DE102006023219A1

DE102006023219A1 - Fluidzusammensetzungen für Doppelkupplungsgetriebe

Info

Publication number: DE102006023219A1
Application number: DE102006023219A
Authority: DE
Inventors: Ramnath N. Iyer; Samuel H. Tersigni; Jeffrey L. Milner
Original assignee: Afton Chemical Corp
Current assignee: Afton Chemical Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2006-11-23
Also published as: CN1880419A; KR20060120460A; JP2006328393A; US20060264340A1; KR100731562B1

Abstract

Es sind eine Zusatzstoffzusammensetzung und ein Schmierfluid offenbart, die eine hohe Stabilität bei Reibung von Stahl auf Papier, gute Leistungseigenschaften bei extremem Druck von Metall auf Metall und eine gute Synchronisierungsleistung bereitstellen. Das Schmierfluid umfasst ein Grundöl, ein Succinimid-Dispergiermittel, einen Succinimid-Reibungsmodifikator und ein Phosphonat. Es ist auch ein Verfahren zum Schmieren eines Doppelkupplungsgetriebes mit dem Schmierfluid der Offenbarung offenbart, bei dem mehrere nasslaufende Kupplungen verwendet werden.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Schmiermittel und ein Verfahren zum Schmieren eines Doppelkupplungs-Automatikgetriebes, das mehrere nasslaufende Kupplungen hat.

Bei Doppelkupplungsgetrieben, die auch als Zweifachkupplungs- oder Zwillingskupplungsgetriebe bekannt sind, kennt man eine ganze Reihe von Bauarten. Doppelkupplungsgetriebe verwenden bekanntermaßen entweder trocken laufende oder nasslaufende Kupplungen. Einige Doppelkupplungsgetriebe, die nasslaufende Kupplungen verwenden, beinhalten hydrodynamische Drehmomentwandler. Beispielsweise ist in der europäischen Veröffentlichung EP 1 052 421 A , 15. November 2000, ein Mehrfachkupplungssystem für ein Getriebe offenbart, das zwei zueinander koaxiale Mehrscheibenkupplungen hat, wobei die Kupplungen jeweils einer von zwei Wellen zugeordnet sind. Die beiden Kupplungen sind in einer dicht abgeschlossenen Kammer angeordnet, die Schmieröl enthält.

Volkswagen z.B. hat in Europa ein automatisch schaltendes Doppelkupplungsgetriebe (DCT = dual clutch transmission) bzw. Doppelkupplungs-Automatikgetriebe eingeführt. Fortlaufende Verbesserungen bei der Konstruktion und Leistungsfähigkeit von Automatikgetriebe- und Nassbremssystemen, und auch bei reibungsabhängigen Schmierstoffen, erfordern damit einhergehende beständige Verbesserungen bei der Konstruktion und Leistungsfähigkeit von Automatikgetriebefluiden, Fluiden für Nassbremssysteme, und Zusatzstoffgebinden (Konzentrate), die bei der Formulierung von Automatikgetriebefluiden und Nassbremsfluiden verwendet werden.

DCTs verfügen über ein automatisches Direktschaltgetriebe (DSG = direct shifting gearbox), das mit einer eingebauten Doppelkupplung versehen ist. Diese DCTs sind dazu ausgelegt, eine bessere Kraftstoffausnutzung bereitzustellen. Diese DCTs unterscheiden sich aber von automatischen manuellen Getrieben, weil die DCTs typischerweise keinen Drehmomentwandler enthalten. Stattdessen wird die Koordination von manuellen Getrieberädern durch den Einsatz von zwei nasslaufenden Kupplungen erreicht. Im Ergebnis leiten sich die Leistungsanforderungen für Fluide zum Schmieren von DCTs sowohl von Schmierstoffen für manuelle Getriebe als auch von Schmierstoffen für Automatikgetriebe ab. Die Synchronisierung, das Leistungsvermögen bei extremem Druck, das Leistungsvermögen bei einer Reibpaarung von Stahl auf Stahl und/oder die Stabilität bei der Reibung von Stahl auf Papier können für diese DCTs von hohem Stellenwert sein.

In der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP 0 020 037 ist eine Schmierölzusammensetzung offenbart, die eine reibungsverringernde Menge eines Zusatzstoffes enthält, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem in Öl löslichen, aliphatischen kohlenwasserstoffsubstituierten Succinimid und Succinamid sowie Mischungen daraus besteht, wobei der Kohlenwasserstoffsubstituent ca. 12 bis 36 Kohlenstoffatome enthält. Ähnliche Reibungsmodifikatoren zum Einsatz in Automatikgetriebefluiden sind in den US-Patenten Nr. 5,171,466; 5,312,555; 5,328,619; 5,358,652; 5,464,549; 5,505,868; 5,652,201; und 5,817,605 offenbart.

Der Einsatz von auf Succinimid basierenden und aus Aminen hergestellten Reibungsmodifikatoren mit niedrigem Molekulargewicht in Automatikgetriebefluiden ist in den US-Patenten Nr. 5,750,476; 5,811,377; 5,840,662; 5,942,472; 6,225,266; und 6,337,309; und in der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP 0 975 714 offenbart.

Der Einsatz von Phosphonaten in verschiedenen funktionalen Fluiden wie Motoröl, Automatikgetriebefluiden, Getriebeölen und Kraftübertragungsfluiden ist in mindestens einer der folgenden Veröffentlichungen offenbart: in den US-Patenten Nr. 4,158,633; 4,325,827; und 3,206,401; in der britischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer GB 1,247,541 und in den internationalen veröffentlichten Patentanmeldungen Nr. WO 98/47989, WO 90/09425, und WO 90/09386.

Dementsprechend besteht in der Technik ein Bedarf an verbesserten Schmierstoffzusammensetzungen und an Verfahren zur Anwendung in Verbindung mit automatisch schaltenden Doppelkupplungsgetrieben (DCTs).

ZUSAMMENFASSUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

In einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Zusatzstoffzusammensetzung für ein Getriebefluid zum Einsatz in Doppelkupplungs-Automatikgetrieben. Der Zusatzstoff enthält wenigstens ein Dispergiermittel, einen Reibungsmodifikator und ein Phosphonat. Dieser Zusatzstoff dient bei Automatikgetriebefluiden, um die für die Einsatz von solchen Fluiden in Doppelkupplungs-Automatikgetrieben bestehenden Leistungsanforderungen zu erfüllen.

In einem anderen Aspekt kann die Zusatzstoffzusammensetzung mit einem Grundöl kombiniert werden, um ein Automatikgetriebefluid zu ergeben, das dahingehend nützlich ist, die bei Doppelkupplungs-Automatikgetrieben herrschenden Leistungsanforderungen zu erfüllen.

In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit bei der Reibung von Stahl auf Stahl, zur Stabilisierung der Reibung von Stahl auf Stahl, und/oder zur Bereitstellung einer guten Synchronisierungsleistung, indem ein Getriebe mit einer Getriebeschmiermittelzusammensetzung geschmiert wird, die eine größere Menge eines Grundöls sowie eine wie hier beschriebene Zusatzstoffzusammensetzung enthält.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Schmieren eines Doppelkupplungs-Autommatikgetriebes mit einer Schmierstoffzusammensetzung, die eine größere Menge eines Grundöls sowie eine wie hier beschriebene Zusatzstoffzusammensetzung enthält.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Zusatzstoffzusammensetzung zur Verwendung in Getriebefluiden. Der Zusatzstoff enthält zumindest ein Dispergiermittel, einen Reibungsmodifikator und ein Phosphonat. Dieser Zusatzstoff ist in Automatikgetriebefluiden nützlich, um die für den Einsatz solcher Fluide geltenden Leistungsanforderungen zu erfüllen, wie sie z.B. bei Doppelkupplungsgetrieben (DCTs) bestehen. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können ein verbessertes Leistungsvermögen in Bezug auf die Reibung von Stahl auf Stahl sowie auf die Reibung von Stahl auf Papier zeigen, ein verbessertes Leistungsvermögen bei extremen Druckbedingungen, und eine verbesserte Synchronisierungsleistung. Die vorliegende Erfindung trägt insbesondere dazu bei, eine gute Synchronisierungsleistung bei Synchronisierungssystemen zu erbringen, in denen z.B. Sinterbeläge oder auf Kohlenstoff basierende Beläge verwendet werden, die in Doppelkupplungs-Getriebesystemen verwendet werden können.

