster Zeit auf das Gleitelement der Gleiteinrichtung angewandt, um eine höhere Verschleißbeständigkeit, und einen niedri gen Reibungskoeffizienten zu erzielen. Insbesondere wird von einem diamantartigen Kohlenstoff (DLC) Material erwartet, dass es als ein Beschichtungsmaterial für das Gleitelement geeignet ist, da das DLC Material einen niedrigeren Reibungskoeffizient in der Luft als andere verschleißbeständige harte Beschichtungsmaterialien (wie TiN oder CrN) bereitstellt.
Das DLC Material stellt jedoch in Anwesenheit eines Schmiermittels nicht solch einen niedrigen Reibungskoeffizient in der Gleiteinrichtung zur Verfügung (wie in Japan Tribology Congress 1999, 5, Tokyo, Proceeding Page 11–12, KANO et.al. offenbart). Der Reibungskoeffizient des DLC Materials kann nicht um ein ausreichendes Maß erniedrigt werden, auch wenn es in Kombination mit dem Schmiermittel verwendet wird, welches die obige Organomolybdänverbindung enthält (wie in World Tribology Congress 2001.9, Wien, Proceeding Page 342, KANO et.al. offenbart).
Ein wenig reibendes Gleitmaterial und eine Gleitölzusammensetzung sind in JP-A-2002045576 offenbart. WO-A-0105917 offenbart Molybdänfreie gering verflüchtigende Schmierölzusammensetzungen. WO-A-9321289 offenbart eine Schmiermittelzusammensetzung enthaltend eine Mischung aus einem alkylierten Phenolsulfid und einem alkoxylierten Hydrocarbylamin. JP-A-2000327484 offenbart einen Nockenstößel für einen Verbrennungskraftmotor mit einer Nockengleitfläche, welche mit einem diamantartigen Kohlenstofffilm beschichtet ist.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gleiteinrichtung bereitzustellen, die ausgezeichnete geringe Reibungseigenschaften und hohe Verschleißbeständigkeit erzielen kann, durch die kombinierte Verwendung eines diamantartigen Kohlenstoffmaterials und eines Schmiermittels, so dass die Gleiteinrichtung, wenn sie in einem Fahrzeugmotor verwendet wird, mehr Verbesserungen in der Wirksamkeit des Fahrzeugkraftstoffes zeigt, als die frühere Technologie.
Dieser Gegenstand wird durch eine Gleitvorrichtung mit geringer Reibung erzielt, umfassend:
Erste und zweite Gleitelemente, welche relativ zueinander an ihren Gleitflächen gleiten können, wobei das erste Gleitelement aus einem diamantartigen Kohlenstoffmaterial hergestellt ist, das zweite Gleitelement aus einem Material auf Eisenbasis hergestellt ist; und ein Schmiermittel, welches auf die Gleitflächen des ersten und zweiten Gleitelementes aufgebracht ist und wenigstens eines umfasst aus einem aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator und einem aschefreien aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung beziehen sich alle Prozentangaben (%) auf die Masse, es sei denn es ist anders angegeben.
Eine Gleiteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst erste und zweite Gleitelemente, die relativ zueinander an ihren Gleitflächen gleiten können und ein Schmiermittel ist auf die Gleitoberflächen der ersten und zweiten Gleitelemente aufgebracht.
Das erste Gleitelement besteht aus einem diamantartigen Kohlenstoff (DLC) Material. Das DLC Material ist eine amorphe Form von Kohlenstoff, wobei Kohlenstoff sowohl in der sp² als auch in der sp³ Hybridisierung existiert, um so eine Verbundstruktur von Grafit und Diamant zu bilden. Spezifische Beispiele des DLC Materials, welche in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, umfassen Wasserstofffreien amorphen Kohlenstoff (a-C) bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoff (a-C:H) und Metallkarbid (MeC) enthaltend ein Metallelement aus Titan (Ti) oder Molybdän (Mo). In der vorliegenden Erfindung ist ein Wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff (a-C) für eine beträchtliche Verringerung der Reibung besonders bevorzugt.
Das zweite Gleitelement besteht aus einem Material auf Eisenbasis. Spezifische Beispiele des Materials auf Eisenbasis, welche in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, umfassen: niedrig legiertes abgekühltes Gusseisen; aufgekohlter Stahl basierend z.B. auf SCM420 (gemäß JIS G4105) und SCr420 (gemäß JIS G 4051); wärmebehandelter Kohlenstoffstahl basierend z.B. auf S40C (gemäß JIS G 4051); und Mischungen von zwei oder mehreren dieser.
Jedes des ersten und zweiten Gleitelementes weist vorzugsweise an seiner Gleitfläche eine arithmetische mittlere Oberflächenrauhigkeit Ra von 0,1 μm oder weniger für einen stabilen Gleitkontakt auf. Wenn die Oberflächenrauhigkeit Ra 0,1 μm überschreitet, tritt die Möglichkeit eines lokalen Verschleißes in der Gleitoberfläche auf, so dass sich der Reibungskoeffizient zwischen den Gleitoberflächen deutlich erhöht.
Des Weiteren weist das erste Gleitelement vorzugsweise eine Mikro-Vickers Härte Hv von 1.000 bis 3.500 (bei 1 kg angelegter Last) an der Gleitfläche auf und eine Dicke t von 0,3 bis 2,0 μm und das zweite Gleitelement weist vorzugsweise eine Rockwell Härte HRC von 45 bis 60 auf der C-Skala an der Gleitoberfläche auf. Dies ermöglicht es, die Beständigkeit des ersten und zweiten Gleitelementes beizubehalten, auch unter Gleitbedingungen bei einem hohen Oberflächendruck von ungefähr 700 MPa (welcher der Druckbedingung eines Motornockenmechanismuses entspricht). Wenn die Mikro-Vickers Härte Hv und die Dicke t weniger als 1.000 und 0,3 μm betragen, neigt das erste Gleitelement zum Verschleiß. Wenn auf der anderen Seite die Mikro-Vickers Härte Hv und die Dicke t 3.500 und 2,0 μm überschreiten, neigt das erste Gleitelement zum Abplatzen. Wenn die Rockwell-Härte HRC geringer als 45 ist, neigt das zweite Gleitelement dazu, sich unter einem hohen Oberflächendruck zu verziehen.
