WO1993011208A1 - Nouvelle graisse destinee notamment a etre utilisee dans des joints homocinetiques - Google Patents

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WO1993011208A1
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zinc
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Marc Bargiacchi
Olivier Sutton
Bernard Poulin
François Verbrugge
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Mobil Oil Française
Glaenzer Spicer
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    • C10N2040/02—Bearings

Definitions

  • New grease intended in particular to be used in constant velocity joints.
  • the present invention relates to a new grease intended in particular for the lubrication of constant velocity joints, although many other applications of this grease can be envisaged.
  • the seals used can be classified into two main families, depending on whether they are fixed or sliding, and they can be produced using different technologies; the two main ones being:
  • frictional forces appear which can be of different types depending on whether there is rolling contact, sliding or a combination of the two.
  • a CV joint grease consists of a base oil, a thickening agent and various additives which give it certain specific properties.
  • the present invention therefore aims to solve the technical problem consisting in the supply of a new grease in particular for constant velocity joints which has properties at least comparable to those of the abovementioned greases, and which does not incorporate a thickening agent derived from urea or lead additive.
  • the solution according to the present invention to solve this problem consists of a grease characterized in that it comprises, expressed in percent by weight
  • a thickening agent consisting of a dispersion of clay in oil; - 0.5 to 10%, and preferably 3 to 7%, of at least one organic compound of molybdenum;
  • a currently preferred fat comprises, expressed in weight percent:
  • a thickening agent consisting of a dispersion of clay in oil; - 4 to 6% of at least one organic compound of molybdenum; - 2 to 4% of at least one organic zinc compound; and
  • the base oil comprises from 5 to 100%, and preferably from 80 to 100% by weight of ester oils, and in particular of esters of olefin-dicarboxylic acid copolymers.
  • ester oils and in particular of esters of olefin-dicarboxylic acid copolymers.
  • Such greases have been found to be at least equivalent from the point of view of the NVH characteristics of the grease seals specifically developed for this application and in particular described in the aforementioned documents of the state of the art. According to a particular characteristic of the invention,
  • the aforementioned thickening agent consists of a dispersion at 25% by weight in bentonite hydrocarbon oil made hydrophobic by treatment with quaternary ammonium chlorides.
  • the organic compound of molybdenum is chosen from the group formed by dialkyL-dithiophosphates of molybdenum. Molybdenum dialkyl dithiocarbamates, molybdenum diaryl dithiophosphates, and The organic zinc compound is selected from the group consisting of zinc dialkyL-dithiophosphates. Zinc diaryl dithiophosphates, and Zinc dialkyl dithiocarbamates.
  • the base oil can be a mineral or synthetic oil such as for example an alkyl-benzene oil, a poly-en-olefin oil, an ester oil or a mixture in any proportion of these oils .
  • an oil comprising from 5 to 100% by weight, and preferably from 80 to 100% of synthetic ester oils, will be chosen as the base oil.
  • ester oils which are particularly suitable for the preparation of a grease in accordance with the invention, mention may be made of butyl esters of olefin-dicarboxy acid copolymers. lique « • .- 3 unsaturated. Such esters are commercially available. According to a currently preferred embodiment of the invention, an oil consisting mainly of these esters will be used as base oil.
  • the amount of oil this base present in a grease according to the invention can vary within a wide limit taking into account the nature of the thickening agent and the finished consistency of the grease. In general, the base oil will represent 3 to 90% by weight of the fat, preferably 40 to 70% and more preferably 45 to 60%. An amount of approximately
  • the thickening agent generally consists of a dispersion of clay in oil.
  • This oil can be a mineral or synthetic oil of varied nature.
  • a hydrocaiée oil will be used.
  • the clay consists of aluminosilicates made hydrophobic by treatment with amine salts preferably.
  • the amounts of clay and oil will be chosen according to the viscosity grade and the desired consistency of the grease.