Ein Vorteil der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass diese Zusammensetzungen im Wesentlichen frei von Zink sind. Mit „im Wesentlichen frei von Zink" ist gemeint, dass die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung Zink als Verunreinigung enthalten können, und dass diese Zusammensetzungen ohne die Zugabe von metallischem Zink oder metallischen Zinkverbindungen formuliert werden, mit Ausnahme von Zink oder Zinkverbindungen, die als geringfügige Verunreinigung in einem oder mehreren der Bestandteile der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung vorhanden sein können.

Dispergiermittel

Bei einem Bestandteil der Zusatzstoffzusammensetzung der vorliegenden Offenbarung kann es sich um einen oder mehrere herkömmliche, aschfreie Dispergiermittel handeln. Geeignete aschfreie Dispergiermittel sind diejenigen mit basischem Stickstoff und/oder zumindest einer Hydroxylgruppe im Molekül, wie z.B. ein Succinimid-Dispergiermittel, Succinamid-Dispergiermittel, Bernsteinsäureester-Dispergiermittel, Bernsteinsäureesteramid-Dispergiermittel, ein Dispergiermittel aus einer Mannich-Base, oder ein Hydrocarbylamin-Dispergiermittel oder Polyamin-Dispergiermittel.

Verfahren zur Herstellung der vorgenannten Arten von aschfreien Dispergiermitteln sind den Fachleuten bekannt; über diese Verfahren wird in der Patentliteratur berichtet. Die Synthese von verschiedenen aschfreien Dispergiermitteln der vorgenannten Arten sind z.B. in folgenden Patenten beschrieben: US-Patente Nr. 2,459,112; 2,962,442, 2,984,550; 3,036,003; 3,163,603; 3,166,516; 3,172,892; 3,184,474; 3,202,678; 3,215,707; 3,216,936; 3,219,666; 3,236,770; 3,254,025; 3,271,310; 3,272,746; 3,275,554; 3,281,357; 3,306,908; 3,311,558; 3,316,177; 3,331,776; 3,340,281; 3,341,542; 3,346,493; 3,351,552; 3,355,270; 3,368,972; 3,381,022; 3,399,141; 3,413,347; 3,415,750; 3,433,744; 3,438,757; 3,442,808; 3,444,170; 3,448,047; 3,448,048; 3,448,049; 3,451,933; 3,454,497; 3,454,555; 3,454,607; 3,459,661; 3,461,172; 3,467,668; 3,493,520; 3,501,405; 3,522,179; 3,539,633; 3,541,012; 3,542,680; 3,543,678; 3,558,743; 3,565,804; 3,567,637; 3,574,101; 3,576,743; 3,586,629; 3,591,598; 3,600,372; 3,630,904; 3,632,510; 3,632,511; 3,634,515; 3,649,229; 3,697,428; 3,697,574; 3,703,536; 3,704,308; 3,725,277; 3,725,441; 3,725,480; 3,726,882; 3,736,357; 3,751,365; 3,756,953; 3,793,202; 3,798,165; 3,798,247; 3,803,039; 3,804,763; 3,836,471; 3,862,981; 3,936,480; 3,948,800; 3,950,341; 3,957,854; 3,957,855; 3,980,569; 3,991,098; 4,071,548; 4,173,540; 4,234,435; 5,137,980; 5,652,201; und Re 26,433, die hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Andere geeignete Dispergiermittel finden sich z.B. in den US-Patenten 5,198,133; 5,256,324; 5,389,273; und 5,439,606, die hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
In einigen Ausführungsformen kann das aschfreie Dispergiermittel ein oder mehrere Alkenylsuccinimide eines Amins mit zumindest einer primären Aminogrup pe aufweisen, die zur Bildung einer Imidgruppe in der Lage ist. Die Alkenylsuccinimide lassen sich mit herkömmlichen Verfahren bilden, z.B. durch Erhitzen eines/einer Alkenyl-Bernsteinsäureanhydrids, Alkenylbernsteinsäure, -säureesters, -säurehalogenids oder niedrigen Alkylesters mit einem Amin, das zumindest eine primäre Aminogruppe enthält. Das Alkenyl-Bersteinsäureanhydrid lässt sich leicht durch Erhitzen eines Gemischs aus Polyolefin und Maleinanhydrid auf ca. 180° bis 220 °C herstellen. Das Polyolefin kann ein Polymer oder Copolymer eines niedrigen Monoolefins wie Ethylen, Propylen, Isobuten und dgl. sein, das eine mittlere Molekulargewichtszahl im Bereich von ca. 900 bis ca. 3000 hat, bestimmt durch Gel-Permeationschromatographie (GPC = gel permeation chromatography).
Zu den Aminen, die bei der Bildung des aschfreien Dispergiermittels verwendet werden können, zählen alle, die mindestens eine primäre Aminogruppe haben, die so zur Reaktion kommen kann, dass sich eine Imidgruppe bildet, und wenigstens eine zusätzliche primäre oder sekundäre Aminogruppe und/oder zumindest eine Hydroxylgruppe. Einige repräsentative Beispiele sind: N-Methylpropandiamin, N-Dodecylpropandiamin, N-Aminopropylpiperazin, Ethanolamin, N-Ethanolethylendiamin, und dgl.
Geeignete Amine können Alkylenpolyamine umfassen, wie z.B. Propylendiamin, Dipropylentriamin, Di-(1,2-butylen)triamin, und Tetra-(1,2-propylen)pentamin. Ein weiteres Beispiel umfasst die Ethylenpolyamine, die durch die Formel H₂N(CH₂CH₂NH)_nH dargestellt werden können, wobei n eine ganze Zahl von ca. 1 bis ca. 10 sein kann. Diese umfassen: Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, und dgl., einschließlich deren Mischungen, in welchem Falle dann n der gemittelte Wert des Gemischs ist. Diese dargestellten Ethylenpolyamine haben eine primäre Amingruppe an jedem Ende, so dass sie Mono-Alkenylsuccinimide und Bis-Alkenylsuccinimide bilden können. Im Handel erhältliche Ethylenpolyamin-Mischungen können geringere Mengen von verzweigten Arten und zyklischen Arten wie N-Aminoethylpiperazin, N,N'-Bis(aminoethyl)piperazin, N,N'-Bis(piperazinyl)ethan, und dgl. Verbindungen enthalten. Die handelsüblichen Mischungen können annähernd gleiche Gesamtzusammensetzungen aufweisen, die in den Bereich fallen, der Diethylentriamin bis zu Tetraethylenpentamin entspricht. Das molare Verhältnis von Polyalkenyl-Bernsteinsäureanhydrid zu Polyalkylenpolyaminen kann von ca. 1:1 bis zu ca. 2,4:1 betragen.
Die aschfreien Dispergiermittel aus einer Mannich-Base können gebildet werden, indem ca. ein molarer Anteil eines langkettigen kohlenwasserstoffsubstituierten Phenols mit ca. 1 bis ca. 2,5 Mol Formaldehyd und ca. 0,5 bis ca. 2 Mol Polyalkylenpolyamin kondensiert wird.
In einigen Ausführungsformen kann das aschfreie Dispergiermittel die Produkte der Reaktion eines Polyethylenpolyamins, z.B. Triethylentetramin oder Tetraethylenpentamin, mit einer kohlenwasserstoffsubstituierten Carboxylsäure oder einem kohlenwasserstoffsubstituierten Carboxylsäureanhydrid umfassen, die/das durch die Reaktion eines Polyolefins, z.B. Polyisobuten mit geeignetem Molekulargewicht, mit einer ungesättigten Polycarboxylsäure oder einem ungesättigtem Polycarboxylanhydrid, z.B. Maleinanhydrid, Maleinsäure, Fumarsäure oder dgl. gebildet wird, einschließlich Mischungen von zwei oder mehreren dieser Substanzen.
Das Dispergiermittel kann in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 6 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung, vorliegen. Als weiteres Beispiel kann das Dispergiermittel in einer Menge von ca. 2 Gew.-% bis ca. 4 Gew.-% in der Schmierstoffzusammensetzung (oder dem fertigen Fluid) vorhanden sein. Das Dispergiermittel kann in einer Menge von ca. 10 Gew.-% bis ca. 60 Gew.-% in der Zusatzstoffzusammensetzung vorhanden sein.
Borhaltiges Dispergiermittel
In bestimmten Ausführungsformen kann die Zusatzstoffzusammensetzung zumindest ein borhaltiges Dispergiermittel aufweisen, wobei das borhaltige Dispergiermittel frei von Phosphor ist. Das borhaltige Dispergiermittel kann gebildet werden, indem ein aschfreies Dispergiermittel mit basischem Stickstoff und/oder zumindest einer Hydroxylgruppe im Molekül boriert wird, wie z.B. ein Succinimid-Dispergiermittel, Succinamid-Dispergiermittel, Bernsteinsäureester-Dispergiermittel, Bernsteinsäureesteramid-Dispergiermittel, ein Dispergiermittel aus einer Mannich-Base, oder ein Dispergiermittel aus einem Kohlenwasserstoffamin oder Polyamin. Verfahren, die zum Borieren der verschiedenen Arten von aschfreien, zuvor beschriebenen Dispergiermitteln verwendet werden können, sind in den US-Patenten Nr. 3,087,936; 3,254,025; 3,281,428; 3,282,955; 3,338,832; 3,344,069; 3,533,945; 3,658,836; 3,703,536; 3,718,663; 4,455,243; und 4,652,387 beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann ein borhaltiges Dispergiermittel z.B. ein boriertes Polyisobutylen-Succinimid oder Bis-Succinimid oder eine Mischung davon enthalten. Das Polyisobutylen kann ein Molekulargewicht von ca. 210 bis ca. 1300 amu, als weiteres Beispiel ca. 900 bis 1300 amu, und als noch weiteres Beispiel ca. 1200 bis ca. 1300 amu haben.
