DE3827351A1 - Mechanical construction element - Google Patents

Abstract

The friction force acting between bodies which are movable relative to one another can be reversibly changed if a phase transition is brought about between different thermotropic, liquid-crystalline phases or between a thermotropic, liquid-crystalline phase and the isotropic phase in a compound, located between the bodies, by changing the pressure.

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Bauelement aus gegeneinander beweglichen, durch eine fluide organische Masse voneinander getrennten festen Körpern oder Teilen von Körpern, das es gestattet, durch Änderung der molekularen Ordnung in der organischen Masse die zwischen den Körpern wirksamen Reibungskräfte zu verändern.The invention relates to a mechanical component from each other movable, separated from each other by a fluid organic mass solid bodies or parts of bodies that allow through Change in molecular order in organic matter to change effective frictional forces between the bodies.

Die Bewegung fester Körper innerhalb von Maschinen sowie die Bewegung einer Maschine gegenüber einer festen Unterlage werden mitbestimmt durch die Reibung, die zwischen den beteiligten Körpern jeweils anzusetzen ist. Dabei ist grundsätzlich zu unterscheiden, ob die Körper aufeinander gleiten oder aufeinander abrollen. Die Größe der Gleitreibung ist davon abhängig, ob die Körper direkt aufeinander gleiten oder vollständig durch ein Schmiermittel voneinander getrennt sind. Im ersten Fall spricht man von trockener, im zweiten von flüssiger Reibung. Eine sog. halbflüssige Reibung tritt auf, wenn der Schmierfilm nicht vollständig ausgebildet ist. Gleitreibung erfolgt grundsätzlich auch in Wälzlagern zwischen den abrollenden Wälzkörpern und ihren Führungselementen.The movement of solid bodies within machines as well Movement of a machine against a solid surface co-determined by the friction between the bodies involved is to be applied in each case. It is important to differentiate whether the bodies slide on each other or roll on each other. The size The sliding friction depends on whether the bodies are directly on top of each other slide or completely separated by a lubricant are. In the first case one speaks of drier, in the second one of fluid friction. So-called semi-fluid friction occurs when the lubricating film is not fully formed. Sliding friction basically takes place in rolling bearings between the rolling Rolling elements and their guide elements.

Die Schmiervorgänge in Maschinen lassen sich bekanntermaßen in zwei Gruppen einteilen. Bei hydrodynamischer Schmierung entsteht die Tragfähigkeit in einem Schmierfilm in einer Spaltform relativ großer Abmessung. Die Reibung wird dann primär von der Temperaturabhängigkeit der Schmierstoffviskosität bestimmt. Bei elastohydrodynamischer Schmierung wird aus einer zunächst linien- oder punktförmigen Berührung zweier elastischer Körper ein sehr kleiner Schmierspalt gebildet. Die Abplattung im sog. Hertzschen Kontaktbereich zusammen mit der Zunahme der Viskosität des Schmierstoffes mit dem Druck führt dazu, daß sich die gegeneinander bewegenden festen Körper nicht oder kaum direkt berühren. In der bisherigen Praxis sind zur Erzeugung ausreichend hoher Viskositäten sehr hohe Drücke, im Bereich von 1 bis 40 kbar, notwendig. Dagegen sind die in hydraulischen Vorrichtungen angewendeten Drücke viel zu niedrig, als daß eine wesentliche Änderung der Viskosität des Hydrauliköls und somit auch der Bewegungsabläufe auftreten könnte. Die Druckverhältnisse in Schmierstoffen und in hydraulischen Ölen sind beschrieben (Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag, Berlin).As is known, the lubrication processes in machines can be divided into two Divide groups. With hydrodynamic lubrication the Load capacity in a lubricating film in a gap shape relatively large Dimension. The friction is then primarily dependent on the temperature the viscosity of the lubricant. With elastohydrodynamic Lubrication is initially linear or punctiform Touching two elastic bodies creates a very small lubrication gap educated. The flattening in the so-called Hertzian contact area together with the increase in the viscosity of the lubricant with the pressure leads to the solid bodies not moving against each other or hardly touch it directly. In previous practice, are for generation sufficiently high viscosities very high pressures, in the range of 1 up to 40 kbar, necessary. In contrast, they are in hydraulic devices applied pressures far too low to make a significant change the viscosity of the hydraulic oil and thus also the movements could occur. The pressure ratios in lubricants and in  hydraulic oils are described (Dubbel, paperback for the Mechanical engineering, Springer-Verlag, Berlin).

Es ist elementar, die Reibungsverluste in Lagern durch die Wahl eines geeigneten Schmiermittels gering zu halten. Es sind heute eine Vielzahl flüssiger Schmierstoffe - zumeist sind es organische Verbindungen - in Gebrauch. Ebenso elementar ist es, durch Auswahl der Werkstoffe für eine hohe Reibungskraft zu sorgen, wenn ein Kupplungs- oder Bremsvorgang ermöglicht werden soll. Die grundsätzliche Möglichkeit, durch Variation der Viskosität die Funktion eines mechanischen Bauteiles zu ändern - etwa von der eines Gleitlagers in die einer Kupplung -, bietet die Elektrorheologie. Dabei wird die Viskosität in Schichten aus kolloidalen Lösungen durch ein angelegtes elektrisches Feld verändert (J. E. Stangroom, Electrorheological Fluids, Phys. Technol., Bd. 14, S. 290-296).It is elementary to choose the friction losses in bearings of a suitable lubricant. Today there are one Large number of liquid lubricants - mostly organic compounds - in use. It is just as elementary by selecting the Materials to ensure a high frictional force when a clutch or braking should be possible. The basic Possibility of changing the function of a by varying the viscosity mechanical component to change - for example from that of a plain bearing in that of a clutch - offers electrorheology. The Viscosity in layers of colloidal solutions by an applied electric field changed (J.E. Stangroom, Electrorheological Fluids, phys. Technol., Vol. 14, pp. 290-296).