  • the thickening agent consists of a dispersion at 25% by weight in bentonite hydrocarbon oil treated with quaternary ammonium chlorides. This product is in the form of a gel, and will be designated below as a clay gel.
  • the organic molybdenum compound used to prepare a fat in accordance with the invention is generally chosen from the group formed by molybdenum dialkyl-dithiophosphates, molybdenum dialkyl-dithiocarbamates, molybdenum diaryl-dithiophosphates.
  • a grease according to the invention can incorporate one or more molybdenum compounds in a concentration by weight generally understood between 0.5 and 10%, preferably between 3 and 7% and more preferably from 4 to 6%.
  • the organic compound of molybdenum performs the function of friction reducer, anti-wear agent, extreme pressure agent and antioxidant agent.
  • an organic zinc compound used for the preparation of a fat according to the invention is generally chosen from the group formed by zinc dialkyl dithiophosphates and zinc diaryL-dithiophosphates and zinc dialkyl dithiophosphates.
  • a grease according to the invention incorporates one or more organic zinc compounds in an amount in weight percent, generally between 0 and 10%, preferably between 1 and 5% and more preferably between 2 and 4%.
  • the organic compound of zinc acts as an extreme pressure agent and antioxidant.
  • a grease in accordance with the present invention may possibly contain up to 10% by weight of one or more conventional additives for grease, such as in particular an antioxidant, an anti-wear agent, a dispersing agent, an anti-rust agent. , a viscosity stabilizing agent or also a coloring agent.
  • the grease according to the present invention can be easily prepared using conventional equipment comprising a mixer and a ho ogeniser.
  • the fat obtained must have a consistency grade
  • NL6I of the order of 000 to 3, and preferably of 0 to 2
  • a viscosity at 40 ° C of between 2 cSt and 6800 cSt, preferably between 32 cSt and 680 cSt and more preferably between 68 cSt and
  • the present invention will be illustrated by the following nonlimiting example. In this example, the proportions are given in percent by weight, unless otherwise indicated.
  • Two greases were prepared in accordance with the present invention (designated X and Y respectively) in a conventional installation comprising a mixer with coaxial movements and a homogenizer, by mixing the following constituents, in the proportions indicated below in percent by weight.
  • Composition _X. ⁇
  • FIG. 1 represents the evolution of the torque M2 as a function of the breaking angle.
  • This alternative component thus generates excitations which are transmitted to the wheel hub, then to the passenger compartment where they produce annoying acoustic phenomena.
  • Figure 3 illustrates the acoustic materialization of this phenomenon. It represents the evolution during the slow acceleration of a vehicle of the noise level in the passenger compartment for the hatch 6 of the frequency of rotation of the wheel.
  • FIG. 4 also gives the results of the measurements of the mechanical losses appearing in a joint and their evolution as a function of the angularity of the joint.

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Abstract

La présente invention a pour objet une nouvelle graisse destinée notamment à être utilisée dans des joints homocinétiques pour améliorer les caractéristiques NVH de ces joints. Selon l'invention cette graisse comprend, exprimée en pourcent poids: 3 à 90 %, et de préférence 40 à 70 %, d'une huile de base; 2 à 80 %, et de préférence 10 à 50 %, d'un agent épaississant constitué par une dispersion d'argile dans de l'huile; 0,5 à 10 %, et de préférence 3 à 7 %, d'au moins un composé organique du molybdène; 0 à 10 %, et de préférence 1 à 5 %, d'au moins un composé organique du zinc; et 0 à 10 % d'au moins un additif conventionnel pour graisse.

Description

Nouvelle graisse destinée notamment à être utilisée dans des joints homocinétiques.
La présente invention a pour objet une nouvelle graisse destinée notamment à la lubrification des joints homocinétiques, bien que de nombreuses autres applications de cette graisse peuvent être envisagées.
On sait que La plupart des transmissions utilisées en automobile comportent des joints homocinétiques. Cet usage s'est généralisé en particulier dans les transmissions latérales pour tous les types d'automobiles : traction avant, propulsion ou
4 roues motrices.
