DE10348584B4

DE10348584B4 - Fluide für automatische Getriebe und deren Verwendung

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Publication number: DE10348584B4
Application number: DE10348584A
Authority: DE
Inventors: Brent D. Allen Park Calcut; Thomas J. Sterling Heights Chapaton; Reuben Novi Sarkar; Marie-Christine G. Bingham Jones
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: US7098173B2; US20040097384A1; DE10348584A1

Abstract

Fluid für automatische Getriebe enthaltend:
a) ein Schmieröl aus natürlichem und/oder synthetischem Öl mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C zwischen 2 und 8 Centistoke,
b) ein Antiverschleißmittel,
c) eine Antischaumzusammensetzung und
d) ein Dispergiermittel,
wobei die Antischaumzusammensetzung i) eine Perfluorpolyether-Verbindung enthält, welche nicht-funktionalisierte Endgruppen aufweist, wobei die Endgruppen jeweils ein Halogenatom, eine Perfluoralkoxygruppe oder eine Perfluoralkylgruppe sind, und die Antischaumzusammensetzung desweiteren ii) eine funktionalisierte Perfluorpolyether-Verbindung enthält, welche zwei Endgruppen umfasst, wobei die beiden Endgruppen funktionelle Gruppen ausgewählt aus Alkylamid-, Silan-, Phosphat-, Phosphatester-, Carboxyl-, organischen Ester- und Hydroxylgruppen sind, und wobei das Dispergiermittel ein öllösliches, phosphorhaltiges, aschefreies Dispergiermittel und/oder mindestens ein öllösliches, borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fluide für automatische Getriebe (ATFs) und deren Verwendung gemäß den Patentansprüchen.
Fluide für automatische Getriebe (ATF) sind nicht verdichtbare Schmiermittelzusammensetzungen, die eine Anzahl herkömmlicher Additive enthalten. Gemäß der typischen Verwendung dient ein ATF als Hydraulikfluid, das die Getriebeelemente in dem Getriebe durch eine Reihe von Ventilen oder andere Hydraulikkreise aktiviert und in Eingriff bringt, und als Schmiermittel für die Hydraulikpumpe, die zur Bereitstellung von hydraulischem Druck für den Betrieb des Getriebes verwendet wird.
ATFs enthalten im Allgemeinen ein Detergens und ähnliche Additive, die zur Schaumbildung neigen, wenn Luft in das Fluid eingebracht wird. Zudem werden mit der Zeit Verunreinigungen in dem Fluid erzeugt (beispielsweise durch Oxidation oder Abbau des Grundöls), von denen manche zu einer Schaumbildungsneigung in dem ATF beitragen können. In ein ATF eingebrachte Luft ist ein Problem, weil abwechselnd die Luft in der Niedrigdruck-Einlassseite der Pumpe expandiert und sich schnell zusammenzieht oder verdichtet wird, wenn das Fluid durch die Pumpe zu der Hochdruck-Auslassseite läuft.
Die resultierende Implosion von Luftbläschen an der Auslassseite verursacht Druckwellen in der Hydraulikpumpe. Die Druckwellen können ein unerwünschtes hörbares Geräusch verursachen, das sich in manchen Getrieben als „Pumpenheulen” äußert. Neue automatische Getriebe, wie stufenlose Getriebe (CVT) mit ihren kompakten Sümpfen und hohen Pumpdrücken haben die Wahrscheinlichkeit einer Verbraucherreaktion auf das Geräusch erhöht. Im Gegenzug haben eine Anzahl von OEM-Herstellern Schritte unternommen, um den Luftgehalt in den Fluiden ihrer neuen Getriebe zu senken, indem die inneren rotierenden Komponenten isoliert oder gedrosselt werden, um sie von dem Fluid zu trennen, oder indem Entlüftungsadditive in das ATF eingeführt werden, um dazu beizutragen, dass das Öl die eingebrachte Luft schneller freisetzt oder die auf andere Weise den Gehalt an eingebrachter Luft vermindern. Zudem wurden herkömmliche Antischaummittel eingesetzt, um dazu beizutragen, dass Luftbläschen an der Oberfläche abgeleitet werden.