Ein borhaltiges Dispergiermittel kann ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 0,7 Gew.-% Bor aufweisen. Als weiteres Beispiel kann ein borhaltiges Dispergiermittel ca. 0,25 Gew.-% bis ca. 0,7 Gew.-% Bor enthalten.
Phosphorhaltiges Dispergiermittel
In bestimmten Ausführungsformen kann die Zusatzstoffzusammensetzung zumindest ein phosphorhaltiges Dispergiermittel umfassen, z.B. ein phosphoryliertes Dispergiermittel. Das phosphorhaltige Dispergiermittel lässt sich durch Phosphorylieren eines nicht borierten Dispergiermittels oder eines borierten Dispergiermittels herstellen.
Wenn das Dispergiermittel sowohl Phosphor als auch Bor enthält, kann das phosphor- und borhaltige Dispergiermittel ein phosphoryliertes und boriertes Polyisobutylen-Succinimid oder Bis-Succinimid oder eine Mischung daraus umfassen. Das Phosphor und Bor enthaltende Dispergiermittel kann ein Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von ca. 900 amu umfassen. Darüber hinaus kann das Phosphor und Bor enthaltende Dispergiermittel das Reaktionsprodukt eines Polyisobutylen-Succinimids mit einer Borsäure (also B(OH)₃) und einer Phosphorsäure (also H₃PO₃) aufweisen.
Bor und Phosphor können in einer Gesamtmenge von beispielsweise ca. 200 ppm oder mehr in der Schmierstoffzusammensetzung (oder dem fertigen Fluid) vorhanden sein. Als weiteres Beispiel können Bor und Phosphor in einer Gesamtmenge von beispielsweise ca. 400 ppm oder mehr in der Schmierstoffzusammensetzung vorhanden sein.
Reibungsmodifikator
Die Zusatzstoff- und/oder Schmierstoffzusammensetzungen können eine die Reibung verbessernde Menge eines Reibungsmodifikators enthalten, wie z.B. eine Menge, die die Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Reibung von Stahl auf Stahl, die Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Reibung von Stahl auf Papier, und/oder die Synchronisierungsleistung verbessert.
Reibungsmodifikatoren, die sich zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung eignen, umfassen solche Verbindungen wie aliphatische Fettamine oder alkoxylierte aliphatische Fettamine, alkoxylierte aliphatische Etheramine, aliphatische Carboxylsäuren, aliphatische Fettsäureamide, alkoxylierte aliphatische Fettsäureamide, aliphatische Fettimidazoline, und aliphatische tertiäre Fettamine, bei denen die aliphatische Gruppe üblicherweise mehr als ca. acht Kohlenstoffatome enthält, um die Verbindung geeigneter Weise in Öl löslich zu machen. Auch geeignet sind aliphatische substituierte Succinimide, die gebildet werden, indem eine oder mehrere aliphatische Bernsteinsäuren oder -anhydride mit Ammoniak oder anderen primären Aminen, wie denjenigen, die in der EP-A-0 389 237 gelehrt werden, zur Reaktion gebracht werden, sowie Mischungen aus zwei oder mehr Reibungsmodifikatoren. Reibungsmodifikatoren, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, sind in den folgenden US-Patenten beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme auf ihre Offenbarungen, die sich auf Reibungsmodifikatoren beziehen, mit aufgenommen sind: US-Patent Nr. 5,344,579; 5,372,735 und 5,441,656.
Ein geeigneter Reibungsmodifikator kann aus einem oder mehreren in Öl löslichen aliphatischen kohlenwasserstoffsubstituierten Succinimiden und Mischungen davon ausgewählt werden, wobei der Kohlenwasserstoffsubstituent ca. 12 bis 36 Kohlenstoffatome enthält. Der aliphatische Substituent der Bernsteinsäuregruppe kann eine beliebige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe sein, die ca. 12 bis 36 Kohlenstoffatome enthält, einschließlich Alkyl-, Alkenyl- und mehrfach ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppen.
Beispiele dieser Reibungsmodifikatoren umfassen:
n-Dodecynyl-Succinimid,
1-Methyltridecyl-Succinimid,
2-Ethyltetradecyl-Succinimid,
n-Hexadecenyl-Succinimid,
n-Octadecyl-Succinimid,
n-Octadecenyl-Succinimid,
1-Methyleicosyl-Succinimid,
n-Docosenyl-Succinimid,
4-Ethyltriacontyl-Succinimid, und
n-Hexadecenyl-Succinimid.
In einer Ausführungsform kann die aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe an die Bernsteinsäuregruppe an einem sekundären Kohlenstoffatom gebunden sein. Diese Verbindungen haben folgende Formel:
wobei n eine kleine ganze Zahl von ca. 2 bis ca. 4 ist und Z die folgende Gruppe:
worin R₁ und R₂ unabhängig aus der Gruppe gewählt sind, die aus verzweigten und geradkettigen Kohlenwasserstoffgruppen besteht, die ca. 1 bis ca. 34 Kohlenstoffatome enthalten, so dass die Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen in R₁ und R₂ ca. 11 bis ca. 35 beträgt.
Beispiele für diese Reibungsmodifikatoren sind:
1-Ethyltetradecyl-Succinimid,
1-Methylpentadecenyl-Succinimid,
1,2-Dimethyloctadecenyl-Succinamid,
1-Methyl-3-ethyldodecenyl-Succinimid,
1-Decyl-2-methyldotriacontyl-Succinimid.
In einer anderen Ausführungsform können R₁ und R₂ geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen sein. Diese Reibungsmodifikatoren haben eine verbesserte Löslichkeit in Schmieröl. Beispiele für diese Reibungsmodifikatoren sind:
1-Methylpentadecyl-Succinimid,
1-Propyltridecenyl-Succinimid,
1-Pentyltridecenyl-Succinimid,
1-Tridecylpentadecenyl-Succinimid,
1-Tetradecyleicosenyl-Succinimid.
Die oben genannten Reibungsmodifikatoren können aus linearen α-Olefinen hergestellt werden, die ca. 12 bis ca. 36 Kohlenstoffatome enthalten, indem die α-Olefine isomerisiert werden, um ein Gemisch aus internen Olefinen zu bilden und diese Mischung aus internen Olefinen mit Maleinsäure, -anhydrid oder -ester zur Reaktion gebracht wird, wobei ein Zwischenprodukt entsteht, und das Zwischenprodukt mit Ammoniak zur Reaktion zu bringen, um ein Amid, Imid oder Mischungen davon zu bilden. Verglichen mit Reibungsmodifikatoren, die mit linearen α-Olefinen hergestellt wurden, haben aus isomerisierten, linearen α-Olefinen hergestellte Reibungsmodifikatoren eine stark verbesserte Löslichkeit in Öl.
Die Isomerisierung des linearen α-Olefins kann mittels herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden. Ein geeignetes Verfahren besteht darin, das lineare α-Olefin mit einem acidischen bzw. sauren Katalysator zu erhitzen. Besonders nützliche Säurekatalysatoren sind die sulfonierten Styroldivinylbenzol-Copolymere. Solche Katalysatoren sind im Handel erhältlich und werden herkömmlicher Weise als Kationenaustauschergranulate verwendet. In dem vorliegenden Verfahren werden sie in ihrer Säureform verwendet. Der Einsatz solcher Granulate zum Isomerisieren von linearen α-Olefinen ist im US-Patent Nr. 4,108,889 beschrieben, das hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Die Zusammensetzungen der vorliegend en Erfindung können Gemische aus zwei oder mehr Reibungsmodifikatoren enthalten. So kann z.B. ein Gemisch aus einem oder mehreren Succinimid-Reibungsmodifikatoren mit einem oder mehreren Amin-Reibungsmodifikatoren verwendet werden.
Phosphonat
Die Zusatzstoffzusammensetzung der vorliegenden Offenbarung kann ein oder mehrere Phosphonate mit folgender Formel enthalten:
wobei R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ca. 12 bis ca. 30 Kohlenstoffatomen und R² und R³ jeweils unabhängig Wasserstoff, eine Alkyl- oder Alkenylgruppe sind. Geeignete Alkylgruppen können z.B. Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, t- Butyl, Isobutyl oder eine beliebige Kombination von diesen umfassen. Beispiele für diese Phosphonate sind Dimethyltriacontylphosphonat, Dimethyltriacontenylphosphonat, Dimethyleicosylphosphonat, Dimethylhexadecylphosphonat, Dimethylhexadecenylphosphonat, Dimethyltetracontenylphosphonat, Dimethylhexacontylphosphonat, Dimethyldodecylphosphonat, Dimethyldodecenylphosphonat und dgl.