Les joints utilisés peuvent être classés en deux grandes familles, selon qu'ils sont fixes ou coulissants, et ils peuvent être réalisés à partir de différentes technologies ; les deux prin¬ cipales étant :
* la technologie dite à bille
* la technologie dite à tripode
Tous ces joints ont néanmoins au moins un point commun : ils comportent tous des organes internes destinés à assurer des transferts de charge entre des éléments en mouvement relatif.
Lors de ces transferts de charge, il apparaît des forces de frottement qui peuvent être de différente nature selon qu'il y a contact en roulement, glissement ou combinaison des deux.
Ces forces se combinent entre elles selon des arrange¬ ments qui dépendent en particulier de la cinématique et des carac¬ téristiques géométriques des joints et le torseur résultant se transmet aux organes du véhicule auxquels sont reliés les joints.
L'existence de ces forces de frottement peut être à l'origine de deux phénomènes néfastes :
- la génération de pertes mécaniques dans les joints avec pour conséquences : l'usure des constituants, des températures de fonctionnement élevées qui réduisent la durée de vie ou les performances et une consommation plus élevée de carburant ;
- l'apparition de phénomènes acoustiques ou vibratoires incompa- tibles avec les exigences de confort des véhicules modernes.
Il est donc naturel de chercher à réduire autant que faire se peut le frottement interne aux joints, et ceci peut être obtenu :
- soit en privilégiant les mouvements de roulement par rapport aux mouvements de glissement, mais dans ce domaine d'autres contraintes de conception liées à la capacité ou au coût qui en résultent viennent limiter les possibilités d'évolution, - soit en diminuant les efforts de glissement par l'interposition d'un film lubrifiant de caractéristiques appropriées. Cette façon de procéder présente l'avantage de fournir une solu¬ tion simple à mettre en oeuvre, applicable directement sur Les mécanismes existants, sans remise en cause des consti- tuants internes.
Depuis quelques années, on a cherché à développer de nouvelles graisses dont les propriétés permettent d'améliorer les caractéristiques de ces joints, notamment en ce qui concerne le bruit, les vibrations et le confort de conduite "des véhicules sur Lesquels i s sont montés. Ces caractéristiques sont généralement désignées par L'expression "NVH" (Noise Vibrations-Harshness).
D'une façon générale, une graisse pour joints homocinétiques se compose d'une huile de base, d'un agent épaississant et de divers additifs Lui conférant certaines propriétés spécifiques.
Dans le document FR-2592891, il est démontré que Les graisses comprenant un épaississant de type urée et un agent modificateur de friction constitué d'un composé organique du molybdène éventuelLement associé à un composé organique du zinc ou du .plomb réduisent les forces axiales engendrées par le joint dans Les transmissions homocinétiques à coulisse ent et absorbent Les vibrations dues au moteur en empêchant ainsi Les vibrations du véhicule.
IL a également été proposé dans Le document EP-0 435 745 une graisse comportant une huile de base, un agent épaississant à base d'urée et un système d'additifs essentiellement constitué de composés organiques du molybdène et du zinc ainsi que de copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines présentant un poids moléculaire compris entre 300 et 4000.
Les graisses décrites dans ces documents antérieurs présentent cependant l'inconvénient d'utiliser, comme agent épaississant un produit dérivé d'urée, dont la mise en oeuvre et l'utilisation peuvent s'avérer dangereuses.
La présente invention a donc pour but de résoudre le problème technique consistant en la fourniture d'une nouvelle graisse notamment pour joints homocinétiques qui présente des propriétés au moins comparables à celles des graisses précitées, et qui n'incorpore pas d'agent épaississant dérivé d'urée ni d'additif à base de plomb.