Das Schmiermittel umfasst ein Basisöl und wenigstens eines aus einem aschefreien Fettsäure-Reibungsmodifikator und einem aschefreien aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator.
Das Basisöl ist nicht besonders begrenzt und kann jede Ölverbindung sein, die herkömmlich für ein Schmiermittel verwendet werden, wie Mineralöl oder synthetisches Öl.
Spezifische Beispiele des Mineralöls umfassen Ölverbindungen hergestellt durch das Extrahieren eines Schmiermittelanteils aus Petroleum durch atmosphärische oder druckreduzierte Destillation und anschließend Reinigen des erhaltenen Schmiermittelanteils durch wenigstens eine der folgenden Behandlungen: Lösungsmittelentasphaltierung, Lösungsmittelextraktion, Hydrogenolyse, Lösungsmittel-Entwachsen, Hydrobehandeln und Wachsisomerisation. In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise das Mineralöl hergestellt durch Hydrogenolyse, Hydrobehandlung und/oder Wachsisomerisation verwendet.
Spezifische Beispiele des synthetischen Öls umfassen: Alkylbenzole, Alkylnaphthalene, Polybutene und Hydride dieser; Poly-α-olefine, wie 1-Octenoligomer und 1-Decenoligomer, und Hydride dieser; Diester, wie Ditridecylglutarat, Dioctyladipat, Diisodecyladipat, Ditridecyladipat und Dioctylsebacat; Polyolester, wie Trimethylolpropancaprylat, Trimethylolpropanperlagonat, Pentaaerythritol-2-ethylhexaoat und Pentaerythritol Perargonat; und deren Mischungen. Unter diesen synthetischen Ölverbindungen sind Poly-α-olefine, wie 1-Octinoligomer und 1-Decinoligomer und deren Hydride besonders bevorzugt.
Die oben genannten Mineral- und synthetischen Ölverbindungen können allein oder in der Form einer Mischung aus zwei oder mehreren dieser verwendet werden, ohne dass das Mischverhältnis beschränkt wäre.
Der aromatische Anteil des Basisöls ist nicht besonders beschränkt. Hierbei ist der aromatische Anteil als die Menge eines aromatischen Teils definiert, bestimmt gemäß ASTM D2549 „Standard Test Method for Separation of Representative Aromatics and Nonaromatics Fractions of High-Boiling Oils by Elution Chromatography". Der aromatische Anteil umfasst im Allgemeinen Alkylbenzole, Alkylnaphtalene, Anthracen, Phenanthren und Alkylate dieser, kondensierte Ringverbindungen mit vier oder mehr Benzeoidringen, die miteinander verbunden sind, und heteroaromatische Verbindung wie Pyridine, Chinoline, Phenole und Naphtole. In der vorliegenden Verbindung beträgt der aromatische Anteil des Basisanteils vorzugsweise 15% oder weniger, noch bevorzugter 10% oder weniger und besonders bevorzugt 8% oder weniger. Wenn der aromatische Gehalt 15% überschreitet, zerstört das Basisöl unerwünschter Weise die Oxidationsbeständigkeit. Es sollte festgehalten werden, dass das Schmiermittel in der Lage sein kann, eine die Reibung verringernde Wirkung zu erzielen, auch wenn der aromatische Anteil des Basisöls 2% oder weniger beträgt (einschließlich 0%). In solch einem Fall tritt jedoch eine Möglichkeit auf, dass das Schmiermittel eine schlechte Lagerungsstabilität aufweist, z.B., wenn der Fett-Ester Reibungsmodifikator und/oder der aliphatische Amin-Reibungsmodifikator in einer Menge von mehr als 1% enthalten ist. Daher wird der aromatische Anteil des Basisöls vorzugsweise auf z.B. 2% oder mehr eingestellt, indem ein Lösungsmittel dem raffiniertes Mineralöl zugegeben wird, Alkylbenzol oder dergleichen wie benötigt.
Des Weiteren ist die kinematische Viskosität des Basisöls nicht besonders beschränkt. Die kinematische Viskosität des Basisöls beträgt vorzugsweise 2 mm²/s oder mehr, bevorzugter 3 mm²/s und gleichzeitig vorzugsweise 20 mm²/s oder weniger, bevorzugter 10 mm²/s oder geringer, besonders bevorzugt 8 mm²/s oder weniger, gemessen bei 100°C, um so zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet zu sein. Wenn die kinematische Viskosität 2 mm²/s oder mehr beträgt, kann das Schmiermittel eine hohe Schlüpfrigkeit erzielen, indem ein ausreichender Schmiermittelfilm gebildet wird und das Abdampfen auch unter Bedingungen mit hohem Oberflächendruck zu minimieren. Wenn die kinematische Viskosität 20 mm²/s oder weniger beträgt, kann das Schmiermittel die Reibungsbeständigkeit in den geschmierten Bereichen durch Verringerung der Fluidbeständigkeit minimieren.
Der Viskositätsindex eines Basisöls ist nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise 80 oder höher, bevorzugter 100 oder höher und besonders bevorzugt 120 oder höher, um so zur Verwendung in einem Verbrennungskraftmotor geeignet zu sein. Wenn das Basisöl einen höheren Index aufweist, kann das Schmiermittel nicht nur ausgezeichnete Nied rigtemperatur-Viskositätseigenschaften erzielen sondern auch eine gute die Reibung reduzierende Wirkung erzeugen.
Der Fettester-Reibungsmodifikator und der aliphatische Amin-Reibungsmodifikator sind ein Fettsäureester und ein aliphatisches Amin mit C₆-C₃₀ geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten, vorzugsweise C₈-C₂₄ geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten, noch bevorzugter C₁₀-C₂₀ geraden oder verzweigen Kohlenwasserstoffketten. Wenn die Kohlenstoffanzahl der Kohlenwasserstoffkette nicht in dem Bereich von 6 bis 30 liegt, besteht eine Möglichkeit, dass das Schmiermittel keine ausreichende die Reibung reduzierende Wirkung erzielt, wie in der vorliegenden Erfindung erwartet.