Manche organischen Verbindungen gehen beim Erwärmen nicht direkt von der kristallinen in die isotrop-flüssige Phase über, sondern durchlaufen innerhalb eindeutig begrenzter Temperaturbereiche eine oder mehrere zusätzliche Phasen. Diese Phasen haben anisotrope physikalische Eigenschaften, wie es bei Kristallen beobachtet wird, sind aber zugleich fluide wie gewöhnliche isotrope Flüssigkeiten bewegen. Die von länglich geformten Molekülen gebildeten Phasen werden auch als rod-like oder calamitische Phasen bezeichnet. Anders als in der völlig ungeordneten isotropen Phase herrscht hier eine Fernordnung der Orientierung. In den nematischen Phasen (Abk. N) bisher bekannter niedermolekularer Verbindungen können die Moleküle frei um ihre Längsachse rotieren. Eng verwandt mit der nematischen ist die cholesterische Phase, die von optisch aktiven langgestreckten Molekülen gebildet wird oder die durch Zugabe von optisch aktiven Verbindungen zu nematischen Verbindungen erhalten wird. Für die vorliegende Erfindung sind cholesterische Phasen im Begriff der nematischen Phase eingeschlossen. Durch intermolekulare Wechselwirkung können parallel ausgerichtete stäbchenförmige Moleküle zu Schichten zusammengefügt und diese mit jeweils gleichen Abständen im Raum angeordnet werden. Diese Schichtstruktur ist typisch für die smektischen Phasen. Es können verschiedene smektische Phasen auftreten, die sich durch die Anordnung ihrer Bausteine innerhalb der Schichten unterscheiden. Die Schwerpunkte der Moleküle innerhalb einer Schicht können statistisch (z. B. bei der S_A- und der S_C-Phase) oder regelmäßig (z. B. bei der S_B-Phase) angeordnet sein. Die Bezeichnung der Phasen erfolgte etwa in der Reihenfolge ihrer Entdeckung. Man kennt heute die smektischen Phasen S_A bis S_K. Die Merkmale solcher calamitischer Phasen sind beschrieben (G. W. Gray, J. W. Goodby, Smectic Liquid Crystals, Leonard Hill, Glasgow [1984]). Flüssigkristalline Phasen können auch von tellerförmigen Verbindungen gebildet werden (sog. discoide Phasen). Die discoid-nematische Phase hat dabei die am einfachsten zu beschreibende Molekülanordnung. In den sog. discoid-columnaren Phasen sind solche Moleküle durch intermolekulare Wechselwirkungen in säulenähnlichen Anordnungen zusammengefaßt. Die Merkmale discoitischer Phasen sind beschrieben in Mol. Cryst. Liq. Cryst. 106, 121 (1984). Seit kurzem sind Verbindungen bekannt geworden, die sog. phasmidischen Phasen, ebenfalls thermotrope flüssigkristalline Phasen, bilden (J. Malthete et al., J. Phys. [Paris] Lett., Bd. 46, 875 [1985]). Thermotrope flüssigkristalline Phasen werden auch von Polymeren und ihren Mischungen mit niedermolekularen Verbindungen gebildet (H. Finkelmann in Thermotropic Liquid Crystals, John Wiley & Sons, New York [1987], S. 145-170). Die Ausnutzung der günstigen Viskosität innerhalb einer einzigen thermotropen flüssigkristallinen Phase für die Laufwerke von Uhren wurde bereits beschrieben (EP 00 92 389).Some organic compounds do not pass directly from the crystalline to the isotropic liquid phase when heated, but go through one or more additional phases within clearly defined temperature ranges. These phases have anisotropic physical properties, as is observed with crystals, but are at the same time moving like normal isotropic liquids. The phases formed by elongated molecules are also known as rod-like or calamitic phases. In contrast to the completely disordered isotropic phase, there is a long-range order of orientation. In the nematic phases (abbr. N) of previously known low molecular weight compounds, the molecules can rotate freely about their longitudinal axis. The cholesteric phase, which is formed by optically active elongate molecules or which is obtained by adding optically active compounds to nematic compounds, is closely related to the nematic. For the present invention, cholesteric phases are included in the concept of the nematic phase. By means of intermolecular interaction, rod-shaped molecules aligned in parallel can be joined to form layers and these can be arranged at equal distances in space. This layer structure is typical of the smectic phases. Different smectic phases can occur, which differ in the arrangement of their building blocks within the layers. The centers of gravity of the molecules within a layer can be arranged statistically (e.g. in the S _A and S _C phases) or regularly (e.g. in the S _B phase). The phases were named in the order in which they were discovered. The smectic phases S _A to S _{K are} known today. The characteristics of such calamitic phases are described (GW Gray, JW Goodby, Smectic Liquid Crystals, Leonard Hill, Glasgow [1984]). Liquid-crystalline phases can also be formed from plate-shaped compounds (so-called discoid phases). The discoid-nematic phase has the easiest molecular structure to describe. In the so-called discoid-columnar phases, such molecules are combined in column-like arrangements through intermolecular interactions. The characteristics of discoitic phases are described in Mol. Cryst. Liq. Cryst. 106, 121 (1984). Recently, compounds have become known which form so-called phasmid phases, also thermotropic liquid-crystalline phases (J. Malthete et al., J. Phys. [Paris] Lett., Vol. 46, 875 [1985]). Thermotropic liquid crystalline phases are also formed by polymers and their mixtures with low molecular weight compounds (H. Finkelmann in Thermotropic Liquid Crystals, John Wiley & Sons, New York [1987], pp. 145-170). The use of the favorable viscosity within a single thermotropic liquid-crystalline phase for the watch mechanisms has already been described (EP 00 92 389).