La solution conforme à la présente invention, pour résoudre ce problème consiste en une graisse caractérisée en ce qu'elle comprend, exprimé en pourcent poids
- 3 à 90 %, et de préférence 40 à 70 %, d'une huile de base ;
- 2 à 80 %, et de préférence 10 à 50 %, d'un agent épaississant constitué par une dispersion d'argile dans de l'huile ; - 0,5 à 10 %, et de préférence 3 à 7 %, d'au moins un composé organique du molybdène ;
- 0 à 10 %, et de préférence 1 à 5 %, d'au moins un composé organique du zinc ; et
- 0 à 10 % d'au moins un additif conventionnel pour graisse. Une graisse actuellement préférée comprend, exprimé en pourcent poids :
- 45 à 60 % d'huile de base ;
- 35 à 45 % d'un agent épaississant constitué par une dispersion d'argile dans de l'huile ; - 4 à 6 % d'au moins un composé organique du molybdène ; - 2 à 4 % d'au moins un composé organique du zinc ; et
- 0 à 7 % d'au moins un additif conventionnel pour graisse.
Il a été découvert, et ceci constitue le fondement de la présente invention que de telles graisses permettent d'améliorer considérablement les caractéristiques NVH des joints homociné¬ tiques.
Des résultats particulièrement intéressants ont été obtenus Lorsque l'huile de base comprend de 5 à 100 %, et de préférence de 80 à 100 % en poids d'huiles esters, et en particulier d'esters de copolymères oléfine-acide dicarboxylique. De telles graisses se sont avérées au moins équivalentes du point de vue des caractéristiques NVH des joints aux graisses spécifiquement développées pour cette application et notamment décrites dans Les documents précités de l'état de La technique. Selon une caractéristique particulière de L'invention,
L'agent épaississant précité est constitué par une dispersion à 25 % en poids dans de l'huile hydrocarbonée de bentonite rendue hydrophobe par traitement avec des chlorures d'ammonium quatei— naîres. Selon une autre caractéristique particulière, le composé organique du molybdène est choisi dans Le groupe formé par Les dialkyL-dithiophosphates de molybdène. Les dialkyl-dithiocarbamates de molybdène, les diaryl-dithiophosphates de molybdène, et Le composé organique du zinc est choisi dans Le groupe formé par Les dialkyL-dithiophosphates de zinc. Les diaryl-dithiophosphates de zinc, et Les dialkyl-dithiocarbamates de zinc.
Conformément à la présente invention, l'huile de base peut être une huile minérale ou synthétique comme par exemple une huile alkyL-benzène, une huile poLy-©fr-oléf ne, une huile ester ou encore un mélange en toute proportion de ces huiles.
Avantageusement, on choisira comme huile de base une huile comprenant de 5 à 100 % en poids, et de préférence de 80 à 100 % d'huiles esters synthétiques.
Parmi Les huiles esters convenant particulièrement bien pour La préparation d'une graisse conforme à L'invention, on peut citer les esters butyliques de copolymères oléfine-acide dicarboxy- lique «• .- 3 insaturé. De tels esters sont disponibles dans le commerce. Selon un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, on utilisera comme huile de base une huile constituée majoritairement de ces esters. La quantité d'huile ce base présente dans une graisse conforme à l'invention peut varier dans une large limite compte tenu de la nature de l'agent épaississant et de la consistance finie de la graisse. D'une façon générale, l'huile de base représentera 3 à 90 % en .poids de la graisse, de préférence 40 à 70 % et encore de préférence 45 à 60 %. Une quantité d'environ
50 % semble optimale.
Conformément à la présente invention, l'agent épaissis¬ sant est généralement constitué par une dispersion d'argile dans de l'huile. Cette huile peut être une huile minérale ou synthétique de nature variée. On utilisera de préférence une huile hydrocai— bonée.
L'argile est constituée d'alumino-si licates rendus hydro- phobes par un traitement avec des sels d'aminé de préférence. Les quantités d'argile et d'huile seront choisies en fonction du grade de viscosité et de la consistance souhaités de la graisse.