Spezifische Beispiele der C₆-C₃₀ geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffkette, welche in der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind, umfassen: Alkylgruppen, wie Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Eicosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl, Tetracosyl, Pentacosyl, Hexacosyl, Heptacosyl, Octacosyl, Nonacosyl und Triacontyl; und Alkenylgruppen, wie Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl, Eicosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl, Tetracosenyl, Pentacosenyl, Hexacosenyl, Heptacosenyl, Octacosenyl, Nonacosenyl und Triacontenyl. Die obigen Alkyl- und Alkenylgruppen umfassen alle möglichen Isomere.
Das Fettsäureester kann beispielhaft durch Ester der Fettsäure mit den obigen Kohlenwasserstoffgruppen und monofunktionellen aliphatischen Alkoholen oder aliphatischen Polyolen genannt werden. Spezifische Beispiele des Fettsäureesters, welche in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Glycerolmonolat, Glyceroldiolat, Sorbitanmonolat und Sorbitandiolat.
Das aliphatische Amin kann beispielhaft genannt werden durch: aliphatische Monoamine, aliphatische Polyamine und Alkylenoxid-Adducte dieser; Imidazolinverbindungen; und deren Derivate. Spezifische Beispiele der aliphatischen Amine, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen: aliphatische Monoamine und Polyamine, wie Laurylamin, Lauryldiethylamin, Lauryldiethanolamin, Dodecyldipropanolamin, Palmitylamin, Stearyltetraethylenpentamin, Oleylamin, Oleylpropylendiamin, Oleyldiethanolamin und N-Hydroxyethyloleyl-imidazolyn; Adducte der obigen aliphatischen Amine (C₆-C₂₈ Alkyl- oder Alkenylamine) mit Alkylenoxiden, wie N,N-Dipolyoxyalkylen-N-Alkylamine; und Säure modifizierte Verbindungen hergestellt durch die Reaktion der obigen aliphatischen Amine mit C₂-C₃₀ Monokarbonsäuren (wie Fettsäuren) oder C₂-C₃₀ Polykarbonsäuren (wie Oxalsäure, Phtalalsäure, Trimellitsäure und Pyromellitsäure), um so das ganze oder einen Teil der übrigen Amino- und/oder Iminogruppen zu neutralisieren oder amidieren. In der vorliegenden Erfindung ist N,N-Dipolyoxyethylen-N-Oleylamin besonders bevorzugt.
Die Menge des Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aliphatischen Amin-Reibungsmodifikators, welche zu dem Schmiermittel zugegeben wird, nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise 0,05 bis 3,0%, bevorzugter 0,1 bis 2,0% und besonders bevorzugt 0,5 bis 1,4%, bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels. Wenn die Menge des Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aliphatischen Amin-Reibungsmodifikators weniger als 0,05% beträgt, besteht eine Möglichkeit, dass das Schmiermittel keine ausreichende reibungsreduzierende Wirkung erzeugt. Wenn die Menge des Fettester-Reibungsmodifikators und/oder des aliphatischen Amin-Reibungsmodifikators 3,0% überschreitet, erzeugt das Schmiermittel eine gute die Reibung reduzierende Wirkung, zerstört jedoch unerwünschter Weise die Lagerungsstabilität und die Kompatibilität zwischen dem Basisöl und dem Reibungsmodifikator und bewirkt Ausfällungen.
Vorzugsweise umfasst das Schmiermittel des Weiteren als ein aschefreies Dispersionsmittel, Polybutylensuccinimid und/oder ein Derivat dessen.
Das Polybutylensuccinimid, welches in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann durch Verbindungen beispielhaft erläutert werden, dargestellt durch die folgenden altgemeinen Formeln (1) und (2).
In jeder der Formen (1) und (2) stellt PIB eine Polybutenylgruppe abgeleitet aus einem Polybuten, welches durch Polymerisieren eines hochreinen Isobutens oder einer Mischung aus 1-Buten und Isobuten in Anwesenheit eines Borfluoridkatalysators oder eines Aluminiumchloridkatalysators hergestellt wird, in solch einer Weise, dass Polybuten ein Zahlengemitteltes Molekulargewicht von 900 bis 3.500, vorzugsweise 1.000 bis 2.000 erzielt. Wenn das Zahlen-gemittelte Molekulargewicht von Polybuten weniger als 900 beträgt, besteht eine Möglichkeit, dass keine ausreichende Reinigungswirkung erzielt wird. Wenn das Zahlen-gemittelte Molekulargewicht von Polybuten 3.500 überschreitet, neigt das Polybuten unerwünschter Weise dazu, sich hinsichtlich des Fließvermögens bei niedriger Temperatur zu verschlechtern. Bei der Herstellung von Polybutenylsuccinimid kann das Polybuten verwendet werden, nachdem es gereinigt wurde, indem Spurenmengen an Fluor und Chlorrückständen entfernt wurden, welche von dem obigen Polybutenherstellungskatalysator resultieren, durch jede geeignete Behandlung, wie ein Adsorptionsverfahren oder ein Waschverfahren. Die Menge solcher Fluor- und Chlorrückstände wird vorzugsweise auf 50 ppm oder weniger kontrolliert, bevorzugter 10 ppm oder weniger, und besonders bevorzugt 1 ppm oder weniger. Des Weiteren stellt n eine ganze Zahl von 1 bis 5 dar, vorzugsweise 2 bis 4, um so eine gute reinigende Wirkung zu erzielen.
Das Herstellungsverfahren von Polybutenylsuccinimid ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann Polybutenylsuccinimid hergestellt werden durch Reaktion eines Chlorids des oben genannten Polybutins oder des Polybutins, aus welchem Fluor-und Chlorrückstände mit Maleinanhydrid bei 100 bis 200°C entfernt wurden, um Butenylsuccinat zu bilden und anschließend Reagieren des so gebildeten Butenylsuccinats mit einem Polyamin, wie Diethyltriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin oder Pentaethylenhexamin.
Das Derivat von Polybutenylsuccimid kann beispielhaft durch Bor- und Säure-modifizierte Verbindungen erläutert werden, erhalten durch Reaktion des Polybutenylsuccinimid der Formeln(1) und (2) mit Borverbindungen oder Sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen, um so das ganze oder einen Teil der restlichen Amino- und/oder Imidgruppen zu neutralisieren oder amidieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist Borhaltiges Polybutenylsuccinimid, insbesondere Borhaltiges bis(Polybutenyl)succinimid besonders bevorzugt. Hierbei liegt das Anteilverhältnis von Stickstoff zu Bor (B/N) in Bezug auf die Masse in dem Borhaltigen Polybutenylsuccinimid im Allgemeinen bei 01, bis 3, vorzugsweise 0,2 bis 1.