Es ist bekannt, daß die Übergänge zwischen den flüssigkristallinen Phasen vom Druck abhängig sind (G. M. Schneider et al., Physica 139 & 140 B, 616 [1986]). Die Abhängigkeit der Umwandlungstemperaturen zwischen den verschiedenen Phasen gehorchen der bekannten Gesetzmäßigkeit von Clapeyron. Allgemein werden mit Druckerhöhung die Existenzbereiche der flüssigkristallinen Phasen zu höheren Temperaturen verschoben. Die Reihenfolge des Auftretens der Phasen bleibt meistens unverändert, es kann jedoch vorkommen, daß eine druckindizierte Phase hinzukommt. So sind die Übergangstemperaturen für die Verbindung It is known that the transitions between the liquid crystalline Phases are dependent on pressure (G.M. Schneider et al., Physica 139 & 140 B, 616 [1986]). The dependence of the transition temperatures between the different phases obey the known Lawfulness of Clapeyron. Generally, with increasing pressure the areas of existence of the liquid crystalline phases to higher Temperatures shifted. The order in which the phases occur mostly remains unchanged, but it can happen that a pressure-indicated phase is added. So are the transition temperatures for the connection  

für Normaldruck S_F-S_C 160°C, S_C-S_A 195°C, S_A-I 204°C, für 250 bar S_F-S_C 171°C, S_C-S_A 204°C, S_A-N 206°C und N-I 208°C. Es ist ferner bekannt, daß sich die die Viskosität bestimmenden zwischenmolekularen Wechselwirkungen bei solchen Übergängen ändern.for normal pressure S _F -S _C 160 ° C, S _C -S _A 195 ° C, S _A -I 204 ° C, for 250 bar S _F -S _C 171 ° C, S _C -S _A 204 ° C, S _A -N 206 ° C and NI 208 ° C. It is also known that the intermolecular interactions that determine viscosity change during such transitions.

In dem Begriff Phasenübergang sind im Sinne des erfindungsmäßigen mechanischen Bauelements sog. Prätransitionale Phänomene (eng. pretransitional phenomena, beschrieben in: G. Vertogen, W. H. de Jeu, Thermotropic Liquid Crystals, Fundamentals, Springer-Verlag, Berlin 1988) eingeschlossen. Hierbei handelt es sich um Änderungen der molekularen Ordnung und somit von physikalischen Eigenschaften bei Änderung des Druckes oder der Temperatur noch vor Erreichen des Phasenüberganges, etwa bei Druckerhöhung vor dem Erreichen des Überganges von nematisch nach S_B. Von der Erfindung ist also ein mechanisches Bauelement erfaßt, das seine Reibungskraft durch eine herbeigeführte Änderung des Druckes in einer fluiden organischen Masse ändert, wenn diese Masse mindestens eine enantiotrope thermotrope flüssigkristalline Phase hat. Insbesondere ist ein solches Bauelement erfaßt, das bei Temperaturen betrieben wird, die 0,1 bis 30°C oberhalb eines enantiotropen Überganges von einer flüssigkristallinen Phase in eine andere flüssigkristalline Phase oder von der isotropen Phase in eine flüssigkristalline Phase liegen.In the sense of the mechanical component according to the invention, the term phase transition includes so-called pre-transition phenomena (Eng. Pretransitional phenomena, described in: G. Vertogen, WH de Jeu, Thermotropic Liquid Crystals, Fundamentals, Springer-Verlag, Berlin 1988). These are changes in the molecular order and thus in physical properties when the pressure or temperature changes before the phase transition is reached, for example when the pressure increases before the transition from nematic to S _{B is reached} . The invention thus encompasses a mechanical component which changes its frictional force as a result of a change in the pressure in a fluid organic mass if this mass has at least one enantiotropic thermotropic liquid-crystalline phase. In particular, such a component is detected which is operated at temperatures which are 0.1 to 30 ° C. above an enantiotropic transition from a liquid-crystalline phase to another liquid-crystalline phase or from the isotropic phase to a liquid-crystalline phase.

Das erfindungsmäßige Bauelement erfordert die Herbeiführung eines Druckunterschiedes. Die Existenzbereiche der beteiligten Phasen hängen neben dem Druck auch von der Temperatur ab, so daß Änderungen der Temperatur beim Betrieb berücksichtigt werden müssen.The component according to the invention requires the induction of one Pressure difference. The areas of existence of the phases involved depend not only on the pressure but also on the temperature, so changes the temperature during operation must be taken into account.

