DE69816085T2 - Schmierfettzusammensetzung für homokinetische kupplung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Schmierfettzusammensetzungen in einem homokinetischen Gelenk, das auch als CVJ (constant velocity joint) bezeichnet wird. Die Fettschmierung von homokinetischen Gelenken ist äußerst streng, da sie unter Bedingungen einer Reibung unter hohen Oberflächendrücken erfolgt, wobei Gleit- und Abwälzbewegungen mit hin- und hergehenden Bewegungen vermischt sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung zum Schmieren eines homokinetischen Gelenks bei extremer langlebiger Dauerhaftigkeit und unter Vermeidung des Auftretens von abnormalem Verschleiß und Abblättern.
  • Homokinetische Gelenke werden in Fahrzeugen in vorderradgetriebenen Fahrzeugen und allradgetriebenen Fahrzeugen sowie in hinterradgetriebenen Fahrzeugen verwendet, und die Anforderungen werden immer höher. Da Kraftfahrzeuge höhere Geschwindigkeiten erreichen, höhere Leistungen und niedrigere Gewichte zeigen, werden homokinetische Gelenke kleiner, während sie höheren Drehmomenten standhalten müssen und bei höheren Geschwindigkeiten angewendet werden. Das Schmierfett muß daher steigenden Leistungsanforderungen genügen. Homokinetische Gelenke können als starre oder als bewegliche Gelenke kategorisiert werden, abhängig vom Mechanismus. Die Anforderungen sind extrem hart für starre Gelenke, da diese im allgemeinen für Räder verwendet werden und bei großen Winkeln und unter hohen Oberflächendrücken verwendet werden.
  • Üblicherweise enthalten Schmierfette für homokinetische Gelenke (CVJ-Schmierfette) eine Lithiumseife als Verdickungsmittel und Additive, wie Höchstdruckmittel auf Schwefel/Phosphor-Basis und Molybdändisulfid. Kürzlich wurden Schmierfette auf Harnstoffbasis mit einem Gehalt an verschiedenen Höchstdruck mitteln allgemeiner gebräuchlich. Diese weisen herausragende Wärmefestigkeitseigenschaften auf.
  • Die japanische offengelegte Patentanmeldung JP-A H 6-57284 (1994) offenbart eine Schmierfettzusammensetzung für ein homokinetisches Gelenk, worin ein Harnstofffett als wesentliche Bestandteile (A) ein Molybdändialkyldithiocarbamidsulfid, (B) ein Höchstdruckadditiv mit einem Gehalt an einer spezifischen Zinkdithiophosphatverbindung und (C) einen epoxymodifizierten aliphatischen Säureester oder ein epoxymodifiziertes aliphatisches Säureglycerid enthält.
  • Weitere Harnstofffette wurden in der geprüften japanischen Patentanmeldung JP-B H 4-34590 (1992), JP-A H 6-57283 (1994), JP-A H 6-100878 (1994), JP-A H 7-197072 (1995) und JP-A H 8-41485 (1996) und in den US-Patentschriften US-A-4,840,740, US-A-5,160,645 und US-A-5,449,471 beschrieben. Diese Dokumente erteilen die Lehre, eine organische Molybdänverbindung zu einem Grundschmierfett zusammen mit noch anderen Additiven (wie Zinkdithiophosphat) zuzusetzen, um reibungsbedingten Verschleiß zu verringern und, als Ergebnis, ein Abblättern zu vermeiden.
  • Diese Zusammensetzungen leiden jedoch nach wie vor unter einem Abblättern, das von einem Metalloberflächenermüden herrührt, verursacht durch überschlagende Gleitreibung in komplexen hin- und hergehenden Bewegungen der inneren und äußeren Radkanäle und Kugeln sowie Käfige und Kugeln in einem CVJ-Mechanismus.
  • In der US-A-4,923,625 werden Schmierfettzusammensetzungen zur Anwendung in Schneid- und Schleifvorgängen beschrieben. Die Zusammensetzungen enthalten ein Gemisch aus einem Metallthiosulfat und einem Metallphosphat, um einem Grundschmiermittel sowohl Höchstdruck- als auch Antiverschleißeigenschaften zu verleihen.
  • Die US-A-3,505,223 beschreibt eine Schmiermittelzusammensetzung, die eine Hauptmenge aus einem organischen flüssigen Schmieröl oder einem Fett und eine Höchstdruck-verringernde Menge eines Metallthiosulfats umfaßt.
  • Die Hersteller von homokinetischen Gelenken und die Produzenten von Schmierfetten versuchen, das Abblättern in homokinetischen Gelenken mit Hilfe von Reibungsverschleißtests vorherzusagen, wie den in ASTM D2596 beschriebenen Vierkugel-EP-Tests. Was die Dauerhaftigkeit in homokinetischen Gelenken betrifft, können entsprechende Fette nicht unter Anwendung der vorstehend erwähnten Testvorrichtungen ausgewählt werden. Dies dürfte auf die Komplexität der Schmierbedingungen zurückzuführen sein. Das Verhalten hinsichtlich Abblätterungslebensdauer, Verschleißzustand und dergleichen wird daher unter Anwendung einer Prüfstandvorrichtung bewertet, wobei ein echtes homokinetisches Gelenk eingesetzt wird.