Die obige Borverbindung kann eine Borsäure, ein Borat oder ein Borsäureester sein. Spezifische Beispiele der Borsäure umfassen Orthoborsäure, Metaborsäure und Paraborsäure.
Spezifische Beispiele des Borats umfassen: Ammoniumsalze einschließlich Ammoniumboraten, wie Ammoniummetaborat, Ammoniumtetraborat, Ammoniumpentaborat und Ammoniumoctaborat. Spezifische Beispiele der Borsäureester umfassen: Ester der Borsäuren und Alkylalkohole (vorzugsweise C₁-C₆ Alkylalkohole), wie Monomethylborat, Dimethylborat, Trimethylborat, Monoethylborat, Diethylborat, Triethylborat, Monopropylborat, Dipropylborat, Tripropylborat, Monobutylborat, Dibutylborat und Tributylborat.
Die obige Sauerstoff-haltige organische Verbindung kann beispielhaft erläutert werden durch: C₁-C₃₀ Monokarbonsäuren, wie Forminsäure, Essigsäure, Glykolsäure, Propionsäure, Milchsäure, Buttersäure, Baldriansäure, Hexansäure, Heptansäure, Octansäure, Perlagonsäure, Dekansäure, Undekansäure, Laurinsäure, Tridekansäure, Myristinsäure, Pentadekansäure, Palminsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Oleinsäure, Nonadekansäure und Eicosansäure; C₂-C₃₀ Polykarbonsäuren, wie Oxalsäure, Phtalsäure, Trimellitsäure und Polymellitsäure, und Anhydride und Ester dieser; C₂-C₆ Alkylenoxide; und Hydroxy(poly)oxyalkylenkarbonate.
Die Menge des Polybutenylsuccinimid und/oder des Derivats dessen, welche zu dem Schmiermittel zugegeben wird, ist nicht besonders beschränkt, und beträgt vorzugsweise 0,1 bis 15%, bevorzugter 1,0 bis 12% bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels. Wenn die Menge des Polybutenylsuccinimid und/oder dessen Derivate weniger als 0,1 % beträgt, besteht die Möglichkeit, dass keine ausreichende reinigende Wirkung erzielt wird. Es wird unwirtschaftlich, wenn die Menge des Polybutenylsuccinimid und/oder dessen Derivat 15% überschreitet. Zusätzlich neigt eine so große Menge des Polybutenylsuccinimid und/oder des Derivats dessen dazu, die demulgierende Wirkung zu zerstören.
Das Weiteren enthält das Schmiermittel vorzugsweise Zinkdithiophosphat, als ein Antioxidationsmittel und als ein Antiverschleißmittel, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (3).
In der allgemeinen Formel (3) stellen R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ jeweils C₁-C₂₄ Kohlenwasserstoffgruppen dar. Die C₁-C₂₄ Kohlenwasserstoffgruppe ist vorzugsweise eine C₁-C₂₄ Alkylgruppe mit gerader Kette oder verzweigter Kette, eine C₃-C₂₄ Alkenylgruppe mit gerader Kette oder verzweigter Kette, eine C₅-C₁₃ Zykloalkylgruppe, eine C₅-C₁₃ Alkylarylgruppe mit gerader Kette oder verzweigter Kette, eine C₆-C₁₈ Arylgruppe, eine C₆-C₁₈ Alkylarylgruppe mit gerader Kette oder verzweigter Kette oder eine C₇-C₁₉ Arylalkylgruppe. Die obige Alkylgruppe oder Alkenylgruppe kann primär, sekundär oder tertiär sein. Spezifische Beispiele von R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ umfassen: Alkylgruppen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Eicosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl, Tetracosyl; Alkenylgruppen wie Propenyl, Isopropenyl, Butenyl, Butadienyl, Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl (Oleyl), Nonadecenyl, Eicosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl und Tetracosenyl; Cycloalkylgruppen, wie Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl; Alkylcycloalkylgruppen, wie Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Ethylcyclopentyl, Propylcyclopentyl, Ethylmethylcyclopentyl, Trimethylcyclopentyl, Diethylcyclopentyl, Ethyldimethylcyclopentyl, Propylmethylcyclopentyl, Propylethylcyclopentyl, Di-Propylcyclopentyl, Propylethylmethylcyclopentyl, Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl, Ethylcyclohexyl, Propylcyclohexyl, Ethylmethylcyclohexyl, Trimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Ethyldimethylcyclohexyl, Propylmethylcyclohexyl, Propylethylcyclohexyl, Di-Propylcyclohexyl, Propylethylmethylcyclohexyl, Methylcycloheptyl, Dimethylcycloheptyl, Ethylcycloheptyl, Propylcycloheptyl, Ethylmethylcycloheptyl, Trimethylcycloheptyl, Diethylcycloheptyl, Ethyldimethylcycloheptyl, Propylmethylcycloheptyl, Prpylethylcycloheptyl, Di-Propylcycloheptyl und Propylethylmethylcycloheptyl; Arylgruppen, wie Phenyl und Naphthyl; Alkylarylgruppen, wie Tolyl, Xylyl, Ethylphenyl, Propylphenyl, Ethylmethylphenyl, Trimethylphenyl, Butyphenyl, Propylmethylphenyl, Diethylphenyl, Ethyldimethylphenyl, Tetramethylphenyl, Pentylphenyl, Hexylphenyl, Heptylphenyl, Octylphenyl, Nonylphenyl, Decylphenyl, Undecylphenyl und Dodecylphenyl; und Arylalkylgruppen, wie Benzyl, Methylbenzyl, Dimethylbenzyl, Phenethyl, Methylphenethyl und Dimethylphenethyl.
Die obigen Kohlenwasserstoffgruppen umfassen alle möglichen Isomere.
Spezifische Beispiele von Zinkdithiophosphat, welche in der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind, umfassen Zinkdiisopropyldithiophosphat, Zinkdiisobutyldithiophosphat, Zink di-sec-Butyldithiophosphat, Zink di-sec-Pentylthiophosphat, Zink di-n-Hexyldithiophosphat, Zink di-sec-Hexyldithiophosphat, Zink di-Octyldithiophosphat, Zink di-2-Ethylhexyldithiophosphat, Zink di-n-Decyldithiophosphat, Zink di-n-Dodecyldithiophosphat, Zink-Diisotridecyldithiophosphat und Mischungen dieser.