Herkömmliche Schmierstoffe verändern ihre Viskosität in Abhängigkeit vom Druck so geringfügig, daß es sehr hoher Drücke bedarf, um eine günstige Veränderung in den Reibungseigenschaften zu erhalten. Deshalb ist die Anwendbarkeit dieser Abhängigkeit auf mechanische Bauelemente - wie Wälzlager, Wälzkupplungen und Zahnradgetriebe - mit relativ kleinen Berührungsflächen bei großen Andrückkräften und hoher Elastizität der Werkstoffe der beteiligten festen Körper begrenzt. Auch die elektrorheologischen Flüssigkeiten sind bisher nicht einsetzbar, weil sie zur Sedimentation neigen. Ferner unterliegen die bewegten Maschinenteile einem Abrieb. Allgemein ist die Realisierung hoher elektrischer Feldstärken zwischen beweglichen, elektrisch leitenden Maschinenteilen nicht einfach.Conventional lubricants change their viscosity depending on of the pressure so small that very high pressures are required to achieve a to obtain favorable changes in the friction properties. That is why the applicability of this dependency to mechanical  Components - such as roller bearings, roller couplings and gear drives - with relatively small contact areas with large pressure forces and high elasticity of the materials of the solid bodies involved limited. The electrorheological fluids are also so far cannot be used because they tend to sedimentation. Furthermore subject to the moving machine parts wear. General is that Realization of high electric field strengths between movable, electrically conductive machine parts are not easy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in technisch einfacher Weise die Änderung der zwischen zwei gegeneinander bewegten festen Körpern wirksamen Reibungskraft zu ermöglichen.The invention has for its object in a technically simple Way the change of the fixed between two moving against each other To allow bodies effective frictional force.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen die gegeneinander beweglichen Körper eines mechanischen Bauelements eine thermotrope flüssigkristalline Masse oder eine zur Ausbildung einer oder mehrerer thermotroper flüssigkristalliner Phasen befähigte Masse gebracht wird und durch Änderung der Druckverhältnisse innerhalb dieser Masse ein Phasenübergang zwischen verschiedenen thermotropen flüssigkristallinen Phasen oder zwischen einer thermotropen flüssigkristallinen Phase und der isotropen Phase (Abk. I) herbeigeführt wird. Erschwert wird die Aufgabe dadurch, daß die Reibungskräfte, die sich in komplizierter Weise strömenden, anisotropen Medien einstellen, nicht vorausberechenbar sind und nicht angebbar ist, welche der zahlreichen Viskositätskoeffizienten der jeweils beteiligten Phasen hierfür ausschlaggebend sind.The object is achieved in that between the mutually movable body of a mechanical component thermotropic liquid crystalline mass or one to form a or several thermotropic liquid-crystalline phases is brought and by changing the pressure conditions within this mass a phase transition between different thermotropic liquid crystalline phases or between a thermotropic liquid crystalline phase and the isotropic phase (Abb. I) is brought about. The task is complicated by the fact that Frictional forces that flow in a complicated way, anisotropic Set media, cannot be calculated in advance and cannot be specified is which of the numerous viscosity coefficients of each involved phases are decisive for this.

Es wurde überraschend gefunden, daß sich erfindungsmäßige Vorrichtungen mit Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen mit einem Phasenübergang von einer isotropen zu einer smektischen Phase verwirklichen lassen. Hier sind die Übergänge I-S_B, I-S_A, I-S_C und I-S_E bevorzugt. Besonders bevorzugt ist der Übergang I-S_B.It has surprisingly been found that devices according to the invention with compounds or mixtures of compounds with a phase transition from an isotropic to a smectic phase can be implemented. The transitions IS _B , IS _A , IS _C and IS _{E are} preferred here. The transition IS _B is particularly preferred.

Es wurde ferner gefunden, daß sich erfindungsmäßige Vorrichtungen mit Verbindungen und Mischungen von Verbindungen mit einem Phasenübergang von der nematischen in eine smektische Phase realisieren lassen. Bevorzugt sind Phasenübergänge N-S_B und N-S_A. Besonders bevorzugt sind Verbindungen oder Mischungen mit einem Phasenübergang N-S_B.It has also been found that devices according to the invention with compounds and mixtures of compounds with a phase transition from the nematic to a smectic phase can be implemented. Phase transitions NS _B and NS _A are preferred. Compounds or mixtures with a phase transition NS _B are particularly preferred.

Es wurde auch überraschend gefunden, daß sich erfindungsmäßige Vorrichtungen mit Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen mit Phasenübergängen zwischen verschieden geordneten smektischen Phasen herstellen lassen. Bevorzugt sind die Übergänge S_B-S_A und S_C-S_A. Besonders bevorzugt ist der Phasenübergang S_B-S_A.It has also surprisingly been found that devices according to the invention with compounds or mixtures of compounds with phase transitions between differently ordered smectic phases can be produced. The transitions S _B -S _A and S _C -S _A are preferred. The phase transition S _B -S _A is particularly preferred.

Eingeschlossen in der vorliegenden Erfindung sind Bauelemente, die sich die mehrfach abgestufte Änderung der Reibungskraft zunutze machen, wenn bei steigendem oder fallendem Druck in der fluiden Schicht mehrere Phasenumwandlungen hintereinander durchlaufen werden. Durch Auswahl der eingesetzten Verbindungen und die Wahl ihrer Anteile in Mischungen können Phasenfolge und Druckintervalle der Phasen in weiten Bereichen eingestellt werden. Bevorzugte Phasenabfolgen bei steigendem Druck sind N-S_A-S_B, I-S_A-S_B, N-S_C-S_B, I-S_C-S_B, I-S_A-S_C-S_B, N-S_A-S_C-S_B und N-S_A-S_C-S_G.Included in the present invention are components which take advantage of the multiply graded change in the frictional force when, with increasing or falling pressure in the fluid layer, several phase changes are carried out in succession. By selecting the compounds used and choosing their proportions in mixtures, the phase sequence and pressure intervals of the phases can be set over a wide range. Preferred phase sequences with increasing pressure are NS _A -S _B , IS _A -S _B , NS _C -S _B , IS _C -S _B , IS _A -S _C -S _B , NS _A -S _C -S _B and NS _A -S _C -S _G.

Es wurde ebenfalls gefunden, daß sich erfindungsmäßige Vorrichtungen herstellen lassen, wenn die zwischen zwei gegeneinander beweglichen Körper befindliche organische Masse aus Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen besteht, die einen Phasenübergang von einer isotropen oder discoid-nematischen Phase zu einer discoid-columnaren Phase haben. Bevorzugt sind dabei Verbindungen oder Mischungen mit Übergängen von einer isotropen zu eine discoid-columnaren Phase.It has also been found that devices according to the invention Have it made if the two are movable against each other Body-based organic mass from compounds or mixtures consists of compounds that have a phase transition from an isotropic or discoid-nematic phase to a discoid-columnar phase to have. Compounds or mixtures with transitions are preferred from an isotropic to a discoid-columnar phase.