  • Die Tatsache, daß Substanzen, die herausragende Ergebnisse bei allgemeinen Reibungsverschleißtests aufweisen, nicht notwendigerweise ein CVJ-Abblättern verhindern oder eine lange Standfestigkeit aufweisen, macht es schwierig, eine CVJ-Abblätterungsvermeidungstechnologie zu entwickeln.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Schmierfettzusammensetzung für homokinetische Gelenke bereitzustellen, durch die ein Abblättern in homokinetischen Gelenken vermieden werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung zum Schmieren eines homokinetischen Gelenkes, welche Schmierfettzusammensetzung ein Grundöl und ein Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis umfaßt, welche Zusammensetzung weiterhin 0,05 bis 30 Gew.-% Metallthiosulfat, bezogen auf das Gewicht des Grundöls und des Verdickungsmittels auf Harnstoffbasis, enthält.
  • Das in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzte Grundöl kann ein Mineralöl oder ein synthetisches Öl sein, wie ein Esteröl, Etheröl oder Kohlenwasserstofföl, oder ein daraus gemischtes Öl. Vorzugsweise ist das Grundöl ein Mineralöl.
  • Jedes beliebige Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis kann verwendet werden. Beispiele für Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis umfassen Diharnstoff, Triharnstoff und Tetraharnstoff. Weiterhin ist es auch möglich, verschiedene Verdickungsmittel zu verwenden, die Harnstoffverbindungen enthalten, wie Harnstoff-Urethanverbindungen und Harnstoff-Imidoverbindungen.
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Metallthiosulfat kann ein beliebiges Metall enthalten, das zur Ausbildung eines Metallthiosulfatsalzes befähigt ist. Typische Beispiele sind Lithium, Natrium, Kalium, Mangan, Calcium, Barium, Strontium, Titan, Zirkonium, Cadmium, Zink, Nickel, Kobalt, Kupfer, Eisen, Magnesium, Blei, Zinn, Silber oder ein Gemisch davon.
  • Eine geeignete Klasse von Metallthiosulfaten wird durch die nachstehende Formel veranschaulicht:
    Figure 00040001
    worin R einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen darstellt, M ein zur Ausbildung eines Metallthiosulfatsalzes befähigtes Metall ist und n die Wertigkeit von M darstellt. Beispiele für diese Klasse von Metallthiosulfaten sind Natriumethylthiosulfat, Kaliumbenzylthiosulfat und Bariumiso amylthiosulfat. Die Verbindungen können durch Umsetzen eines Alkylhalogenids mit Natriumthiosulfat hergestellt werden.
  • Vorzugsweise ist das in der vorliegenden Erfindung verwendete Metallthiosulfat Natriumthiosulfat. Am meisten bevorzugt ist das Natriumthiosulfat die Verbindung Na2S2O3 (wasserfrei), Na2S2O3·5H2O (Pentahydrat) oder ein Gemisch hievon. Weiterhin ist es möglich, kommerzielle Additive mit einem Gehalt an Natriumthiosulfat zu verwenden, wie "Desilube 88" (Handelsmarke) der Firma Desilube Technology, Inc., USA.
  • Die Menge an zugesetztem Natriumthiosulfat beträgt 0,05 bis 30 Gew.-% und vorzugsweise 0,2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Grundöls und des Verdickungsmittels auf Harnstoffbasis, stärker bevorzugt 0,2 bis 10 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 0,2 bis 8 Gew.-%, am meisten bevorzugt 0,5 bis 6 Gew.-%. Liegt die Menge unter 0,05 Gew.-%, ist der abblätterungsvermeidende Effekt ungenügend. Liegt die Menge über 30 Gew.-%, gibt es keine weitere Effektsteigerung.
  • Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin ein oder mehrere bekannte Additive enthalten, wie Antioxidantien auf Phenolbasis und Aminbasis, organische Molybdänverbindungen, Molybdändisulfid, schwefelmodifizierte Fette und Öle, schwefelmodifizierte Olefine, Zinkdithiophosphat, Thiophosphat, Phosphit, Phosphat und Polysulfid, und andere derartige Höchstdruck/Antiverschleißmittel, Polybutene, Polymethacrylate und andere derartige Viskositätserhöhungsmittel.
  • Die Schmierfette gemäß der Erfindung und gemäß den Vergleichsbeispielen wurden unter Anwendung der in Tabelle 1 und Tabelle 2 wiedergegebenen Formulierungen durch Zusetzen der Additive zu einem Grundschmierfett und Verarbeiten auf einer Dreiwalzenmühle erhalten. Die Zusammensetzungen der Grundschmierfette Mineralöl mit einer Viskosität bei 100°C von 15 mm2/s.