In einer Ausführungsform ist R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ca. 16 bis ca. 20 Kohlenstoffatomen. Beispiele für diese Phosphonate sind Dimethylhexadecylphosphonat, Dimethylhexadecenylphosphonat, Dimethyloctadecylphosphonat, Dimethyloctadecenylphosphonat, Dimethyleicosylphosphonat und dgl.
Geeignete Alkylphosphonat-Monoester und Verfahren zu deren Herstellung sind in der US 2004-0230068 beschrieben.
Die Phosphonate werden der Schmierstoffzusammensetzung in einer Menge zugesetzt, die die Reibleistung verbessert, wie z.B. in einer Menge, die die Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Reibung von Stahl auf Stahl, auf die Reibung von Stahl auf Papier, und/oder die Synchronisierungsleistung verbessert. Eine geeignete Konzentration kann im Bereich von ca. 0,05 Gew.-% bis ca. 3 Gew.-% liegen. Als weiteres Beispiel kann eine geeignete Konzentration ca. 0,10 Gew.-% bis zu ca. 0,6 Gew.-% betragen.
Detergens
In einigen Ausführungsformen kann die Zusatzstoffzusammensetzung auch ein Detergens umfassen. Das Detergens kann ein überalkalisiertes Detergens, ein boriertes Detergens und/oder ein boriertes überalkalisiertes Detergens umfassen. Das Detergens kann ein Sulfonat oder ein Phenat umfassen. Darüber hinaus kann das Detergens eine kalziumhaltige, magnesiumhaltige oder natriumhaltige Verbindung umfassen. Das Detergens kann beispielsweise ein Kalziumsulfonat, ein Magnesiumsulfonat, ein Natriumsulfonat und/oder ein Kalziumphenat umfassen. So kann z.B. ein Kalziumsulfonat-Detergens ca. 1,5 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-% Kalzium enthalten, oder als weiteres Beispiel ca. 12 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-% Kalzium. Darüber hinaus kann ein Kalziumsulfonat-Detergens eine Gesamtbasenzahl (TBN = total base number) von ca. 3 mgKOH/g bis ca. 450 mgKOH/g aufweisen, als weiteres Beispiel von ca. 250 mgKOH/g bis ca. 400 mgKOH/g, und als noch weiteres Beispiel von ca. 250 mgKOH/g bis ca. 350 mgKOH/g. Ein Kalziumphenat-Detergens kann ca. 2,5 Gew.-% bis ca. 8,5 Gew.-% Kalzium enthalten, oder beispielsweise um die 5 Gew.-% Kalzium. Darüber hinaus kann ein Kalziumphenat-Detergens eine TBN von ca. 50 mgKOH/g bis ca. 300 mgKOH/g haben, oder z.B. um die 150 mgKOH/g.
Ausführungsformen können Alkalimetall-Detergentien und/oder Erdalkalimetall-Detergentien zusätzlich zu oder als Alternative zu den oben beschriebenen Detergentien umfassen. Geeignete Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Detergentien können in Öl lösliche neutrale oder überalkalisierte Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen mit einer oder mehreren der folgenden acidischen Substanzen (oder Mischungen davon) umfassen: Sulfonsäuren, Carboxylsäuren, Salicylsäuren, Alkylphenole und sulfurierte Alkylphenole.
Neutrale Detergentien, die in Ö1 löslich sind und Alkali- und Erdalkalimetalle enthalten, sind diejenigen Detergentien, die stöchiometrisch äquivalente Mengen von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen in Bezug auf die Menge von im Detergens vorhandenen acidischen Anteilen enthalten. So haben die neutralen Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Detergentien verglichen mit ihren überalkalisierten Entsprechungen im Allgemeinen eine niedrigere Basizität. Verfahren zur Herstellung von überalkalisierten, Alkalimetall und Erdalkalimetall enthaltenden Detergentien sind in der Technik bekannt und auf dem Markt sind zahlreiche handelsübliche überalkalisierte Detergentien erhältlich.
Die Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Detergentien können neutrale und überalkalisierte Natriumsulfonate, Natriumcarboxylate, Natriumsalicylate, Natriumphenate, sulfurierte Natriumphenate, Kalziumsulfonate, Kalziumcarboxylate, Kalziumsalicylate, Kalziumphenate, sulfurierte Kalziumphenate, Lithiumsulfonate, Lithiumcarboxylate, Lithiumsalicylate, Lithiumphenate, sulfurierte Lithiumphenate, Magnesiumsulfonate, Magnesiumcarboxylate, Magnesiumsalicylate, Magnesiumphenate, sulfurierte Magnesiumphenate, Kaliumsulfonate, Kaliumcarboxylate, Kaliumsalicylate, Kaliumphenate und sulfurierte Kaliumphenate umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die Zusatzstoffzusammensetzung kann mit einem Grundöl kombiniert werden, um ein Kraftübertragungsfluid zu ergeben. Ein derartiges Kraftübertragungsfluid kann ein fertiges bzw. einsatzbereites Fluid umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Automatikgetriebefluid oder ein Doppelkupplungs-Getriebefluid eine wie hier offenbarte Zusatzstoffzusammensetzung enthalten. Das Fluid kann sich für ein automatisch schaltendes Doppelkupplungsgetriebe wie ein DCT eignen, in dem zumindest zwei nasslaufende Kupplungen verwendet werden. In einer Ausführungsform kann das Getriebefluid in einem DCT verwendet werden, in dem kein Drehmomentwandler enthalten ist.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Reibung von Stahl auf Stahl, zur Stabilisierung der Reibung von Stahl auf Papier und/oder zur Bereitstellung einer guten Synchronisierungsleistung umfassen, ein Getriebe mit einer Schmierstoffzusammensetzung zu schmieren, die eine größere Menge eines Grundöls und eine wie hier beschriebene Zusatzstoffzusammensetzung umfasst.
Ein Schmierfluid kann weitere Zusatzstoffe umfassen, wie beispielsweise ein oder mehrere verschleißhemmende Mittel; ein Antioxidans oder ein Antioxidans-System, wie zum Beispiel ein auf Amin basierendes Antioxidans oder ein phenolisches Antioxidans; einen Korrosionsinhibitor oder ein Korrosionsinhibitorsystem; einen Metalldeaktivator; ein Rostverhütungsmittel; ein oder mehrere zusätzliche Reibungsmodifikatoren; einen Farbstoff; ein Dichtungsaufquellmittel; ein Schaumverhütungsmittel; einen oberflächenaktiven Stoff; ein Viskositätsindex-Verbesserungsmittel; einen Duftstoff oder Geruchsüberdecker; und irgendwelche geeigneten Kombinationen davon.
Schwefelhaltige Bestandteile
In einigen Ausführungsformen kann die Zusatzstoffzusammensetzung auch einen oder mehrer schwefelhaltige Bestandteile aufweisen. Die Zusatzstoffzusammensetzung kann beispielsweise ein Thiadiazol und/oder einen sulfurierten Fettsäureester umfassen.
Geeignete Thiadiazole umfassen Dialkylthiadiazole, einschließlich einem aschfreien Dialkylthiadiazol, aber nicht darauf beschränkt. Dialkylthiadiazole, die sich für die praktische Umsetzung der vorliegenden Erfindung eignen, können die folgende allgemeine Formel (I) haben:
worin R₁ und R₂ dieselben oder verschiedene Kohlenwasserstoffgruppen sein können, und/oder R₁ oder R₂ Wasserstoff sein kann, und x und y unabhängig ganze Zahlen von 0 bis 8 sein können. In einem Aspekt können R₁ und R₂ für dieselbe oder für verschiedene, lineare, verzweigte, oder aromatische, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffgruppen mit ca. 6 bis ca. 18 Kohlenstoffatomen stehen, insbesondere mit ca. 8 bis ca. 12 Kohlenstoffatomen, und x und y können jeweils 0 oder 1 sein.
Geeignete Dialkylthiadiazole umfassen 2,5-Bis(hydrocarbyldithio)-1,3,4-thiadiazole. Beispiele für andere geeignete Dialkylthiadiazole umfassen z.B. 2,5-Bis(hydrocarbylthio)-1,3,4-thiadiazol, 2-(Tert-hydrocarbyldithio)-5-mercapto-1,3,4-thiadiazol, und Bis-tert-dodecylthiothiadiazol.
Geeignete Dialkylthiadiazole umfassen auch diejenigen, die in den US-Patenten Nr. 2,719,125, 2,719,126, 3,087,932, 4,149,982, 4,591,645 und 6,528,458 beschrieben sind, wobei deren Beschreibungen hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Mischungen aus Dialkylthiadiazolen der Formel (I) mit Monoalkylthiadiazolen können auch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In seiner Verwendung wird der Ausdruck "Kohlenwasserstoffgruppe" oder „Kohlenwasserstoff" in seinem gewöhnlichen Sinne verwendet, was den Fachleuten auf diesem technischen Gebiet hinlänglich bekannt ist. Genauer gesagt, bezieht er sich auf eine Gruppe mit einem Kohlenstoffatom, das direkt an den Rest eines Moleküls gebunden ist und einen vorwiegend kohlenwasserstoffartigen Charakter hat. Beispiele für Kohlenwasserstoffgruppen umfassen:

(1) Kohlenwasserstoffsubstituenten, also aliphatische (Alkyl- oder Alkenyl-), alizyklische (z.B. Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-) Substituenten, und aromatisch-, aliphatisch-, und alizyklisch-substitutierte aromatische Substituenten, sowie auch zyklische Substituenten, bei denen der Ring über einen anderen Teil des Moleküls komplettiert ist (z.B. zwei Substituenten, die zusammen ein alizyklisches Radikal bilden);
(2) substituierte Kohlenwasserstoffsubstituenten, also Substituenten, die kohlenwasserstofffremde Gruppen enthalten, die im Kontext der hier dargestellten Beschreibung den Substituenten mit vorwiegend kohlenwasserstoffartigem Charakter nicht ändern (z.B. Halogene (insbesondere Chlor und Fluor), Hydroxy-, Alkoxy-, Mercapto-, Alkylmercapto-, Nitro-, Nitroso-, und Sulfoxy-);
(3) Heterosubstituenten, also Substituenten, die, während sie einen vorwiegend kohlenwasserstoffartigen Charakter haben, im Kontext dieser Beschreibung ein anderes Element als Kohlenstoff in einem Ring oder einer Kette enthalten, die im Übrigen aus Kohlenstoffatomen zusammengesetzt ist. Heteroatome umfassen Schwefel, Sauer stoff, Stickstoff und Substituenten wie Pyridyl-, Furyl-, Thienyl-, und Imidazolyl-. Im Allgemeinen ist/sind nicht mehr als zwei, oder als weiteres Beispiel nicht mehr als ein kohlenwasserstofffremder Substituent für jeweils 10 Kohlenstoffatome in der Kohlenwasserstoffgruppe vorhanden; typischerweise gibt es keinen kohlenwasserstofffremden Substituenten in der Kohlenwasserstoffgruppe.