Ebenfalls eingeschlossen in der vorliegenden Erfindung sind Vorrichtungen, deren fluide organische Masse aus Verbindungen oder Mischungen aus Verbindungen bestehen, die sog. calamitische oder discoide Reentrant-Phasen bilden, also bei Druckhöhung z. B. die Phasenabfolge N-S_A-N oder N-S_A-I durchlaufen, wobei der Existenzbereich z. B. der S_A-Phase oberhalb des Druckintervalls einer nematischen Phase liegt.Also included in the present invention are devices whose fluid organic mass consist of compounds or mixtures of compounds which form so-called calamitic or discoid reentrant phases, that is to say when pressure increases, for. B. go through the phase sequence NS _A -N or NS _A -I, the area of existence z. B. the S _A phase is above the pressure interval of a nematic phase.

Es wurde auch gefunden, daß sich erfindungsmäßige mechanische Bauelemente mit Verbindungen der Formel I It has also been found that mechanical inventions Components with compounds of formula I.  

R¹-A-(Z¹-A¹) _m -(Z²-A²) _n -R² (I),R¹-A- (Z¹-A¹) _m - (Z²-A²) _n -R² (I),

worin
R¹, R² jeweils eine unsubstituierte oder substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nichtbenachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CO-, -OOC- oder -COO- ersetzt sein können,
R² auch H, F, Cl, CN oder COOH
A, A¹, A² jeweils unsubstituiertes oder durch 1 bis zwei F- oder Cl-Atome substituiertes 1,4-Phenylen, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N-Atome ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen und 1,4-Bicyclo[2.2.2]octylen,
Z¹, Z² jeweils -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -N=CH- oder die Einfachbindung und
m, n jeweils 0 oder 1wherein
R¹, R² each represent an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, in which one or two non-adjacent CH₂ groups can also be replaced by -O-, -CO-, -OOC- or -COO-,
R² also H, F, Cl, CN or COOH
A, A 1, A 2 each 1,4-phenylene which is unsubstituted or substituted by 1 or two F or Cl atoms, in which one or two CH groups can also be replaced by N atoms, 1,4-cyclohexylene and 1,4 Bicyclo [2.2.2] octylene,
Z¹, Z² each -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -N = CH- or the single bond and
m, n each 0 or 1

bedeuten, sowie Mischungen von Verbindungen der Formel I oder Mischungen, die vorwiegend aus Verbindungen der Formel I bestehen, herstellen lassen.mean, and mixtures of compounds of formula I or Mixtures consisting predominantly of compounds of the formula I have it made.

Die Bedeutung der Abkürzungen R¹, R², A, A¹, A², Z¹, Z², m und n ist die oben aufgeführte. Die ringförmigen Strukturelemente der Formel I, A, A¹ und A² werden wie folgt vereinfacht: PE steht für eine 1,4-Phenylengruppe, CY für eine 1,4-Cyclohexylengruppe und BO für eine 1,4-Bicyclo[2.2.2]octylengruppe.The meanings of the abbreviations R¹, R², A, A¹, A², Z¹, Z², m and n are those listed above. The ring-shaped structural elements of the formula I, A, A1 and A2 are simplified as follows: PE stands for a 1,4-phenylene group, CY for a 1,4-cyclohexylene group and BO for a 1,4-bicyclo [2.2.2] octylene group .

Die Verbindungen der Formel I umfassen also Verbindungen der Teilformeln Ia, Ib und Ic:The compounds of formula I thus include compounds of  Sub-formulas Ia, Ib and Ic:

R¹-A-R² (Ia)R¹-A-R² (Ia)

R¹-A-Z¹-A¹-R² (Ib)R¹-A-Z¹-A¹-R² (Ib)

R¹-A-Z¹-A¹-Z²-A²-R² (Ic).R¹-A-Z¹-A¹-Z²-A²-R² (Ic).

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel Ib. In den Formeln Ib und Ic bedeuten die Gruppen Z¹ und Z² vorzugsweise Einfachbindungen oder -CH₂CH₂-.Compounds of the formula Ib are particularly preferred. In the formulas Ib and Ic are preferably the groups Z 1 and Z 2 single bonds or -CH₂CH₂-.

Die Verbindungen der Formel Ia umfassen die bevorzugten Teilformeln Iaα und Iaβ:The compounds of the formula Ia comprise the preferred sub-formulas Ia α and Ia β :

R¹-PE-R² (Iaα)R¹-PE-R² (Ia α )

R¹-CY-R² (Iaβ).R¹-CY-R² (Ia β ).

Formel Ib umfaßt die bevorzugten Teilformeln Ibα und Ibβ:Formula Ib comprises the preferred sub-formulas Ib α and Ib β :

R¹-PE-Z¹-PE-R² (Ibα)R¹-PE-Z¹-PE-R² (Ib α )

R¹-CY-Z¹-CY-R² (Ibβ).R¹-CY-Z¹-CY-R² (Ib β ).

Die Verbindungen der Formel Ic umfassen die der bevorzugten Teilformeln Icα bis Icγ:The compounds of the formula Ic include those of the preferred sub-formulas Ic α to Ic γ :

R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-R² (Icα)R¹-CY-Z¹-PE-Z²-PE-R² (Ic α )

R¹-PE-Z¹-CY-Z²-PE-R² (Icγ)R¹-PE-Z¹-CY-Z²-PE-R² (Ic γ )

R¹-CY-Z¹-PE-Z²-CY-R² (Icγ).R¹-CY-Z¹-PE-Z²-CY-R² (Ic γ ).