Die Menge des zu dem Schmiermittel zugegebenen Zinkdithiophosphats ist nicht besonders beschränkt. Das Zinkdithiophosphat ist vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder weniger enthalten, bevorzugter in einer Menge von 0,06% oder weniger, besonders bevorzugt in einer minimal wirksamen Menge, in Bezug auf das Phosphorelement bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels, um eine höhere reibungsreduzierende Wirkung zu erzielen. Wenn die Menge des Zinkdithiophosphats 0,1% überschreitet, besteht eine Möglichkeit, dass die Wirkung des aschefreien Reibungsmodifikators gehemmt werden kann.
Das Zinkdithiophosphat kann durch jedes bekannte Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Zinkdithiophosphat durch Reagieren von Alkoholen oder Phenolen hergestellt werden, mit der obigen R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ Kohlenwasserstoffgruppe mit phosphorhaltigen Pentasulfid, um Dithiophosphorsäure zu bilden, und anschließend Neutralisieren des so gebildeten Dithiophosphorsäure mit Zinkoxid. Hierbei unterscheidet sich die Molekularstruktur von Zinkdithiophosphat gemäß des als ein Ausgangsmaterial für die Zinkdithiophosphatherstellung verwendeten Alkohols oder Phenols.
Das Schmiermittel der vorliegenden Erfindung kann jede andere Zusatzstoffe oder Zusätze enthalten, wie metallische Detergensien, ein Antioxidationsmittel, ein Viskositätsindexhilfsmittel, einen anderen Reibungsmodifikator als den obigen Fettesterreibungsmodifikator und/oder den aliphatischen Aminreibungsmodifikator, ein anderes aschefreies Dispersionsmittel als das oben genannte Polybutylensuccimid und/oder dessen Derivate, ein Anti-Verschleißmittel oder ein Zusatzmittel für extremen Druck, einen Rosthemmer, ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel, ein De-Emulgierer, ein Metalldeaktivator und/oder ein Antischaummittel, welche in einem Verbrennungsmotor verwendet werden können. Diese Zusatzstoffe können allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehreren verwendet werden, um so die notwendige Schmiermittelleistung zu erfüllen.
Das metallische Detergens kann jede Verbindung sein, die im Allgemeinen für ein Schmiermittel verwendet wird. Spezifische Beispiele des metallischen Detergens, welche in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Sulfonate, Phenate und Salicylate von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen; und Mischungen von zwei oder mehreren dieser. Beispiele der Alkalimetalle umfassen Natrium (Na) und Kalium (K) und Beispiele der Erdalkalimetalle umfassend Kalzium (ca) und Magnesium (Mg). In der vorliegenden Erfindung werden Natrium- und Kalziumsulfonate, Natrium- und Kalziumphenate und Natrium- und Kalziumsalicylate geeignet verwendet. Die gesamte Basiszahl (total base number) und die Menge des metallischen Detergens kann gemäß der notwendigen Schmiermittelleistung ausgewählt werden. Die gesamte Basiszahl des metallischen Detergens beträgt normalerweise 0 bis 500 mgKOH/g, vorzugsweise 150 bis 400 mgKOH/g, gemessen durch das Perchlorsäureverfahren gemäß ISO 3771 „Bestimmung der Basiszahl – Perchlorsäurepotentiometrisches Titrationsverfahren". Die Menge des metallischen Detergens beträgt normalerweise 0,1 bis 10% bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels.
Das Antioxidationsmittel kann jede Verbindung sein, die normalerweise für ein Schmiermittel verwendet wird. Spezifische Beispiele der Antioxidationsmittel, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen: Phenolische Antioxidationsmittel, wie 4,4'-Methylenbis(2,6-di-tert-Butylphenol) und Octadecyl-3-(3,5-di-tert-Butyl-4-hydroxyphenyl) Propionat; Aminoantioxidationsmittel, wie Phenyl-α-naphthylamin, Alkylphenyl-α-naphthylamin und Alkyldiphenylamin; und Mischungen von zwei oder mehrerer dieser. Die Menge des Antioxidationsmittels beträgt normalerweise 0,01 bis 5% bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels.
Das Viskositätsindex-Hilfsmittel kann beispielhaft erläutert werden durch: Viskositätsindex-Hilfsmittel vom Nicht-Dispersionstyp, wie Methacrylsäuren, Copolymere von Methacrylsäuren und Hydride dieser; und Viskositätsindexverbesserer vom Dispersionstyp wie Copolymere von Methacrylaten (einschließlich Stickstoffverbindungen). Es können auch als Viskositätsindex-Hilfsmittel Copolymere von Ethylen und α-Olefinen (wie Propylen, 1-Buten und 1-Penten) und Hydride dieser, Polyisobutylene und Hydride dieser, ein hydrogeniertes Copolymer von Styrol und Dien, eine Copolymer von Styrol und Maleinanhydrid und Polyalkylstyrole verwendet werden. Das Molekulargewicht des Viskositätsindex-Hilfsmittel muss im Hinblick auf die Scherstabilität ausgewählt werden. Zum Beispiel liegt das Zahlengemittelte Molekulargewicht des Viskositätsindex-Hilfsmittels in einem Bereich von 5.000 bis 1.000.000, vorzugsweise 100.000 bis 800.000 für Polymethacrylat vom Dispersions- oder Nicht-Dispersionstyp in einem Bereich von vorzugsweise 800 bis 5.000 für Polyisobutylen und Hydride dieser und in einem Bereich von 800 bis 300.000, vorzugsweise 10.000 bis 200.000 für Ethylen/α-Olefincopolymere und Hydride dieser. Die obigen Viskositätsindex verbessernden Verbindungen können allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehreren verwendet werden. Die Menge des Viskositätsindexhilfsmittels beträgt vorzugsweise 0,1 bis 40,0% bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels.
Der andere Reibungsmodifikator als der obengenannte Fettester-Reibungsmodifkator und/oder aliphatische Aminreibungsmodifikator kann beispielhaft erläutert werden durch aschefreie Reibungsmodifikatoren, wie Borsäureester, höhere Alkohole und aliphatische Ester, und metallische Reibungsmodifikatoren, wie Molybdändithiophosphat, Molybdändithiocarbamat und Molybdändisulfid.