Alternativ können sulfurierte Fettsäureester wie z.B. lineare, gesättigte oder ungesättigte kettenartige Monocarboxylsäureester mit 14 bis 18 Kohlenstoffatomen verwendet werden, die durch Schwefelanteile in Form von Mono-, Di- und Polysulfiden vernetzt sind. Der relative Anteil der verschiedenen Schwefelbrücken hängt von den Reaktionsbedingungen und der relativen Menge verwendeten Schwefels ab. Die Einzelheiten der Sulfurierung von Fettsäuren finden sich in verschiedenen Druckschriften, wie z.B. in Organic Sulfur Compounds von L. Bateman and C. G. Moore, und Mechanism of Sulfur Reaction von W. A. Pryor. Ein beispielhaftes Material ist eine sulfurierte Oleinsäure mit einer Schwefelkonzentration von ca. 5 bis ca. 15 % des Gesamtgewichts des sulfurierten Oleinsäureesters, eingebunden als Mono- und Disulfide.
Die Menge von Thiadiazol oder sulfuriertem Fettsäureester ist so gewählt, dass der Zusammensetzung Schwefel in der Menge von ca. 0,0075 bis ca. 0,5 Gew.-% zugesetzt wird, basierend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Grundöle
Ausführungsformen des Schmierfluids können eine größere Menge eines Grundöls enthalten. Grund- oder Schmieröle, die bei der Herstellung der Kraftübertragungsfluide der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden, können sich von natürlichen Schmierölen, synthetischen Schmierölen, und Mischungen davon ableiten. Darüber hinaus kann das Grundöl für eine bestimmte Anwendung jedes geeignete Grundöl oder jede geeignete Mischung aus diesen umfassen.
In einigen Ausführungsformen können die Zusatzstoffe in einem Zusatzstoffgebindekonzentrat bereitgestellt werden. Außerdem können einige Ausführungsformen ein Verdünnungsmittel umfassen, z.B. ein Strecköl. Ein Verdünnungsmittel kann enthalten sein, um das Verschneiden, Lösen und Transportieren des Zusatzstoffgebindes zu erleichtern. Das Verdünnungsmittel kann mit einem Grundöl und/oder dem Zusatzstoffgebinde kompatibel sein. Das Verdünnungsmittel kann im Konzentrat in jeder geeigneten Menge vorhanden sein. Ein geeignetes Lösungsmittel kann ein schmierviskoses Prozessöl umfassen.
Die Zusatzstoffkombinationen können in wirksamen Mengen in eine breite Palette von Grundölen eingebracht werden, um geeignete Konzentrationen von aktiven Inhaltsstoffen bereitzustellen. Die Grundöle können nicht nur schmierviskose Kohlenwasserstofföle sein, die sich aus Erdöl herleiten (oder aus Teersanden, Kohle, Schiefer etc.), sondern können auch natürliche Öle geeigneter Viskosität sein, wie z.B. Rapsöl etc., und synthetische Öle, wie z.B. hydrierte Polyolefinöle; Poly-α-Olefine (z.B. hydrierte oder unhydrierte α-Olefin-Oligomere, wie z.B. hydriertes Poly-1-decen); Alkylester von Dicarboxylsäuren; komplexe Ester von Dicarboxylsäure, Polyglycol und Alkohol; Alkylester von Carbon- oder Phosphorsäuren; Polysilikone; Fluorkohlenwasserstofföle; und Mischungen aus Mineralöl, natürlichen und/oder synthetischen Olen in beliebigem Verhältnis. Der Ausdruck „Grundöl" umfasst für diese Offenbarung alle vorgenannten Stoffe.
Die Zusatzstoffkombinationen können somit in Zusammensetzungen verwendet werden, bei denen das schmierviskose Grundöl ein Mineralöl, synthetisches Öl, ein natürliches Öl wie etwa Pflanzenöl, oder eine Mischung von diesen ist, z.B. eine Mischung aus einem Mineralöl und einem synthetischen Öl.
Geeignete Mineralöle umfassen diejenigen mit entsprechender Viskosität, die aus Rohöl einer beliebigen Quelle raffiniert wurden, einschließlich der Golfküste, des Inlands, Pennsylvania, Kalifornien, Alaska, des mittleren Ostens, der Nordsee und dgl. Bei der Verarbeitung des Mineralöls können standardmäßige Raffinerieverfahren zum Einsatz kommen. Zu den allgemeinen Arten von geeigneten Erdölen zählen lösungsmittelneutrale Öle, Brightstock-Öle, Rückstandszylinderöle, Restöle, durch Hydrocracking gewonnene Ausgangsstoffe, Paraffinöle einschließlich Hellölen, und lösungsmittelextrahierte naphthenische Öle. Solche Öle und Verschnitte davon entstehen durch eine Anzahl herkömmlicher Verfahren, die dem Fachmann hinlänglich bekannt sind.
Wie zuvor angemerkt, kann das Grundöl im Wesentlichen aus einem oder mehreren synthetischen Ölen bestehen oder einen bestimmten Anteil dieser Öle enthalten. Zu den geeigneten synthetischen Olen zählen Homo- und Mischpolymere von Olefinen mit ca. 2 bis ca. 12 Kohlenstoffatomen, Carboxylsäureester sowohl von Monoalkoholen als auch Polyolen, Polyether, Silikone, Polyglycole, Silikate, alkylierte Aromate, Carbonate, Thiocarbonate, Orthoformate, Phosphate und Phosphite, Borate und halogenierte Kohlenwasserstoffe. Vertreter solcher Öle sind Homo- und Mischpolymere von monoolefinischen Kohlenwasserstoffen mit ca. 2 bis ca. 12 Kohlenstoffatomen, alkylierte Benzole (z.B. Dodecylbenzol, Didodecylbenzol, Tetradecylbenzol, Dinonylbenzol, Di-(2-ethylhexyl)benzol, wachsalkylierte Naphthaline); und Polyphenyle (z.B. Biphenyle, Terphenyle).
Alkylenoxidpolymere und -mischpolymere sowie Derivate davon, bei denen die endständigen Hydroxylgruppen durch Veresterung, Veretherung und dgl. modifiziert wurden, bilden eine andere Klasse synthetischer Öle. Diese sind beispielhaft durch die Öle dargestellt, die durch Polymerisation von Alkylenoxiden hergestellt werden, wie z.B. Ethylenoxid oder Propylenoxid, und Alkyl- und Arylethern von diesen Polyoxalkylenpolymeren (z.B. Methylpolyisopropylenglycolether mit einem mittleren Molekulargewicht von ca. 1000, Diphenylether von Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von ca. 500 bis ca. 1000, Diethylether von Polypropylenglycol mit einem Molekulargewicht von ca. 1000 bis ca. 1500) oder deren Mono- und Polycarboxylester, beispielsweise Essigsäureester gemischt mit Fettsäureestern mit ca. 3 bis ca. 6 Kohlenstoffatomen, oder C₁₃-Oxo-Säurediester von Tetraethylenglycol.
Eine weitere geeignete Klasse synthetischer Öle umfasst die Ester von Dicarboxylsäuren (z.B. Phthalsäure, Bernsteinsäure, Maleinsäure, Azelainsäure, Suberinsäure, Sebacinsäure, Fumarinsäure, Adipinsäure, Linolsäuredimer) mit einer Vielzahl von Alkoholen (z.B. Butylalkohol, Hexylalkohol, Dodecylalkohol, 2-Ethylhexylalkohol, Ethylenglycol). Bestimmte Beispiele dieser Ester umfassen Dibutyladipat, Di(2-ethylhexyl)adipat, Didodecyladipat, Di(2-ethylhexyl)sebacat, Dilaurylsebacat, Di-n-hexylfumarat, Dioctylsebacat, Diisooctylazelat, Diisodecylazelat, Dioctylphthalat, Didecylphthalat, Di(eicosyl)sebacat, den 2-Ethylhexyl-Diester von Linolsäuredimer, und die Komplexester, die gebildet werden, indem ein Mol Sebacinsäure zwei Mol Tetraethylenglycol und zwei Mol 2-Ethylhexanolsäure zur Reaktion gebracht werden.