Antischaummittel wirken zum Teil dadurch, dass sie in ATF unlöslich sind. Als solche funktionieren sie zum Teil dadurch, dass sie bevorzugt dazu neigen, sich an der Oberfläche von Bläschen abzusetzen. In Hydraulikpumpen verursacht jedoch der Vorgang der adiabatischen Kompression eingebrachter Luft an der Auslassseite, dass die Oberfläche von Luftbläschen hohe Temperaturen erreicht. In manchen Fällen kann die Temperatur 500°C oder mehr erreichen. Bei solchen erhöhten Temperaturen unterliegt das Antischaummittel einem thermischen Abbau. Da manche herkömmliche Antischaummittel, wie Polydimethylsilikon, nur bis ungefähr 200°C thermisch stabil sind, unterliegen sie im Bereich moderner Getriebe einer thermischen Zersetzung.
Antischaummittel müssen in Form von Flüssigkeitströpfchen über einer Minimalgröße fein verteilt, dürfen aber nicht gelöst sein, um in einem ATF funktionsfähig zu sein. Ein thermischer Abbau der Moleküle des Antischaummittels hemmt die Fähigkeit der Antischaummittelmoleküle, Tröpfchen mit wirksamer Größe zu bilden. Ein thermischer Abbau des Antischaummittels und/oder eine Veränderung der Eigenschaften des ATF kann dazu führen, dass Antischaummittelmoleküle unerwünschterweise besser in dem ATF solubilisiert (d. h. gelöst) sind, sodass sie keine Wirkung mehr als Antischaummittel zeigen. Sie können sogar schäumende Mittel werden.
Die Unlöslichkeit der Antischaummittel führt zu einigen Schwierigkeiten, an die sich der Hersteller von ATF-Formulierungen wenden muss. Typischerweise ist das Antischaummittel dichter als die Grundöle und neigt zum Ausfallen während des Transports und der Lagerung bevor es dem Getriebe zugegeben wird. In der Praxis begrenzt dies die Menge an Antischaummittel, die durch den Fluidlieferanten dem ATF zugefügt oder darin dispergiert werden kann. Alternativ kann ein formuliertes ATF vor Befüllen des Getriebes redispergiert werden, aber der Extraschritt erzeugt zusätzliche Kosten in dem Herstellungsverfahren.
Aus der EP 0 422 822 A1 ist eine Schmiermittelzusammensetzung bekannt, welche neben einem Grundöl, beispielsweise einem Mineralöl oder einem synthetischen Öl, 1 bis 1.000 ppm eines nicht funktionellen Perfluoralkylethers enthält.
In der DE 1 914 555 werden funktionelle Flüssigkeiten offenbart, die neben einem speziellen Grundöl, nämlich einem Kohlenwasserstoffphosphorester, Kohlenwasserstoffphosphoramid, Kohlenwasserstoffsilikat und/oder Alkylthiophen und/oder einem Gemisch hiervon, eine Verbindung auf Basis von Perfluoralkylenether enthalten.
Aus der WO 01/57165 A1 ist eine Schmierstoffzusammensetzung bekannt, welche neben einem synthetischen Schmiergrundöl ein schauminduzierendes Additiv enthält, welches einen Polyether mit der allgemeinen Formel X-O-(RO)_n-Y enthält, worin R eine partiell oder vollständig halogenierte C₁-C₁₀-Alkylgruppe ist, n eine Zahl zwischen 1 und 1.000 ist und X sowie Y Endgruppen, beispielsweise Hydroxygruppen, sind.