Das andere aschefreie Dispersionsmittel als das obengenannte Polybutylensuccuinimid und/oder dessen Derivate kann beispielhaft erläutert werden durch Polybutenylbenzylamine und Polybutenylamine jeweils mit Polybutenylgruppen mit einem Zahlen-gemittelten Molekulargewicht von 900 bis 3.500, Polybutenylsuccimide mit Polybutenylgruppen mit einem Zahlen-gemittelten Molekulargewicht von weniger als 900 und Derivate dieser.
Das Anti-Reibungsmittel oder der Zusatz für extremen Druck kann beispielhaft erläutert werden durch Disulfide, geschwefelte Fette und Öle, Olefinsulfide, Phosphatester mit ein bis drei C₂-C₂₀ Kohlenwasserstoffgruppen, Thiophosphatester, Phosphitester, Thiophosphitester und Aminsalze dieser Ester.
Der Rosthemmer kann beispielhaft erläutert werden durch Alkylbenzolsulfonate, Dinonylnaphthalensulfonate, Ester von Alkenylsuccinsäure und Ester von Polyalkoholen.
Das nichtionische oberflächenaktive Mittel und der Diemulgierer kann beispielhaft erläutert werden durch nichtionische Polyalkylenglykol oberflächenaktive Mittel, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylenalkylnaphthyleter.
Der metallische Deaktivator kann beispielhaft erläutert werden durch Imidazolinverbindungen, Pyrimidinderivate, Thiazol und Benzotriazol.
Das Antischaummittel kann beispielhaft durch Silikone, Fluorsilikone und Fluoroalkylether genannt werden.
Jeder andere Reibungsmodifikator als der Fettesterreibungsmodifikator und/oder der aliphatische Aminreibungsmodifikator, das andere aschefreie Dispersionsmittel als Polybutenylsuccimid und/oder Derivate dessen, das Anti-Verschleißmittel oder das Zusatzmittel für extremen Druck, der Rosthemmer und der De-Emulgator ist normalerweise in einer Menge von 0,01 bis 5% bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels enthalten und der metallische Deaktivator ist in einer Menge von 0,0005 bis 1% bezogen auf die gesamte Masse des Schmiermittels enthalten.
Durch die obenbeschriebene Struktur ermöglicht die Gleiteinrichtung der vorliegenden Erfindung, dass das erste und zweite Gleitelement relativ zueinander über das Schmiermittel gleiten können, wobei die Reibung zwischen den Gleitflächen geringer ist als bei der früheren Technologie.
Demzufolge kann die Gleiteinrichtung der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete geringe Reibungseigenschaften und hohe Verschleißbeständigkeit erzielen, um für eine Vielzahl von Verwendungen eingesetzt zu werden, und sind insbesondere für einen Verbrennungsmotor geeignet. Zum Beispiel kann das erste Gleitelement eine Beschichtung aus DLC Material sein, aufgebracht auf einer Stahlbasis einer Passscheibe bzw. Distanzscheibe oder aufgebracht auf einer Stahlendfläche einer Nocke und das zweite Gleitelement kann eine Nockenerhebung sein. Die Gleiteinrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch als ein Gleitlager einer industriellen Maschine eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die folgenden Beispiele nur illustrativ sind und die Erfindung nicht darauf beschränken.
Beispiel 1 bis 14 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5
(1) Zusammenbau der Nockeneinheiten
In den Beispielen 1 bis 14 und Vergleichsbeispielen 1 bis 5 wurden Nockeneinheiten zusammengebaut. Die Nockeneinheiten wurden durch Simulation einer typischen Nockenwelle eines Fahrzeugmotors entworfen, und jede Nockeneinheit umfasste eine Nocke und einen Nockenmitnehmer mit einer scheibenförmigen Zwischenlage (shim) an einer Endfläche, welche gleitbar relativ zu einer Nockenerhebung der Nocke über ein Gleitmittel angeordnet ist. Die Nocken, Zwischenlagen und die Gleitmittel, die in den Beispielen 1 bis 1 bis 14 und Vergleichsbeispielen 1 bis 5 verwendet werden, wurden wir folgt hergestellt und wie in Tabelle 1 dargestellt zusammengesetzt.
(1-1) Herstellung der Nocken
Die Nocken der Beispiele 1-1 bis 14 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5 wurden hergestellt durch Schneiden und Schleifen der folgenden Materialien auf Eisenbasis zu einem gleichmäßigen Nockenprofil und Läppen derselben mit Läppbändern in solch einer Weise, um die jeweiligen Nockenvorsprünge mit unterschiedlichen Oberflächenrauhigkeiten (Ra = 0,2 μm) zu bilden, wie in Tabelle 1 dargestellt.
(Materialien auf Eisenbasis)
Niedrig-legiertes abgekühltes Gusseisen: ein Material, welches für die Nockenwelle in einem in Massen produzierten Vierzylindermotor eingesetzt wird.
Aufgekohltes SCM420: Ein Guss aus SCM420, welches einem Aufkohlen bei 900°C 1 Stunde unterworfen wird, mit einem Abschrecköl gehärtete wird, auf 200°C erwärmt wird und anschließend bei niedriger Temperatur durch Luftkühlen gehärtet wird. Wärmebehandeltes S40C: ein Guss aus S40C, welches einem Erwärmen in einem Vakuumofen bei 880°C 1 Stunde unterworfen wird, durch Wasserkühlen gehärtet wird, auf 200 °C erwärmt wird und anschließend bei niedriger Temperatur durch Luftkühlen gehärtet wird. Getempertes S40C: ein Guss aus S40C, welches einem Tempern unterworfen wurde.
(1-2) Herstellung der Zwischenlagen
Die Zwischenlagen wurden hergestellt indem die scheibenförmigen Zwischenlagenbasis (hergestellt aus SCM420) einem Aufkohlen und Niedertemperaturhärten, Gleiten der Oberflächen der Zwischenlagenbasis durch ein Läppband in solch einer Weise, um die Basisoberflächen mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 0,03 μm zu bilden, Aufbringen verschiedener Beschichtungsmaterialien auf die Zwischenlagenbasisoberflächen durch chemische Dampfabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfabscheidung (PVD) und anschließend Läppen der so gebildeten Beschichtungen durch Läppbänder in solch einer Weise, um die Beschichtungen mit unterschiedlichen Oberflächendicken (Ra = 0,1 μm) zu bilden, wie in Tabelle 1 dargestellt. Die verwendeten Beschichtungsmaterialien waren DLC Materialien, wie ein a-C und a-C:H, TiN und CrN. Die Beschichtungen aus DLC Materialien wurden durch CVD gebildet und die Beschichtungen aus TiN und CrN wurden durch PVD gebildet.