Dans un mode de réalisation actuellement préféré, l'agent épaississant est constitué par une dispersion à 25 % en poids dans de l'huile hydrocarbonée de bentonite traitée par des chlorures d'ammonium quaternaires. Ce produit se présente sous forme de gel, et sera désigné ci-après gel argile.
Le composé organique du molybdène utilisé pour préparer une graisse conformément à l'invention est généralement choisi dans le groupe formé par les dialkyl-dithiophosphates de molybdène, les dialkyl-dithiocarbamates de molybdène, les diaryl-dithiophosphates de molybdène.
Ces composés sont largement décrits dans la littérature à laquelle l'homme de métier pourra se reporter. Une graisse conforme à l'invention peut incorporer un ou plusieurs composés du molybdène en une concentration en poids généralement comprise entre 0,5 et 10 %, de préférence entre 3 et 7 % et encore de préférence de 4 à 6 %.
Utilisé dans ces conditions. Le composé organique du molybdène assure la fonction de réducteur de friction, d'agent anti-usure, d'agent extrême pression et d'agent antioxydant.
De même, un composé organique du zinc utilisé pour la préparation d'une graisse selon L'invention est généralement choisi dans le groupe formé par les dialkyl-dithiophosphates de zinc et les diaryL-dithiophosphates de zinc et Les dialkyl-dithiocarbamates de zinc.
Ces composés sont également largement décrits dans la Littérature.
Une graisse conforme à L'invention incorpore un ou plusieurs composés organiques du zinc en une quantité en pourcent poids, généralement comprise entre 0 et 10 %, de préférence entre 1 et 5 % et encore de préférence entre 2 et 4 %.
Utilisé dans ces conditions. Le composé organique du zinc agit comme agent extrême pression et antioxydant.
Une graisse conforme à La présente invention peut éven- tuellement contenir jusqu'à 10 % en poids d'un ou plusieurs addi¬ tifs conventionnels pour graisse comme en particulier un agent antioxydant, un agent anti-usure, un agent dispersant, un agent antirouille, un agent stabilisateur de viscosité ou encore un agent coLorant. La graisse conforme à la présente invention peut être facilement préparée au moyen d'un équipement conventionnel compre¬ nant un malaxeur et un ho ogénéisateur.
La graisse obtenue doit présenter un grade de consistance
NL6I de L'ordre de 000 à 3, et de préférence de 0 à 2, et une viscosité à 40°C comprise entre 2 cSt et 6800 cSt, de préférence entre 32 cSt et 680 cSt et encore de préférence entre 68 cSt et
320 cSt.
. La présente invention sera illustrée par L'exemple non Limitatif suivant. Dans cet exemple, Les proportions sont données en pourcent poids, sauf indication contraire. On a préparé deux graisses conformes à la présente invention (désignées respectivement X et Y) dans une installation conventionnelle comprenant un malaxeur à mouvements coaxiaux et un homogénéisateur, en mélangeant Les constituants suivants, dans Les proportions indiquées ci-dessous en pourcent en poids.
Composition : _X. γ
Gel argile 39,- 42
Hui le de base . Huile minérale - 50
. Ester butylique 53,-
de copolymère oléfine-acide dicarboxylique o{ - β insaturé disponible dans le commerce. Composé organique du molybdène 5 5
Composé organique du zinc 3 3
Les caractéristiques des graisses ainsi obtenues sont regroupées dans le tableau I suivant en comparaison avec celles d'une graisse conventionnelle pour joint homocinétique référencée A.
TABLEAU I
Caractér stiques Méthodes Valeurs typiques
Grade NLGI Pénétration à 25 C - travaillée 60 coups Pénétration à -30 C Point de goutte C
Figure imgf000010_0001
Essai Extrême Pression/Anti-usure/Anti-friction
- Essai 4 billes soudure. ASTM D2596 315 315 250 Charge de soudure, kg
- Essai Falex charge de rupture, N ASTM D3233 7500 >11100 4900
- Essai 4 biLles usure, ASTM D2266 0,50 0,45 0,50 diamètre d'empreinte, mm
- Essai de friction SRV, oscilLations bille sur plan
- Coefficient de friction 0,07 0,09 0,15
Comme Le montre Le tableau I, le coefficient de friction
(mesuré au moyen d'une machine SRV-Optimol) est signif cativement réduit avec un avantage pour La graisse comprenant une huile de base ester.