Viele der vorstehend erläuterten Schwierigkeiten werden überwunden und es werden Vorteile geschaffen, indem man ein neues Fluid für automatische Getriebe schafft.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluid für automatische Getriebe enthaltend:

a) ein Schmieröl aus natürlichem und/oder synthetischem Öl mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C zwischen 2 und 8 Centistoke,
b) ein Antiverschleißmittel,
c) eine Antischaumzusammensetzung und
d) ein Dispergiermittel,

Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des zuvor beschriebenen Fluids in einem automatischen Getriebe, wobei das automatische Getriebe ein Gehäuse aufweist, welches einen Schmiermittelsumpf definiert, der eine Schmierölzusammensetzung enthält, die das Fluid enthält.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obgleich sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, nur zu Zwecken der Erläuterung vorgesehen sind und den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Art und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen einschränken.
Es wird ein Fluid für automatische Getriebe (ATF) geschaffen, das ein Schmieröl, eine Antischaumzusammensetzung, ein Antiverschleißmittel, ein Dispergiermittel und ggf. weitere herkömmliche Additive aufweist. Bevorzugt enthält das Getriebefluid das Antiverschleißmittel in einer Menge, die ausreicht, um Antiverschleißschutz für die Getriebekomponenten zu schaffen.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Fluide in automatischen Getrieben schafft Vorteile bei der Reduktion des Geräusches oder des „Pumpenheulens”, das durch in das Getriebefluid eingebrachte Luft verursacht wird.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Fluid in einem stufenlosen Getriebe verwendet.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung können unerwünschte Geräusche in einem laufenden Getriebe reduziert werden.
Das Fluid und dessen Verwendung gemäß der Erfindung basieren auf der Verwendung einer neuen Antischaumzusammensetzung für Fluide für automatische Getriebe. Die erfindungsgemäßen Antischaumzusammensetzungen enthalten Perfluorpolyether-Verbindungen (PFPEs), nämliche eine funktionalisierte Perfluorpolyether-Verbindung und eine nicht-funktionalisierte Perfluorpolyether-Verbindung wie sie in den Ansprüchen offenbart sind. Diese wirken so, dass sie während des Betriebs Schaum in dem Getriebeöl reduzieren. Die Schaumreduktion führt zu einer Abnahme von Geräuschen, die durch in das Hydrauliksystem eingebrachte Luft verursacht werden.
Perfluorpolyether-Verbindungen sind Polymere, die eine Mehrzahl von Ethergruppen in der Hauptkette des Polymers enthalten und wobei einige oder alle Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen eines standardmäßigen Polyethers durch Kohlenstoff-Fluor-Bindungen ersetzt sind. In einer Ausführungsform weisen die Perfluorpolyether-Verbindungen eine Mehrzahl von -(C_aF_2aO)- Wiederholungseinheiten auf, wobei a 1 bis 10 ist. Nicht einschränkende Beispiele solcher Wiederholungseinheiten schließen die folgenden ein:
-(CF₂-CF(CF₃)-O)
-(CF₂-CF₂-CF₂-O)
-(CF₂-CF₂-O)
In einer anderen Ausführungsform enthalten die PFPE-Verbindungen die Wiederholungseinheiten -(C_bF_2bO)- und -(CF₂O)-, wobei b 2 bis 10 ist.
Erfindungsgemäß eingesetzte Perfluorpolyether-Verbindungen können, durch auf dem Fachgebiet gut bekannte Verfahren synthetisiert werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel können sie durch Polymerisieren von Perfluorolefinen in der Gegenwart eines Oxidationsmittels synthetisiert werden. Nicht einschränkende Beispiele für Perfluorolefine umfassen Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen.