(1-3) Herstellung der Schmiermittel
Schmiermittel A bis I wurden durch das Vermischen von Basisölen mit Zusatzstoffen hergestellt, umfassend aschefreie Fettester-Reibungsmodifikatoren und/oder aliphatische Amin-Reibungsmodifikatoren. Die Zusammensetzungen und Eigenschaften der so hergestellten Schmiermittel A bis I sind in Tabelle 2 dargestellt. In Tabelle 2 ist die Menge des Basisöls angegeben bezogen auf die gesamte Masse des Basisöls, und die Menge des Zusatzstoffes ist basierend auf die Gesamtmasse des Schmiermittels angegeben.
(2) Reibungstest an Nockeneinheiten
Die so erhaltenen Nockeneinheiten wurden einem Verschleißtest unter den folgenden Testbedingungen unterworfen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 (Testbedingungen)

Maximaler Druck: 700 MPa/Hz

Nockenrotationsgeschwindigkeit: 600 UpM

Schmierverfahren: Tropfenschmierung

Schmiermitteltemperatur: 100°C

Testdauer: 60 Minuten
Aus Tabelle 1 wird deutlich, dass die Nockeneinheiten aus Beispiel 1 bis 14 ausgezeichnete geringe Reibungseigenschaften aufwiesen, wobei die Reibungskoeffizienten um ungefähr 30 bis 50% reduziert waren, im Vergleich mit der Nockeneinheit aus Vergleichsbeispiel 1.
Insbesondere bilden die Nockeneinheiten der Beispiele 1 bis 9, welche den obenbeschriebenen wünschenswerten Anforderungen für den Gleitmechanismus der vorliegenden Erfindung entsprachen, niedrigere Reibungskoeffizienten auf als die der Beispiele 10 bis 14, ohne dass Verschlechterungen der Nockenerhebungen und der Zwischenlagenbeschichtungen nach dem Verschleißtest auftraten. Die Nockeneinheiten der Beispiele 10 bis 14 wiesen die folgenden unerwünschten Neigungen auf, obwohl die Eigenschaften der geringen Reibung befriedigend war. Das heißt, die Nocke in Beispiel 10 neigte zum Verschleiß aufgrund der geringeren Oberflächenhärte. In Beispiel 11 neigte die Zwischenlagebeschichtung dazu, in einer streifenartigen Weise abzuplatzen, aufgrund der niedrigeren Oberflächenhärte Hv und einer geringeren Dicke t. In Beispiel 12 neigte die Zwischenlagenbeschichtung zum Abplatzen aufgrund einer höheren Oberflächenhärte Hv und einer höheren Dicke t. In Beispiel 13 neigte die Nocke zum Verschleiß aufgrund der höheren Oberflächenrauhigkeit Ra. In Beispiel 14 neigte die Nocke zum Verschleiß, da die Zwischenlagenbeschichtung eine höhere Oberflächenhärte Ra aufwies.
Es wurde auch festgestellt, dass die reibungsverringernde Wirkung des Schmiermittels deutlicher wird, wenn die Menge an Zinkdithiophosphat verringert wird, beim Vergleich der Nockeneinheiten der Beispiele 1, 2 und 7.
Auf der anderen Seite umfasste die Nockeneinheit des Vergleichsbeispiels 1 die Nocke aus einem niedrig legierten abgekühlten Gusseisen, den Zwischenlagen aus aufgekohlten SCM420 und das Schmiermittel H, ohne dass eine Beschichtung aus DLC Material auf der Zwischenlage gebildet wurde und kein aschefreier Fettester-Reibungsmodifikator und/oder aschefreier aliphatischer Amin-Reibungsmodifikator war in dem Schmiermittel H enthalten, was einer herkömmlich verwendeten Kombination für einen Benzinmotor entspricht. Als ein Ergebnis verschlechterten sich die Nockeneinheiten des Vergleichsbeispiels 1 hinsichtlich der niedrigen Reibungseigenschaften, wobei der Reibungskoeffizient höher als 0,1 war. Es wird geschätzt, dass solch eine Verschlechterung der geringen Reibungseigenschaften auftrat, da Reaktionsfilme vorwiegend aus Zinkdithiophosphat (ZnDTP) auf den Gleitoberflächen gebildet wurden.
Die Nockeneinheit des Vergleichsbeispiels 2 war strukturell die gleiche wie die des Vergleichsbeispiels 1, mit der Ausnahme dass das Schmiermittel E anstelle des Schmiermittels H verwendet wurde. Das Schmiermittel E enthielt eine wirksame Menge eines aschefreien Fettester-Reibungsmodifikators, wodurch eine geringe reibungsreduzierende Wirkung erzeugt wurde. Die Nockeneinheit des Vergleichsbeispieles 2 wies jedoch einen relativ hohen Reibungskoeffizienten von 0,1 auf. Man nimmt an, dass solch eine Zerstörung der geringen Reibungseigenschaften auftrat, da Reaktionsfilme vorwiegend aus ZnDTP auf den Gleitflächen gebildet wurde.
Die Nockeneinheit des Vergleichsbeispieles 2 war strukturell die gleiche wie das des Beispiels 4 mit der Ausnahme, dass das Schmiermittel I anstelle des Schmiermittels D verwendet wurde. Das Schmiermittel I enthielt eine wirksame Menge einer Organomolybdänverbindung, welche eine gute die Reibung reduzierende Wirkung in Kombination mit einem Stahlmaterial bereitstellt. Die Nockeneinheit des Vergleichsbeispieles 3 wies jedoch einen Reibungskoeffizient von fast 0,1 auf. Man nimmt an, dass in Vergleichsbeispiel 3 die geringen Reibungseigenschaften der Nockeneinheit zerstört wurden, da keine Molybdändisulfidschichten gebildet wurden, um die Reibung zwischen den Gleitflächen zu reduzieren.