  • I. Diharnstofffett
  • Ein Fett wurde durch Umsetzen von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (295,2 g) und Octylamin (304,8 g) in einem Grundöl (5.400 g) und gleichmäßiges Dispergieren der resultierenden Harnstoffverbindung erhalten. Der Gehalt an Harnstoffverbindung betrug 10 Gew.-%.
  • II. Tetraharnstofffett
  • Ein Schmierfett wurde durch Umsetzen von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (334,2 g), Stearylamin (345,6 g) und Ethylendiamin (40,2 g) in einem Grundöl (5.280 g) und gleichmäßiges Dispergieren der resultierenden Harnstoffverbindung erhalten. Der Gehalt an Harnstoffverbindung betrug 12 Gew.-%.
  • III. Lithiumseifen-Schmierfett
  • Ein Schmierfett wurde durch Auflösen von Lithium-l2-hydroxystearat (540 g) in einem Grundöl (5.460 g) und gleichmäßiges Dispergieren erhalten. Der Gehalt an Lithiumseife betrug 9 Gew.-%.
  • Die resultierenden Fette wurden Standfestigkeitsversuchen an Aufbauten unter Anwendung echter homokinetischer Gelenke unterzogen, und das Ausmaß des Abblätterns wurde geprüft. Versuchsbedingungen
    Rotationsgeschwindigkeit 1.400 UpM
    aufgebrachtes Drehmoment 294 Nm
    Gelenkwinkel 6 Grad
    Gelenktype Burfield-Gelenk
  • Weiterhin wurde unter Anwendung des in ASTM D2596 spezifizierten Vierkugel-EP-Tests die Verschweißlast (N) bestimmt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 4 zusammengefaßt.
  • Bemerkt sei, daß in den Tabellen die Anmerkungen *1 bis *7 und ** Folgendes bedeuten.
    • *1 "Desilube 88" (Handelsmarke, hergestellt von Desilube Technology Inc.) ist ein anorganisches Additiv mit einem Gehalt an Natriumthiosulfat.
    • *2 "Moliban A" (Handelsmarke, hergestellt von der Vanderbilt Company) ist Molybdändithiocarbamat.
    • *3 "Sakura Lube 600" (Handelsmarke, hergestellt von Asahi Denke) ist Molybdändithiocarbamat.
    • *4 "Sakura Lube 300" (Handelsmarke, hergestellt von Asahi Denka) ist Molybdändithiophosphat.
    • *5 "Lubrizol 1395" (Handelsmarke, hergestellt von der Lubrizol Company) ist Zinkdithiophosphat.
    • *6 "Anguramoru 33" (Handelsmarke, hergestellt von der Lubrizol Company) ist ein schwefelmodifiziertes Olefin.
    • *7 "Iruga Lube TPPT" (Handelsmarke, hergestellt von der Ciba-Geigy Gesellschaft) ist Triphenylphosphorthionat.
  • ** Für das Ausmaß des Abblätterns wurde der Zustand nach 12.600.000 Umdrehungen und der Zustand nach 25.200.000 Umdrehungen des homokinetischen Gelenkes ermittelt und wie folgt bewertet:
    ♢ kein Abblättern
    O geringes Abblättern
    Δ mäßiges Abblättern
    x extensives Abblättern
  • TABELLE 1
    Figure 00080001
  • TABELLE 2
    Figure 00080002
  • TABELLE 3
    Figure 00090001
  • TABELLE 4
    Figure 00090002
  • Figure 00100001
  • Wie aus den in den Tabellen 1 bis 4 angeführten Ergebnissen klar ersichtlich, weist die Schmierfettzusammensetzung für ein homokinetisches Gelenk gemäß der vorliegenden Erfindung hervorragende Höchstdruckeigenschaften auf und bietet wirksamere Abblätterungen verhindernde Eigenschaften, als dies konventionelle Schmierfette erbringen. Diese Wirkung verbessert die Standfestigkeit von homokinetischen Gelenken.

Claims (5)

  1. Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung zum Schmieren eines homokinetischen Gelenkes, welche Schmierfettzusammensetzung ein Grundöl, Metallthiosulfat und ein Verdikkungsmittel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel ein Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis ist und daß die Zusammensetzung weiterhin 0,05 bis 30 Gew.-% Metallthiosulfat, bezogen auf das Gewicht des Grundöls und des Verdickungsmittels auf Harnstoffbasis, enthält.
  2. Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Schmierfettzusammensetzung 0,2 bis 20 Gew.-% Metallthiosulfat enthält.
  3. Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Grundöl ein Mineralöl ist.
  4. Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welcher Schmierfettzusammensetzung das Metallthiosulfat Natriumthiosulfat ist.
  5. Verwendung einer Schmierfettzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher Schmierfettzusammensetzung das Verdickungsmittel auf Harnstoffbasis unter Diharnstoff, Triharnstoff und Tetraharnstoff ausgewählt ist.
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