Darunter sind die Verbindungen der Teilformeln Icβ und Icγ besonders bevorzugt.Among them, the compounds of the sub-formulas Ic β and Ic γ are particularly preferred.

Die Reste R¹ und R² sind vorzugsweise Alkyl und Alkoxy, für R² sind außerdem die Carbonitrilgruppe und die Carbonsäuregruppe bevorzugt.R¹ and R² are preferably alkyl and alkoxy, for R² are also preferred the carbonitrile group and the carboxylic acid group.

A, A¹ und A² sind vorzugsweise CY, PE oder BO. Die Alkylreste in den Resten R¹ und R² können unverzweigt oder verzweigt sein. Vorzugsweise sind sie unverzweigt und bedeuten Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonnyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl oder Octadecyl.A, A¹ and A² are preferably CY, PE or BO. The alkyl residues in the radicals R¹ and R² can be unbranched or branched. They are preferably unbranched and are methyl, ethyl, propyl, Butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonnyl, decyl, undecyl, dodecyl, Tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl or octadecyl.

Die Verbindungen der Formel I sind teilweise noch nicht beschrieben. Sie werden nach allgemein bekannten Methoden hergestellt. Sie sind beispielsweise der Reihe Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, zu entnehmen.Some of the compounds of the formula I have not yet been described. They are manufactured using generally known methods. you are  for example the series Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart.

Verbindungen der Formel I können eines oder mehrere asymmetrische C-Atome enthalten. In diesem Fall werden von der Formel I neben optisch aktiven Enantiomeren auch Enantiomerengemische und Racemate umfaßt.Compounds of formula I can have one or more asymmetric Contain carbon atoms. In this case, the formula I next to optically active enantiomers also enantiomer mixtures and racemates includes.

Die an sich stabilen Verbindungen der Formel I können zur Verlangsamung von Autoxidationsreaktionen, die bei Luftzutritt in bei hohen Temperaturen betriebenen mechanischen Bauelementen stattfinden, bis zu 1 Gewichtsprozent eines Antioxidants, wie Hydrochinon oder 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol enthalten.The compounds of formula I, which are stable per se, can slow down of auto-oxidation reactions that occur when entering air at high temperatures operated mechanical components take place up to 1 percent by weight of an antioxidant such as hydroquinone or Contain 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol.

Geeignete Mischungen enthalten 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Verbindungen der Formel I. Ebenfalls geeignete Mischungen können neben einer oder mehreren Verbindungen der Formel I weitere Komponenten enthalten. Solche Mischungen enthalten 5 bis 99,9 Gewichtsprozent, vorzugsweise 30 bis 95, einer oder mehrerer Verbindungen der Formel I. Die zusätzlichen Komponenten solcher Mischungen können cyclische und nichtcyclische Kohlenwasserstoffe, die einen bis fünf gleiche oder verschiedene Reste aus der GruppeSuitable mixtures contain 2 to 10, preferably 2 to 5 Compounds of formula I. Suitable mixtures can also in addition to one or more compounds of the formula I, further components contain. Such mixtures contain 5 to 99.9 percent by weight, preferably 30 to 95, one or more compounds of the formula I. The additional components of such mixtures can be cyclic and noncyclic hydrocarbons that are one to five of the same or various residues from the group

-OH, -F, -Cl, -CN,-OH, -F, -Cl, -CN,

enthalten oder unsubstituiert sind, flüssigkristalline Haupt- oder Seitenkettenpolymere oder die o. g. Antioxidantien sein.contain or are unsubstituted, liquid crystalline main or Side chain polymers or the above. Be antioxidants.

In einem erfindungsmäßigen Maschinenelement kann bei Anhebung des statischen Druckes im Schmierspalt eines Gleitlagers oder zweier gegeneinander beweglicher Metallscheiben durch drastische Viskositätszunahme - etwa bei einem Phasenübergang von nematisch nach S_B - eine Bremswirkung erzielt werden. Hierbei kann der statische Druck in der organischen Masse von außen durch einen zusätzlichen Hydraulikkolben verändert werden. Voraussetzung ist die genügende Abdichtung des von der organischen Masse eingenommenen Raumes. Die Bremsleistung eines solchen Bauelements wird mitbestimmt durch die Wärmeabführung aus dem Schmierspalt. In a machine element according to the invention, a braking effect can be achieved by increasing the static pressure in the lubrication gap of a plain bearing or two metal disks that can move against one another by drastically increasing the viscosity - for example with a phase transition from nematic to S _B. The static pressure in the organic mass can be changed from the outside by an additional hydraulic piston. A prerequisite is the adequate sealing of the space occupied by the organic mass. The braking power of such a component is also determined by the heat dissipation from the lubrication gap.

Die Verwendung des erfindungsmäßigen mechanischen Bauelements als Kupplung ist auf die gleiche Weise realisierbar.The use of the mechanical component according to the invention as Coupling can be implemented in the same way.

Eingeschlossen in die Erfindung ist ein mechanisches Bauelement, in welchem die Bewegungsabläufe durch die Druckabhängigkeit der Viskosität eines zu transportierenden Mediums mitbestimmt werden. Hierbei ermöglicht der Einsatz eines organischen Mediums mit einem oder mehreren druckabhängigen Übergängen zwischen flüssigkristallinen Phasen oder einer flüssigkristallinen Phase und der isotropen flüssigen Phase die Herstellung eines hydraulischen Dämpfers, der Lasten aus sehr unterschiedlichen Größenordnungsbereichen aufnehmen kann, wobei je nach Phasenzugehörigkeit verschiedene Dämpfungskonstanten anzusetzen sind. Die Temperatur durch die Kompressionsarbeit an der fluiden organischen Masse ist für die Praxis von untergeordneter Bedeutung.Included in the invention is a mechanical component, in which the movement sequences through the pressure dependence of the viscosity of a medium to be transported. Here allows the use of an organic medium with a or several pressure-dependent transitions between liquid crystalline Phases or a liquid crystalline phase and the isotropic liquid Phase the manufacture of a hydraulic damper that loads out can accommodate very different order of magnitude, whereby to set different damping constants depending on the phase affiliation are. The temperature due to the compression work on the fluid organic matter is of minor importance in practice.