Die Nockeneinheit des Vergleichsbeispieles 4 umfasste die Zwischenlagenbeschichtung aus TiN und die Schmiermittel E enthaltend einen aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator. Demzufolge wurde der Reibungskoeffizient der Nockeneinheit in Vergleichsbeispiel 4 etwas verringert, entsprach jedoch fast 0,1. Die Nockeneinheit des Vergleichsbeispiels 5 war strukturell die gleiche wie die des Vergleichsbeispiels 4, mit der Ausnahme dass die Zwischenlagenbeschichtung aus CrN gebildet wurde. Es gab kaum einen Unterschied zwischen den Reibungskoeffizienten der Nockeneinheiten der Vergleichsbeispiele 4 und 5.
Wie oben beschrieben, kann der Gleitmechanismus der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete geringe Reibungseigenschaften und hohe Verschleißbeständigkeit erzielen, durch die Kombination des ersten Gleitelementes aus DLC Material, des zweiten Gleitelementes aus Material auf Eisenbasis und des Schmiermittels enthaltend wenigstens einen aschefreien Fettester- und aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator. Daher kann der Gleitmechanismus der vorliegenden Erfindung, wenn dieser in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, den Reibungsverlust zum Beispiel bei einem Stößel dramatisch reduzieren und stellt daher mehr Verbesserungen der Wirksamkeit des Fahrzeugkraftstoffes als vorher zur Verfügung.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Variationen der beschriebenen Ausführungsformen werden Fachleuten im Hinblick auf die obige Lehre deutlich. Der Umfang der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.
TABELLE 1
TABELLE 1 (Fortsetzung)
Tabelle 2
[Anmerkungen]

1) Hydrogecracktes Mineralöl (kinematische Viskosität bei 100°C 5,0 mm²/Sek, Viskositätsinex 120, Aromatischer Anteil 5,5%)
2) 1-Decene-Oligomerhydrid (kinematische Viskosität bei 100°C 3,9 mm²/Sek, Viskositätsindex 124, Aromatischer Anteil 0,0%)
3) Glycerolmonolat
4) N,N-Dipolyoxyethylen-N-oleylamin
5) Molybdändithiocarbamat (Molybdängehalt 4,1%)
6) Polybutenylsuccinimid (Stickstoffgehalt 1,2%)
7) Zinkdialkyldithiophosphat (Zinkgehalt 9,3%, Phosphorgehalt 8,5%, Alkylgruppe sekundäre Butyl- oder Hexylgruppe)
8) Calciumsufonat (gesamte Basiszahl 300mgKOH/g, Calciumgehalt 12,0%)
9) Calciumphenat (gesamte Basiszahl 255mgKOH/g, Calciumgehalt 9,2)%
10) einschließlich Verbesserer des Viskositätsindex, Antioxidationsmittel, Rosthemmer, De-Emulgierer, nichtionisches oberflächenaktives Mittel, metallischer Deaktivator und Antischaummittel
11) gemessen mittels des Perchlorsäure-Verfahrens (gemäß ISO 3771)
12) gemessen mittels des Salzsäure-Verfahrens (gemäß ISO 3771)

Tabelle 2 (Fortsetzung)

Claims

Gleitvorrichtung mit geringer Reibung, umfassend: erste und zweite Gleitelemente, die relativ zueinander an deren Gleitflächen gleiten können, wobei das erste Gleitelement aus einem diamantartigem Kohlenstoffmaterial hergestellt ist, das zweite Gleitelement aus einem Material auf Eisenbasis hergestellt ist; und ein Schmiermittel, welches auf die Gleitflächen des ersten und zweiten Gleitelementes aufgebracht ist und wenigstens eines umfasst aus einem aschefreien Fettester-Reibungsmodifikator und einem aschefreien aliphatischen Amin-Reibungsmodifikator
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach Anspruch 1, wobei das diamantartige Kohlenstoffmaterial ein Material ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserstofffreiem amorphem Kohlenstoff, wasserstoffhaltigem amorphem Kohlenstoff und Metallkarbid, und wobei das Material auf Eisenbasis wenigstens ein Material ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus niedrig legiertem abgekühltem Gusseisen, aufgekohltem Stahl und wärmebehandeltem Stahl.
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach Anspruch 2, wobei das diamantartige Kohlenstoffmaterial wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff ist.
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes der ersten und zweiten Gleitelemente an seinen Gleitoberflächen eine arithmetische mittlere Oberflächenrauigkeit von 0,1 μm oder weniger aufweist.
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Gleitelement eine Micro-Vickers Härte von 1.000 bis 3.500, beim Anlegen einer 1 kg schweren Last an die Gleitfläche und eine Dicke von 0,3 bis 2,0 μm aufweist, und wobei das zweite Gleitelement eine Rockwell Härte von 45 bis 60 auf der C Skala an der Gleitfläche aufweist.
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fettester-Reibungsmodifikator und der aliphatische Amin-Reibungsmodifikator ein Fettsäureester beziehungsweise ein aliphatisches Amin mit C₆-C₃₀ geraden oder verzweigten Kohlenwasserstoffketten ist, und wobei der wenigstens eine Fettester-Reibungsmodifikator und der aliphatische Amin-Reibungsmodifikator in einer Menge von 0,05 bis 3,0 Masse-% bezogen auf eine gesamte Masse des Schmiermittels enthalten sind.
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Schmiermittel des weiteren Polybutenylsuccinimd und/oder Derivate dessen in einer Menge von 0,1 bis 15 Masse-% bezogen auf eine gesamte Masse des Schmiermittels umfasst.
Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schmiermittel des weiteren Zinkdithiophosphat in einer Menge von 0,1 Masse-% oder weniger in bezug auf das Phosphorelement bezogen auf eine gesamte Masse des Schmiermittels umfasst.
Verwendung der Gleitvorrichtung mit geringer Reibung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Verbrennungsmotor.
Verwendung nach Anspruch 9, wobei das erste Gleitelement eine Beschichtung aus dem diamantartigen Material entweder auf einem Teil auf Stahlbasis einer Passscheibe bzw. Distanzscheibe (shim) und einer Stahlendfläche einer Nocke (lifter) ist und wobei das zweite Gleitelement eine Nockenerhebung (cam lobe) ist.