Die Perfluorpolyether-Verbindungen weisen eine Hauptkette auf, die sich wiederholende Perfluorether-Einheiten wie vorstehend beschrieben aufweist, und sind zusätzlich weiter gekennzeichnet durch zwei Endgruppen an jedem Ende der Perfluorpolyetherkette. Wie nachstehend beschrieben ist, sind die Endgruppen der nicht-funktionalisierten Perfluorpolyether-Verbindung keine funktionellen Gruppen, sondern ein Halogenatom, eine Perfluoralkoxygruppe oder eine Perfluoralkylgruppe. Hingegen enthält die funktionalisierte Perfluorpolyether-Verbindung zwei Endgruppen, wobei die beiden Endgruppen funktionelle Gruppen ausgewählt aus Alkylamid-, Silan-, Phosphat-, Phosphatester-, Carboxyl-, organischen Ester- und Hydroxylgruppen sind. Somit werden repräsentative Strukturen von Perfluorpolyether-Verbindungen wie folgt angegeben: R¹-(-CF(CF₃)-CF₂-O-)_n-R² (I) R¹-(-CF₂-CF₂-CF₂-O-)_n-R² (II) R¹-(-CF₂-CF₂O-)_n-(-CF₂-O-)_m-R² (III) R¹-(-CF₂-CF(CF₃)-O-)_n-(-CF₂-O-)_m-R² (IV)wobei R¹ und R² die vorstehend erwähnten funktionellen oder nicht funktionellen Endgruppen aufweisen. Wie üblich beziehen sich die Indizes n und m auf die Anzahl jeweiliger sich wiederholender Einheiten in der Hauptkette des PFPE. Die Werte von m und n bestimmen das Molekulargewicht des PFPE.
Allgemein sollten PFPEs in dem Grundschmieröl des erfindungsgemäßen Getriebefluids relativ unlöslich sein und eine Viskosität im Bereich von ungefähr 1 bis 150.000 Centistoke aufweisen. Die PFPEs haben allgemein eine höhere Dichte als das Schmieröl und werden sich als solche während eines Stillstands von dem Getriebefluid absetzen und am Boden des Sumpfes ablagern. Es wird angenommen, dass es schwierig ist, im Betrieb, insbesondere an kalten Wintertagen, den PFPE wieder in dem Getriebefluid fein zu verteilen, wenn die Viskosität des PFPE größer als ungefähr 150.000 Centistoke ist. Dementsprechend werden erfindungsgemäß eingesetzte PFPEs mit solchen n- und m-Werten ausgewählt, dass die Viskosität im bevorzugten Bereich liegt. Zweckmäßigerweise sollte n mindestens ungefähr 3 betragen. In einer bevorzugten kommerziellen Ausführungsform beträgt die Summe m + n ungefähr 8 bis ungefähr 45. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Summe m + n ungefähr 40 bis ungefähr 180. PFPEs der Formel I sind im Handel erhältlich mit n = 44–45, mit n = 19 und mit n = 13–14. Handelsübliche Ausführungsformen der Formel IV sind mit m + n von 40–180 und dem Verhältnis m/n im Bereich von 0,5 bis 2,0 erhältlich. In einer anderen handelsüblichen Ausführungsform beträgt die Summe m + n 8–45 und das Verhältnis m/n 20–1.000. Nichtfunktionelle PFPEs, welche in Kombination erfindungsgemäß mit den funktionaliesierten PFPEs verwendet werden können, sind beispielsweise unter der Produktlinie Fomblin^® von Ausimont oder der Produktlinie Krytox^® von DuPont handelsüblich erhältlich. Nicht einschränkende handelsübliche Beispiele für nicht-funktionelle PFPEs, die für eine Verwendung in dem erfindungsgemäßen Getriebefluid in Kombination mit funktionellen PFPEs geeignet sind, sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
In den vorstehend angegebenen Beispielen sind die Endgruppen R¹ und R² jeweils aus der Gruppe bestehend aus einem Fluoratom, einer Perfluoralkoxygruppe und einer Perfluoralkylgruppe ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Perfluoralkylgruppe eine Trifluormethangruppe -CF₃. Andere Perfluoralkylgruppen umfassen C_nF_2n+1, wobei n 2 bis 10 ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Perfluoralkoxygruppe eine Trifluormethoxygruppe -OCF₃. Andere Perfluoralkoxygruppen umfassen -OC_nF_2n+1, wobei n 2 bis 10 ist.