Les performances "NVH" de La graisse désignée X ont été évaluées et comparées à celles de la graisse conventionnéLie pour joints homocinétiques (désignée A).
On a représenté en perspective à la figure 1, un joint fixe du type dit à tripode. Les efforts de frottement internes se combinent de façon à faire apparaître entre autres composantes un Moment M2, situé perpendiculairement au plan de brisure du joint. La figure 2 représente l'évolution du couple M2 en fonc¬ tion de L'angle de brisure.
L'amplitude de ce moment varie 6 fois au cours d'une révolution du joint.
Cette composante alternative génère ainsi des excitations qui se transmettent au moyeu de roue, puis à L'habitacle où elles produisent des phénomènes acoustiques gênants.
La figure 3 illustre La matérialisation acoustique de ce 'phénomène. Elle représente L'évolution Lors de L'accélération Lente d'un véhicule du niveau de bruit dans L'habitacle pour l'haï— monique 6 de la fréquence de rotation de la roue.
On a en outre donné à La figure 4, les résultats des mesures des pertes mécaniques apparaissant dans un joint et Leur évolution en fonction de l'angularité du joint.
L'ensemble de ces résultats montrent que les graisses conformes à l'invention sont au moins équivalentes du point de vue des caractéristiques N.V.H. aux graisses de l'état de la technique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Graisse, notamment pour joints homocinétiques, caractérisée en ce qu'elle comprend, exprimé en pourcent poids : - 3 à 90 %, et de préférence 40 à 70 %, d'une huile de base ;
- 2 à 80 %, et de préférence 10 à 50 %, dfun agent épaississant constitué par une dispersion d'argile dans de l'huile ;
- 0,5 à 10 %, et de préférence 3 à 7 %, d'au moins un composé organique du molybdène ; - 0 à 10 %, et de préférence 1 à 5 %, d'au moins un composé organique du zinc ; et
- 0 à 10 % d'au moins un additif conventionnel pour graisse.
2. Graisse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, exprimé en pourcent poids : - 45 à 60 % d'huile de base ;
- 35 à 45 % d'un agent épaississant constitué par une dispersion d'argile dans de L'huiLe ;
- 4 à 6 % d'au moins un composé organique du molybdène ;
- 2 à 4 % d'au moins un composé organique du zinc ; et - 0 à 7 % d'au moins un additif conventionnel pour graisse.
3. Graisse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que L'huiLe de base précitée comprend de 5 à 100 % en poids, et de préférence de 80 à 100 %, d'huiles esters.
4. Graisse selon la revendication 3, caractérisée en ce que les huiles esters précitées sont des esters butyliques de copolymères oLéfine-acide dicarboxylique.
5. Graisse selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que L'agent épaississant précité est constitué par une dispersion dans de L'huiLe, d'argile traitée par des sels d'aminé.
6. Graisse selon la revendication 5, caractérisée en ce que L'agent épaississant précité est une dispersion à 25 % en poids dans de L'huile hydrocarbonée, de bentonite traitée par des chlorures d'ammonium quaternaire.
7. Graisse selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, caractérisée en ce que Le composé du molybdène précité est choisi dans le groupe formé par Les dialkyL-dithiophosphates de molybdène, les dialkyl-dithiocarbamates de molybdène, Les diaryl-dithiophosphates de molybdène.
8. Graisse selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que Le composé du zinc est choisi dans Le groupe formé par les dialkyL-dithiophosphates de zinc, Les diaryl- dithiophosphates de zinc et Les dialk l-dithiocarbamates de zinc.
9. Utilisation de la graisse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour la lubrification de joints homocinétiques.
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