Ein erfindungsmäßiges mechanisches Bauelement ermöglicht die Herabsetzung von Verschleiß bei der reibschlüssigen Übertragung von Kräften. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bereits bei relativ geringen Anpreßdrücken eine Erhöhung der Viskosität und somit ein Übergang von Mischreibung zu Flüssigkeitsreibung auftritt, wenn bei Druckerhöhung ein Phasenübergang von nematisch oder isotrop nach S_B oder S_E erfolgt. Der Einsatz von Verbindungen der Formel I und ihren Mischungen in dem erfindungsmäßigen mechanischen Bauelement stellt eine Verbesserung von Getrieben dar, die sog. Traction-Fluids verwenden (vgl. O. Dittrich, VDI-Berichte 680, S. 201-219 [1988]).A mechanical component according to the invention enables wear to be reduced during the frictional transmission of forces. Here, the fact is exploited that an increase in viscosity and thus a transition from mixing friction occurs even at relatively low contact pressures to fluid friction when carried out at a pressure increasing phase transition from nematic or isotropic by S _B or S _E. The use of compounds of the formula I and their mixtures in the mechanical component according to the invention represents an improvement in transmissions which use so-called traction fluids (cf. O. Dittrich, VDI reports 680, pp. 201-219 [1988]). .

Die Verbindungen der Formel I und ihre Mischungen benetzen Metalloberflächen und Keramikoberflächen in ausgezeichneter Weise.Wet the compounds of formula I and their mixtures Metal surfaces and ceramic surfaces in an excellent way.

Ein erfindungsmäßiges mechanisches Bauelement kann als Viskokupplung (W. Peschke, SAE Technical Paper Series, Nr. 860 386, Detroit [1986]) verwendet werden, wenn durch Druckerhöhung während des Kupplungsvorganges trotz der eintretenden Temperaturerhöhung gegenüber dem ausgekuppelten Zustand eine Viskositätszunahme oder auch eine nur geringe Viskositätszunahme erfolgt. Auf diese Weise können auch die Nachteile, die sich aus der Verwendung der schlecht benetzenden Silikonöle ergeben, vermieden werden. A mechanical component according to the invention can be used as a viscous coupling (W. Peschke, SAE Technical Paper Series, No. 860 386, Detroit [1986]) be used if by increasing the pressure during the coupling process despite the temperature increase compared to disengaged state an increase in viscosity or just one slight increase in viscosity occurs. In this way, the Disadvantages arising from the use of poorly wetting Silicone oils result, can be avoided.  

Günstig für die Anwendung von flüssigen Kristallen in dem erfindungsmäßigen mechanischen Bauelement ist die Tatsache, daß die Übergänge zwischen verschiedenen flüssigkristallinen Phasen sowie zwischen flüssigkristallinen Phasen und der isotropen Phase reversibel und mit nur geringen zeitlichen Verzögerungen erfolgen.Favorable for the application of liquid crystals in the Mechanical component according to the invention is the fact that the Transitions between different liquid crystalline phases as well reversible between liquid crystalline phases and the isotropic phase and take place with only slight delays.

Der Vorteil des erfindungsmäßigen mechanischen Bauelements aus mit veränderbarer Reibungskraft gegeneinander beweglichen festen Körpern oder Teilen von Körpern gegenüber elektrorheologisch gesteuerten Bauelementen ist seine einfache Konstruktion und seine störungsunanfällige Arbeitsweise. Sein Vorteil gegenüber herkömmlichen reibschlüssigen Kupplungen und Übertragungsgetrieben ist der geringe auftretende Verschleiß.The advantage of the mechanical component according to the invention with changeable friction force against movable solid bodies or parts of bodies compared to electrorheologically controlled ones Components is its simple construction and its failure-prone Way of working. Its advantage over conventional frictional Clutches and transmission gears is the minor wear and tear.

Beispiel 1Example 1

Ein hydraulischer Dämpfer (Fig. 1) zur Aufnahme von Kräften aus zwei sich in ihrer Größenordnung sehr unterscheidenden Belastungsbereichen besteht aus einem Stahlzylinder (1) mit einem lichten Durchmesser von 28 mm, einem darin beweglichen Hydraulikkolben (2) mit einem skizzierten - allgemein bekannten - Dichtungssystem und einer Rohrleitung (3) von insgesamt 250 mm Länge und 2,0 mm lichtem Durchmesser, die vom Kolbenraum in einen offenen Behälter (4) reicht. In Kolbenraum, Rohrleitung und Vorratsgefäß befindet sich ein zusammenhängendes, luftblasenfreies, von der VerbindungA hydraulic damper ( Fig. 1) for absorbing forces from two load ranges which differ in magnitude very much consists of a steel cylinder ( 1 ) with a clear diameter of 28 mm, a hydraulic piston ( 2 ) movable therein with a sketched - generally known - Sealing system and a pipe ( 3 ) of a total of 250 mm in length and 2.0 mm in diameter, which extends from the piston chamber into an open container ( 4 ). There is a coherent, air-bubble-free connection in the piston chamber, pipeline and storage vessel

ausgefülltes Volumen. Diese Verbindung hat eine Übergangstemperatur zwischen der smektischen A zur nematischen Phase von 32,5°C. Dem bei 35°C befindlichen System wird nun eine Last von 12 000 N (Newton) aufgegeben. Der Kolben benötigt für die Zurücklegung einer Strecke von 65 mm 3,0 s. Bei Aufgabe einer Last von nur 185 N und sonst gleichen Ausgangsbedingungen beträgt diese Zeit 3,5 s.filled volume. This connection has a transition temperature between the smectic A to the nematic phase of 32.5 ° C. The at 35 ° C, a load of 12,000 N (Newton)  given up. The piston needs to cover a distance of 65 mm 3.0 s. When applying a load of only 185 N and otherwise the same starting conditions, this time is 3.5 s.