Ester, die als synthetische Öle verwendet werden können, umfassen auch die, die aus Monocarboxylsäuren mit ca. 3 bis ca. 12 Kohlenstoffatomen und Polyolen und Polyolethern wie etwa Neopentylglycol, Trimethylolpropan, Pentaerythritol und Dipentaerythritol hergestellt werden. Trimethylolpropantripelargonat und Pentaerythritoltetracaproat dienen als Beispiele.
Auf Silikon basierende Öle, wie etwa die Polyalkyl-, Polyaryl-, Polyalkoxy- oder Polyaryloxy-Siloxanöle, und Silicatöle bilden eine andere Klassen synthetischer Schmierstoffe (z.B. Tetraethylsilicat, Tetraisopropylsilicat, Tetra-(2-ethylhexyl)silicat, Tetra-(p-tert-butylphenyl)silicat, Poly(methyl)siloxane, und Poly(methyl-phenyl)siloxane. Andere synthetische Schmieröle umfassen Flüssigester von phosphorhaltigen Säuren (z.B. Tricresylphosphat, Trioctylphosphat, Triphenylphosphit, und Diethylester von Decan-Phosphorsäure.
Als Grundöle oder Bestandteile von Grundölen sind auch hydrierte oder unhydrierte Flüssigoligomere von α-Olefinen mit ca. 6 bis ca. 16 Kohlenstoffatomen nützlich, wie etwa die aus 1-Decen gebildeten, hydrierten oder unhydrierten Oligomere. Verfahren zur Herstellung solcher flüssigen, oligomeren 1-Alken-Kohlenwasserstoffe sind bekannt; über sie wird in der Literatur berichtet. Siehe beispielsweise die US-Patente Nr. 3,749,560; 3,763,244; 3,780,128; 4,172,855; 4,218,330; und 4,950,822, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Es lassen sich auch Verschnitte solcher Stoffe verwenden, um die Viskosimetrie des bestimmten Grundöls einzustellen. Wie hinlänglich bekannt ist, enthalten hydrierte Oligomere dieser Art einen geringen Anteil ungesättigten Restethylens, wenn überhaupt.
Geeignete Oligomere lassen sich durch Einsatz eines Friedel-Crafts-Katalysators bilden (insbesondere Bortrifluorid, unterstützt mit Wasser oder einem Alkanol mit ca. 1 bis ca. 20 Kohlenstoffatomen), gefolgt von der katalytischen Hydrierung des so gebildeten Oligomers mittels Vorgehensweisen, wie sie in den vorgenannten US-Patenten beschrieben sind.
Andere Katalysatorsysteme, die zur Bildung von Oligomeren von 1-Alken-Kohlenwasserstoffen verwendet werden können, die bei der Hydrierung geeignete ölartige Flüssigkeiten bereitstellen, umfassen Ziegler-Katalysatoren, wie etwa Ethylaluminiumsesquichlorid mit Titantetrachlorid, Aluminium-Alkyl-Katalysatoren, Chromoxid-Katalysatoren auf Substraten aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid und ein System, bei dem sich an die Oligomerisierung eines Bortrifluorid-Katalysators eine Behandlung mit einem organischen Peroxid anschließt.
Gemäß dieser Offenbarung ist es auch möglich, Verschnitte von einem oder mehreren flüssigen, hydrierten 1-Alken-Oligomeren in Kombination mit anderen ölartigen Stoffen mit geeigneten Viskositäten zu verwenden, sofern die sich ergebende Mischung eine geeignete Kompatibilität hat und die gewünschten physikalischen Eigenschaften besitzt.
Das Grundöl kann ein Öl sein, das sich aus Kohlenwasserstoffen ableitet, die gemäß dem Verfahren nach Fischer-Tropsch synthetisiert wurden, ein aus Gas herge stellter flüssiger Ausgangsstoff, und/oder eine Mischung davon. Kohlenwasserstoffe, die unter Einsatz eines Fischer-Tropsch-Katalysators nach Fischer-Tropsch synthetisiert werden, entstehen aus einem Synthesegas, das H₂ und CO enthält. Solche Kohlenwasserstoffe benötigen typischerweise eine weitere Bearbeitung, um als Grundöl nutzbar zu sein. Die Kohlenwasserstoffe können beispielsweise mittels Prozessen, wie sie in den US-Patenten Nr. 6,103,099 oder 6,180,575 offenbart sind, hydroisomerisiert werden; können mittels Prozessen, wie sie in den US-Patenten Nr. 4,943,672 oder 6,096,940 offenbart sind, durch Hydrocracking gespalten und hydroisomerisiert werden; können gemäß den im US-Patent Nr. 5,882,505 offenbarten Prozessen entwachst werden; oder können mittels Prozessen, die in den US-Patenten Nr. 6,013,171; 6,080,301; oder 6,165,949 offenbart sind, hydroisomerisiert und entwachst werden.
Typische Naturöle, die als Grundöle oder Bestandteile der Grundöle verwendbar sind, umfassen Rizinusöl, Olivenöl, Erdnussöl, Rapsöl, Maiskeimöl, Sesamöl, Baumwollsamenöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Distelöl, Hanföl, Leinöl, Tungöl, Oiticikaöl, Jojobaöl und dgl. Falls gewünscht, können solche Öle teilweise oder vollständig hydriert sein.
Die Tatsache, dass die in den Zusammensetzungen dieser Offenbarung verwendeten Grundöle aus (i) einem oder mehreren Mineralölen, (ii) einem oder mehreren synthetischen Olen, (iii) einem oder mehreren Naturölen, oder (iv) einem Verschnitt aus (i) und (ii), oder (i) und (iii), oder (ii) und (iii) oder (i), (ii) und (iii) zusammengesetzt sein können, bedeutet nicht, dass diese verschiedenen Arten von Ölen notwendigerweise Äquivalente voneinander sind. Wegen der bestimmten Eigenschaften, die sie besitzen, wie z.B. hohe Temperaturstabilität, Nichtentflammbarkeit oder Korrosionsfreiheit gegenüber bestimmten Metallen (z.B. Silber oder Kadmium), können bestimmte Arten von Grundölen in bestimmten Zusammensetzungen verwendet werden. In anderen Zusammensetzungen können andere Arten von Grundölen geeignet sein, und zwar aus Gründen der Verfügbarkeit oder wegen geringer Kosten. Der erfahrene Fachmann wird also erkennen, dass, während die verschiedenen Arten der zuvor erläuterten Grundöle in den verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden können, diese nicht in jedem Fall notwendigerweise funktionale Äquivalente voneinander sind.
Anwendungsverfahren
Die Zusatzstoffzusammensetzungen und/oder Schmierfluide der vorliegenden Offenbarung lassen sich in einem Verfahren zur Schmierung eines Automatikgetriebes einsetzen, und noch spezieller in einem Verfahren zum Schmieren eines DCT, wie z.B. ein DCT, in dem mehrere nasslaufende Kupplungen und kein Drehmomentwandler verwendet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung umfasst das Schmieren eines Getriebes mit einem Schmierfluid, welches umfasst:

(a) ein aschfreies Dispergiermittel;
(b) eine reibungsmodifizierende Menge eines Reibungsmodifikators; und
(c) ein Phosphonat.

Das Fluid ist im Wesentlichen frei von Zink und kann eine verbesserte Leistung bei der Reibung von Stahl auf Stahl, eine stabilisierte Leistung bei der Reibung von Stahl auf Papier und/oder eine gute Synchronisierungsleistung erbringen.
Die zu testenden Fluide wurden in zielgerichtet vorbereiteten Ausgangsmengen hergestellt. Die voll durchkonfektionierten Fluide wurden hergestellt, indem man Bestandteile in den nachstehend gezeigten Mengenanteilen zusetzte:
Tabelle 1.
Die verwendeten Dispergiermittel sind Succinimid-Dispergiermittel, die Bor und/oder Phosphor enthalten können oder auch nicht. Der Reibungsmodifikator war ein Succinimid mit einer C₁₈-C₂₄-Alkenylgruppe. DMOP ist Dimethyl-Octadecyl phosphonat. Es können zusätzliche Reibungsmodifikatoren verwendet werden, um die reibungsspezifischen Anforderungen genau zu erfüllen.
Dispergiermittel und Reibungsmodifikatoren stellen eine entsprechende Drehmomentkapazität bereit. Es sind Fluidzusammensetzungen mit einem Dispergiermittel und Succinimid-Reibungsmodifikatoren entwickelt worden, um eine gute Reibungsstabilität bereitzustellen. 1 ist ein Vergleich der Reibungscharakteristika von Fluid A (Tabelle 2), das ein Succinimid-Dispergiermittel und einen Succinimid-Reibungsmodifikator enthält, und zwar mit Reibungscharakteristika vor und nach der thermischen Alterung.
Die thermische Alterung erfolgte, indem das Fluid bei 160 °C 192 Stunden lang in einem Rundkolben auf Wärme gehalten wurde, der mit einer mechanischen Rühreinrichtung ausgestattet war. Man kann sehen, dass das Fluid einer thermischen Belastung standhalten kann, da das thermisch beanspruchte Fluid eine gute Reibungsstabilität zeigt und ein Reibungsniveau und Rückgangseigenschaften zeigt, die mit einem frischen Fluid vergleichbar sind.
Tabelle 2. Zusammensetzung von F1uid A
Das in der Zusammensetzung verwendete Detergens war ein überalkalisiertes Kalziumsulfonat-Detergens aus einem C₁₄-C₂₄-α-Olefin. Der Reibungsmodifikator war ein Succinimid mit einer C₁₈-C₂₄-Alkenylgruppe. DMOP steht für Dimethyloctadecylphosphonat. Der Reibungsmodifikator in Kombination mit DMOP ergibt eine hervorragende Synchronisierungsleistung.
Eine Zusammenstellung von Fluiden (Tabelle 3) mit zwei Arten von verschleißhemmendem Material, Dispergiermittel, Reibungsmodifikator und Basismaterial zeigt, dass dieselbe Kombination aus Reibungsmodifikator/DMOP in einem synthetischen Fluid eine hervorragende Synchronisierungsleistung bei 100.000 Zyklen im Synchronisierungstest SSP-180 unter Verwendung von Messingkegeln erbringen kann.
Der SSP-180-Prüfstand wurde im Getriebeforschungsinstitut an der technischen Universität von München entwickelt. Er gestattet das Errichten und Testen einer kompletten Synchronisierungsvorrichtung (bis zu 180 mm im Durchmesser) eines beliebigen manuellen Getriebes. Während des Tests werden Lastzustände simuliert, die mit dem normalen Einsatz des Getriebes einhergehen. Der Prüfstand besteht aus einem Elektromotor, zwei Schwungscheiben, einer Betätigungshydraulik, einem System zum Erhitzen und Zirkulieren von Öl, und einer Prüfkammer. Die große Schwungscheibe ist über eine Riemen/Riemenscheibe-Kombination mit dem Elektromotor verbunden, um eine gleich bleibende und stabile Drehzahl zu gewährleisten. Die kleine Schwungscheibe stellt die Last dar, die durch die Synchronisierungseinrichtungen entweder auf eine Drehzahl von Null gebracht wird (umschalten auf Position A) oder auf eine konstante Drehzahl beschleunigt wird (umschalten auf Position B). Dies wird durch die beiden Ring/Kegel-Synchronisierungseinrichtungen bewerkstelligt, die in der Prüfkammer angebracht sind. Die hintere Einheit beschleunigt die Lastschwungscheibe auf eine synchrone Drehzahl, während die vordere Einheit die Schwungscheibe auf eine Drehzahl von Null abbremst. Die Betätigungshydraulik verschiebt eine Schaltgabel, die eine Einheit einklinkt und die andere ausklinkt. Während des Schaltens wird ein erwärmter Schmierstoff auf beide Synchronisierungseinheiten aufgesprüht. Diese Einheiten Tausenden von Eingriffsvorgängen zu unterziehen, dient zur Austestung der Stabilität der Synchronisierungsvorrichtung (entnommen aus http://www.swri.org/3PUBS/BROCHURE).
Tabelle 3. Synchronisierungsleistung von Fluiden mit Reibungsmodifikator/DMOP
Zusätzlich zum Beitrag zu einer guten Synchronisierungsleistung und einem Verschleißschutz beim Test der Synchronisierungsvorrichtung erbrachte DMOP auch eine hervorragende Leistung bei extremem Druck, wie dies mittels den Prüfungen nach ASTM D-3233 bzw. D-2783 mittels der Testvorrichtungen Falex EP (extreme Druckverhältnisse) und dem 4-Kugel-EP-Test gemessen wurde. Die Leistungsfähigkeit nach ASTM D-3233 wird durch die Bestimmung der Schwellenlast gemessen, an der die Testoberflächen aufgrund der aufgebrachten Last bei einer gegebenen Temperatur zu fressen beginnen. Gemäß ASTM D-2783 wird der Festschweißpunkt einer Stahlkugel gemessen, die gegen drei feststehende Kugeln in Drehkontakt gebracht wird. Tabelle 4 zeigt eine verbesserte Leistung bei 0,25 Gew.-% DMOP, verglichen mit einer ähnlichen Zusammensetzung ohne DMOP.
Tabelle 4.
So, wie sie überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, können die Begriffe "ein" und/oder „eine" und/oder „einer" sich auf ein/e/r oder mehr als ein/e/r beziehen. Solange nichts anderes angegeben ist, sollen alle Zahlenangaben, die Mengen von Inhaltsstoffen angeben, Eigenschaften wie das Molekulargewicht, Prozentangaben, Verhältnisangaben, Reaktionsbedingungen usw., wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, so verstanden werden, dass sie in allen Fällen mit dem Begriff „circa" versehen sind. Demzufolge sind, solange nichts Gegenteiliges angegeben ist, die in der Beschreibung und den Ansprüchen dargelegten numerischen Parameter Näherungswerte, die je nach den gewünschten Eigenschaften variieren können, die mittels der offenbarten Ausführungsformen erhalten werden sollen. Schließlich sollte, was nicht als Bestrebung zur Einschränkung der Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche gelten soll, jeder numerische Parameter wenigstens mit Blick auf die Anzahl der angegebenen signifikanten Stellen und durch Anwendung von gewöhnlichen Rundungsverfahren ausgelegt werden. Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, durch die der breite Umfang der offenbarten Ausführungsformen dargelegt wird, Näherungswerte sind, sind die numerischen, in den spezifischen Beispielen dargelegten Werte so genau wie möglich angegeben. Jeder numerische Wert enthält jedoch von Natur aus bestimmte Fehler, die zwangsweise aus der Standardabweichung resultieren, die man bei den jeweiligen Testmessungen antrifft.
Während die vorliegende Offenbarung ausführlich darstellungs- und beispielhaft beschrieben wurde, sollte klar sein, dass an den Ausführungsformen verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können bzw. dass sie alternative Formen annehmen können, und nicht auf die spezifischen, dargelegten Ausführungsformen beschränkt sind. Es sollte auch klar sein, dass diese spezifischen Ausführungsformen die Erfindung nicht einschränken sollen, sondern die Erfindung vielmehr alle Modifikationen, äquivalenten und alternativen Lösungen abdecken soll, die in den Sinngehalt und Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zum Schmieren eines Doppelkupplungsgetriebes mit einem Schmierfluid, das den Schritt umfasst, ein Doppelkupplungsgetriebe mit einem im Wesentlichen zinkfreien Schmierfluid zu schmieren, wobei das Schmierfluid aufweist: (a) ein aschfreies Dispergiermittel; (b) einen Reibungsmodifikator; (c) ein Phosphonat; und (d) ein Grundöl.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Grundöl ein natürliches Schmieröl, ein Gemisch aus natürlichen Schmierölen, ein synthetisches Öl, ein Gemisch aus synthetischen Ölen, oder ein Gemisch aus natürlichen und synthetischen Ölen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dispergiermittel Bor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das borhaltige Dispergiermittel ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 0,7 Gew.-% Bor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dispergiermittel Phosphor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dispergiermittel Phosphor und Bor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Dispergiermittel Phosphor und Bor in einer Gesamtmenge bis zu ca. 400 ppm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Phosphonat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phosphonaten mit folgender Formel bestehen:
wobei R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ca. 12 bis ca. 30 Kohlenstoffatomen ist und wobei R² und R³ jeweils unabhängig Wasserstoff, eine Alkyl- oder Alkenylgruppe sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Phosphonat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Dimethyltriacontylphosphonat, Dimethyltriacontenylphosphonat, Dimethyleicosylphosphonat, Dimethylhexadecylphosphonat, Dimethylhexadecenylphosphonat, Dimethyltetracontenylphosphonat, Dimethylhexacontylphosphonat, Dimethyldodecylphosphonat, Dimethyldodecenylphosphonat, Dimethylhexadecylphosphonat, Dimethylhexadecenylphosphonat, Dimethyloctadecylphosphonat, Dimethyloctadecenylphosphonat und Dimethyleicosylphosphonat besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Phosphonat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phosphonaten besteht, bei denen R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ca. 16 bis 20 Kohlenstoffatomen ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Phosphonat Dimethyloctadecylphosphonat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schmierstoffzusammensetzung ca. 0,05 bis ca. 3 Gew.-% Phosphonat aufweist, basierend auf dem Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schalten von Gängen in dem Doppelkupplungsgetriebe die Synchronisierung einer eingerückten und ausgerückten Teilgetriebewelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schmierfluid darüber hinaus zumindest eine schwefelhaltige Verbindung aufweist.
Doppelkupplungsgetriebefluid, umfassend: (a) ein aschfreies Dispergiermittel; (b) einen Reibungsmodifikator; (c) ein Phosphonat; und (d) ein Grundöl, wobei das Doppelkupplungsgetriebefluid im Wesentlichen frei von Zink ist.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei das Grundöl ein natürliches Schmieröl, ein Gemisch aus natürlichen Schmierölen, ein synthetisches Öl, ein Gemisch aus synthetischen Olen, oder ein Gemisch aus natürlichen und synthetischen Olen aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei das Dispergiermittel Bor aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 17, wobei das borhaltige Dispergiermittel ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 0,7 Gew.-% Bor aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei das Dispergiermittel Phosphor aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei das Dispergiermittel Phosphor und Bor aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 20, wobei das Dispergiermittel Phosphor und Bor in einer Gesamtmenge bis zu ca. 400 ppm aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei das Phosphonat aus der Gruppe ausge
wählt ist, die aus Phosphonaten mit folgender Formel besteht: wobei R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ca. 12 bis ca. 30 Kohlenstoffatomen ist und wobei R² und R³ jeweils unabhängig Wasserstoff, eine Alkyl- oder eine Alkenylgruppe sind.
Getriebefluid nach Anspruch 22, wobei das Phosphonat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Dimethyltriacontylphosphonat, Dimethyltriacontenylphosphonat, Dimethyleicosylphosphonat, Dimethylhexadecylphosphonat, Dimethylhexadece nylphosphonat, Dimethyltetracontenylphosphonat, Dimethylhexacontylphosphonat, Dimethyldodecylphosphonat, Dimethyldodecenylphosphonat, Dimethylhexadecylphosphonat, Dimethylhexadecenylphosphonat, Dimethyloctadecylphosphonat, Dimethyloctadecenylphosphonat und Dimethyleicosylphosphonat besteht.
Getriebefluid nach Anspruch 22, wobei das Phosphonat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phosphonaten besteht, bei denen R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit ca. 16 bis 20 Kohlenstoffatomen ist.
Getriebefluid nach Anspruch 22, wobei das Phosphonat Dimethyloctadecylphosphonat aufweist.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei die Schmierstoffzusammensetzung ca. 0,05 bis ca. 3 Gew.-% Phosphonat enthält, basierend auf dem Gesamtgewicht der Schmierstoffzusammensetzung.
Getriebefluid nach Anspruch 15, wobei die Schmierstoffzusammensetzung darüber hinaus zumindest eine schwefelhaltige Verbindung aufweist.