Die PFPEs der erfindungsgemäßen Fluide zeigen im Allgemeinen niedrige Pourpoints, die ermöglichen, sie vorteilhafterweise bei niedrigen Temperaturen zu verwenden. Der Pourpoint beträgt bevorzugt –20°C oder weniger, bevorzugter –40°C oder weniger und noch bevorzugter –60°C oder weniger. Zudem zeigen die PFPEs eine günstige Flüchtigkeit, die als Verdampfungsgewichtsverlust gemäß ASTM D2595 ausgedrückt ist. Bevorzugt beträgt der prozentuale Gewichtsverlust bei einer vorgegebenen Temperatur 20% oder weniger, bevorzugter 10% oder weniger und noch bevorzugter 1% oder weniger, gemessen bei Temperaturen von 120°C–204°C. Diese und andere physikalischen Eigenschaften einiger handelsüblich erhältlicher PFPEs der Produktreihe Fomblin sind in den Tabellen 2, 3 und 4 angegeben. Tabelle 2

Typische Eigenschaften	Fomblin^® Y Schmiermittelqualitäten
	Y04	Y06	Y25	Y45	YR	YR1500	YR1800
Ungefährer ISO-Grad	15	22	100	150	320	460	460
Molekulargewicht (AMU)	1.500	1.800	3.200	4.100	6.250	6.600	7.250
Kinematische Viskosität (ASTM D445)
20°C (cSt)	38	60	250	470	1200	1500	1850
40°C (cSt)	15	22	80	147	345	420	510
100°C (cSt)	3,2	3,9	10	16	33	40	47
Viskositätsindex (ASTM D2270)	60	70	108	117	135	135	135
Pourpoint (°C) (ASTM D97)	–58	–50	–35	–30	–25	–25	–20
Verdampfun gsgewichtsverlust (ASTM D2595)
120°C, 22 Std. (%)	14	6	-	-	-	-	-
149°C, 22 Std. (%)	-	20	2	0,7	0,5	0,3	-
204°C, 22 Std. (%)	-	-	15	1,7	1,2	0,9	0,5

Tabelle 3

Typische Eigenschaften	Fomblin^® Z Schmiermittelqualitäten
	203	215	225	260
Ungefährer ISO-Grad	15	100	150	320
Molekulargewicht (AMU)	4.000	8.000	9.500	13.000
Kinematische Viskosität (ASTM D445)
20°C (cSt)	30	160	263	600
40°C (cSt)	18	92	157	355
100°C (cSt)	5,6	28	49	98
Viskositätsindex (ASTM D2270)	317	334	358	360
Pourpoint (°C) (ASTM D97)	–90	–80	–75	–63
Verdampfungsgewichtsverlust (ASTM D2595)
149°C, 22 Std. (%)	6,0	0,2	-	-
204°C, 22 Std. (%)	n. a.	1,2	0,4	0,2

Tabelle 4

Typische Eigenschaften	Fomblin^® M Schmiermittelqualitäten
	M03	M15	M30	M60
Ungefährer ISO-Grad	15	100	150	320
Molekulargewicht (AMU)	4.000	8.000	9.800	12.500
Kinematische Viskosität (ASTM D445)
20°C (cSt)	30	150	280	550
40°C (cSt)	17	85	159	310
100°C (cSt)	5	22	45	86
Viskositätsindex (ASTM D2270)	253	286	338	343
Pourpoint (°C) (ASTM D97)	–85	–75	–65	–60
Verdampfungsgewichtsverlust (ASTM D2595)
149°C, 22 Std. (%)	6,5	0,8	-	-
204°C, 22 Std. (%)	-	3,0	0,7	0,4

Erfindungsgemäß enthält das Fluid funktionalisierte PFPEs, wobei R¹ und R² in den Formeln I–IV nicht Halogen-, Perfluoralkoxy- und Perfluoralkylgruppen sind, sondern Alkylamid-, Silan-, Phosphat-, Phosphatester-, Carboxyl-, Carboxylester- und Hydroxylgruppen sind. Die funktionalisierten PFPEs sollten auf eine Menge beschränkt sein, welche die Antischaumeigenschaft der sie enthaltenden Antischaumzusammmensetzung nicht ungünstig beeinflusst. Erfindungsgemäß werden nicht funktionalisierte PFPEs zusammen mit funktionalisierten PFPEs verwendet. Vor diesem Hintergrund können funktionalisierte PFPEs für eine Verwendung als Antischaummittel gewählt werden.