Beispiel 2Example 2

trans, trans-4-Methoxy-4′-pentyl-bicyclohexyl hat bei Normaldruck (1 bar) eine Übergangstemperatur von S_b nach I von 29°C. In der in Beispiel 1 gegebenen Anordnung unter den gleichen Bedingungen läßt sich mit dieser Verbindung bei hohen Drücken eine wesentlich höhere Dämpfungskonstante als bei Normaldruck erzielen.trans, trans-4-methoxy-4'-pentyl-bicyclohexyl has a transition temperature from S _b to I of 29 ° C at normal pressure (1 bar). In the arrangement given in Example 1 under the same conditions, this connection can achieve a much higher damping constant at high pressures than at normal pressure.

Claims (11)

1. Mechanisches Bauelement aus mit veränderlicher Reibungskraft gegeneinander beweglichen, durch eine fluide organische Masse von einander getrennten festen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes in der fluiden organischen Masse ein Phasenübergang zwischen verschiedenen thermotropen flüssigkristallinen Phasen oder zwischen einer thermotropen flüssigkristallinen Phase und der isotropen flüssigen Phase herbeigeführt wird.1. Mechanical component of mutually movable with variable frictional force, separated by a fluid organic mass from each other solid bodies, characterized in that by changing the pressure in the fluid organic mass, a phase transition between different thermotropic liquid-crystalline phases or between a thermotropic liquid-crystalline phase and the Isotropic liquid phase is brought about. 2. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes ein Übergang zwischen einer smektischen und einer nematischen Phase herbeigeführt wird.2. Mechanical component according to claim 1, characterized in that that by changing the pressure a transition between one smectic and a nematic phase is brought about. 3. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes ein Übergang zwischen einer smektischen und der isotropen Phase herbeigeführt wird.3. Mechanical component according to claim 1, characterized in that that by changing the pressure a transition between one smectic and the isotropic phase is brought about. 4. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes ein Übergang zwischen einer smektischen und einer anderen smektischen Phase herbeigeführt wird.4. Mechanical component according to claim 1, characterized in that that by changing the pressure a transition between one smectic and another smectic phase becomes. 5. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes ein Übergang zwischen einer discoid-columnaren Phase und einer discoid-nematischen Phase herbeigeführt wird.5. Mechanical component according to claim 1, characterized in that by changing the pressure a transition between one discoid-columnar phase and a discoid-nematic phase is brought about. 6. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes ein Übergang zwischen einer discoid-columnaren und der isotropen Phase herbeigeführt wird.6. Mechanical component according to claim 1, characterized in that that by changing the pressure a transition between one discoid-columnar and the isotropic phase is brought about. 7. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung des Druckes ein Übergang zwischen einer phasmidischen Phase und der isotropen Phase herbeigeführt wird. 7. Mechanical component according to claim 1, characterized in that that by changing the pressure a transition between one phasmid phase and the isotropic phase is brought about.   8. Mechanisches Bauelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die fluide organische Masse mindestens eine Verbindung der Formel I enthält R¹-A-(Z¹-A¹) _m -(Z²-A²) _n -R² I,worin
R¹, R² jeweils eine unsubstituierte oder substituierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nichtbenachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CO-, -OOC- oder -COO- ersetzt sein können,
R² auch H, F, Cl, CN oder COOH,
A, A¹, A² jeweils unsubstituiertes oder durch 1 bis zwei F- oder Cl-Atome substituiertes 1,4-Phenylen, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N-Atome ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen und 1,4-Bicyclo[2.2.2]octylen,
Z¹, Z² jeweils -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -N=CH- oder die Einfachbindung und
m, n jeweils 0 oder 1
bedeuten.8. Mechanical component according to claim 1 to 7, characterized in that the fluid organic mass contains at least one compound of formula I R¹-A- (Z¹-A¹) _m - (Z²-A²) _n -R² I, wherein
R¹, R² each represent an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, in which one or two non-adjacent CH₂ groups can also be replaced by -O-, -CO-, -OOC- or -COO-,
R² also H, F, Cl, CN or COOH,
A, A 1, A 2 each 1,4-phenylene which is unsubstituted or substituted by 1 or two F or Cl atoms, in which one or two CH groups can also be replaced by N atoms, 1,4-cyclohexylene and 1,4 Bicyclo [2.2.2] octylene,
Z¹, Z² each -CH₂CH₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OOC-, -N = CH- or the single bond and
m, n each 0 or 1
mean. 9. Verwendung eines mechanischen Bauelements nach Anspruch 1 bis 7 als hydraulische Vorrichtung. 9. Use of a mechanical component according to claim 1 to 7 as a hydraulic device.   10. Verwendung des mechanischen Bauelements nach Anspruch 1 bis 7 als Bremse.10. Use of the mechanical component according to claim 1 to 7 as a brake. 11. Verwendung des mechanischen Bauelements nach Anspruch 1 bis 7 als Kupplung.11. Use of the mechanical component according to claim 1 to 7 as a clutch.