In einer Ausführungsform werden die Endgruppen R¹ und R² unabhängig durch A¹-CF₂O- bzw. -CF₂-A² dargestellt. Die Gruppen A¹ und A² können gleich oder unterschiedlich sein, wobei
A¹ und A² und beide funktionelle Gruppen aufweisen, einschließlich Carboxyl-, Alkylamid-, Silan-, Hydroxyl- und Phosphatgruppen. Nicht einschränkende Beispiele für A¹ und A² umfassen:
-CONHR_H;
-Ak-OH;
-Ak-Si(OR_H)₃;
-COOR_H;
-CH₂(OCH₂CH₂)_pOH;
-CH₂OCH₂CH(OH)CH₂OH; und
-Ak-OP(O)(OH)₂
wobei R_H H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, Ak eine Bindung oder eine Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist und p 1 bis ungefähr 20 ist.
Funktionalisierte PFPEs sind in dem Fachgebiet gut bekannt und handelsüblich erhältlich. Beispielsweise sind sie erhältlich unter der Produktlinie Fluorolink^® von Ausimont und unter der Produktlinie Krytox^® von DuPont. Nicht einschränkende Beispiele für handelsüblich erhältliche funktionalisierte PFPEs sind in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5
Die Silanfunktion wird durch die Gruppen -Si(OEt)₃ von Fluorolink^® S10 dargestellt. Die PFPEs können difunktionell, trifunktionell oder tetrafunktionell sein. Fluorolink^® D10H steht für difunktionelle Hydroxyl-PFPEs, während Fluorolink^® T10 ein nicht einschränkendes Beispiel für ein tetrafunktionelles Hydroxyl-PFPE ist. In weiteren nicht einschränkenden Beispielen können PFPEs mit funktionellen Phosphatgruppen difunktionell sein. Diese sind in der Tabelle durch Fluorolink^® F10 dargestellt.
Eine wirksame Entschäumungsfähigkeit der PFPEs in den erfindungsgemäßen Fluiden hängt zum Teil von deren Unlöslichkeit in dem Verfahrensme- dium ab, in dem sie wirken. In einem Fluid für automatische Getriebe ist das Antischaumadditiv als zweite flüssige Phase dispergiert. Die zweite Phase zeigt aufgrund ihrer begrenzten Löslichkeit eine Tendenz, sich abzuscheiden, sodass sie sich an Flüssigkeits-Luft-Grenzflächen, einschließlich Bläschen, befindet. Obwohl die unlösliche Beschaffenheit der Antischaumverbindungen zu ihrer schaumverhindernden Leistung führt, stellt die Unlöslichkeit Grenzen für die Maximalkonzentration auf, die mit für eine kommerzielle Anwendung geeigneter Haltbarkeit in eine stabile Dispersion gemischt werden kann. Die PFPEs im erfindungsgemäßen Fluid können mit Mischverfahren mit hoher Scherkraft in ein Fluid für automatische Getriebe gemischt werden, um eine begrenzte Konzentration Antischaummittel einzumischen. Wie nachstehend erläutert ist, ist es auch möglich, ergänzende Zugaben oder „zusätzliche Behandlungen” („top treats”) der PFPEs im erfindungsgemäßen Fluid direkt in das automatische Getriebe zu geben. Immer wenn der PFPE zugegeben wird, ist es bevorzugt, einen PFPE mit einer Viskosität im Bereich von ungefähr 1–150.000 Centistoke zu verwenden, um ein Mischen in das ATF entweder in der Anlage mit einer Mischausrüstung mit hoher Scherkraft des Formulierungsherstellers oder im Sumpf eines automatischen Getriebesystems zu ermöglichen.
Mengen der PFPEs im erfindungsgemäßen Fluid zur Behandlung sollten so gering sein wie es zweckmäßig ist, um übermäßige Kosten zu vermeiden, sollten aber in ausreichenden Mengen vorliegen, um den Schaum und mit dem Schaum verbundene Cavitations- oder Pumpengeräusche zu reduzieren. Allgemein sollten die PFPEs in dem ATF in einer Menge von ungefähr 5 ppm (0,0005%) bis ungefähr 1 Gew.-% vorliegen. Bevorzugter beträgt die Maximalmenge von PFPE 0,5% und bevorzugter enthält das ATF bis zu 0,3 Gew.-% des PFPE. In einer bevorzugten Ausführungsform wird PFPE dem Fluid für automatische Getriebe in einer Menge von 0,0005 bis 0,269 Gew.-% zugegeben. In ein stufenloses Getriebe mit einem Sumpfvolumen von 8 Liter können beispielsweise 3 ml eines erfindungsgemäßen PFPE eingespritzt werden. In einer anderen Ausführungsform wird eine Menge von 0,188 Gew.-% zur Behandlung verwendet. Es ist bevorzugt, das PFPE als Lösung in einem Grundöl in das Fluid für automatische Getriebe einzuspritzen. Beispielsweise kann eine Zusammensetzung zur zusätzlichen Behandlung hergestellt werden, die 3 ml PFPE und 7 ml eines Schmieröls aufweist. Die Zusammensetzung zur zusätzlichen Behandlung wird dann dem Fluid für automatische Getriebe in dem Sumpf zugegeben.
Die Menge von PFPE zur Behandlung in Fluiden für automatische Getriebe wird von der Gegenwart anderer Leistungsadditive in dem Fluid beeinflusst, insbesondere, wenn die anderen Additive die Menge des Lufteintrags in das Fluid beeinflussen. Beispiele für solche Additive umfassen die Fließgrenze herabsetzende Mittel, Viskositätsindex-Verbesserer, Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, Extremdruckmittel bzw. EP-Mittel, Antiverschleißmittel und andere Antischaummittel. Die gemischten Fluide für automatische Getriebe, welche die erfindungsgemäßen Antischaumzusammensetzungen enthalten, müssen allgemein einen Flammpunkt von mehr als ungefähr 170°C zeigen, einer Oxidation standhalten, eine Verdampfung unterdrücken und einem Abbau widerstehen. Weiterhin müssen die gemischten ATFs nicht schäumende Eigenschaften bei hohen Temperaturen und Drücken sowie eine niedrige Viskosität bei niedriger Temperatur zeigen.
Zusätzlich zu dem Grundschmieröll, dem Dispergiermittel gemäß Anspruch 1 und den PFPE-Anti- schaumverbindungen enthalten formulierte ATFs eine Anzahl anderer herkömmlicher Additive, wie z. B.:
Antioxidantien;
dichtungsquellende Zusammensetzungen;
Reibungsmodifikatoren;
Extremdruck-/Antiverschleißmittel;
Viskositätsverbesserer;
die Fließgrenze herabsetzende Mittel; und
Detergentien.
Das Fluid für automatische Getriebe sollte die Spezifikationen des Fahrzeugherstellers erfüllen oder übertreffen. Ein Beispiel für ein geeignetes ATF ist GM DEX-CVT^®, welches ein Fluid für stufenlose Getriebe ist, das die Spezifikationen GM 10028N und GM 9986220 erfüllt.
Die zum Schaffen der erfindungsgemäßen Fluide für automatische Getriebe verwendeten Grundöle können jedes beliebige geeignete natürliche oder synthetische Öl sein, das die notwendigen Viskositätseigenschafen aufweist. Somit kann das Grundöl vollständig aus einem natürlichen Öl, wie z. B. Mineralöl mit geeigneter Viskosität, oder vollständig aus einem synthetischen Öl, wie z. B. einem Polyalphaolefin mit geeigneter Viskosität, zusammengesetzt sein. Ebenso kann das Grundöl ein Gemisch aus natürlichen und synthetischen Grundölen sein, vorausgesetzt, dass das Gemisch die erforderlichen Eigenschaften für eine Verwendung bei der Schaffung eines Fluids für automatische Getriebe aufweist. Erfindungsgemäß weist das Grundöl eine kinematische Viskosität im Bereich von 2 bis 8 Centistoke (cSt) bei 100°C auf. Bevorzugte Grundöle sind Materialien der Gruppe III. Eine bevorzugte Grundölviskosität ist beispielsweise 3,8 cSt für das eingesetzte Verhältnis von VHVI 2 und VHVI 4. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betragen die einzelnen Viskositäten dieser Grundmaterialien 2,8 cSt bzw. 4,3 cSt.
Erfindungsgemäße ATFs enthalten Dispergiermittel und bevorzugt Detergentien. Sie wirken zum Teil so, dass sie flüssige Komponenten solubilisieren und unlösliche Materialien suspendieren, die im Laufe der Zeit während des Betriebs entstehen. In einer Ausführungsform enthält das Detergens/Dispergiermittel eine erste Komponente (wie z. B. ein mit einer aliphatischen Alkylgruppe N-substituiertes Diethanolamin) und eine zweite Komponente, die entweder ein öllösliches, phosphorhaltiges, aschefreies Dispergiermittel und/oder mindestens ein öllösliches, borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel aufweist. Die aschefreien Dispergiermittel liegen in solchen Mengen vor, dass das Verhältnis von Bor in dem aschefreien Dispergiermittel im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,2 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der ersten Komponente liegt, oder das Verhältnis von Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel ungefähr 0,1 bis 0,4 Gewichtsteile pro Gewichtsteil der ersten Komponente beträgt.
In einer Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen mindestens ein öllösliches phosphor- und borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel, das in einer solchen Menge vorliegt, dass das Verhältnis von Phosphor zu der ersten Komponente im Bereich von ungefähr 0,15 bis ungefähr 0,3 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der ersten Komponente liegt und das Verhältnis von Bor in dem aschefreien Dispergiermittel im Bereich von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,15 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der ersten Komponente liegt.
Phosphor- und/oder borhaltige, aschefreie Dispergiermittel können durch Phosphorylieren und/oder Borieren eines aschefreien Dispergiermittels, das basischen Stickstoff und/oder mindestens eine Hydroxylgruppe in dem Molekül aufweist, gebildet werden, wie z. B. ein Succinimid-Dispergiermittel, ein Bernsteinsäureester-Dispergiermittel, ein Bernsteinsäureesteramid-Dispergiermittel, ein Mannichbase-Dispergiermittel, ein Hydrocarbyl-Polyamin-Dispergiermittel oder ein polymeres Polyamin-Dispergiermittel.
Die ATFs enthalten auch Antiverschleißmittel in einer Menge, die zum Schützen der sich bewegenden Komponenten (z. B. der Pumpe und der Getriebeelemente des Getriebes) vor Verschleiß geeignet ist. Typischerweise liegen die Antiverschleiß-Additive in einer Menge von ungefähr 0,025 bis ungefähr 5 Gew.-% des ATF vor. Ein nicht einschränkendes Beispiel für ein geeignetes Antiverschleißmittel ist 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazol (DMTD) oder dessen Derivate. Zur Erläuterung umfassen Derivate von DMTD:

a) 2-Hydrocarbyldithio-5-mercapto-1,3,4-thiadiazol oder 2,5-Bis(hydrocarbyldithio)-1,3,4-thiadiazol und Mischungen daraus;
b) Carbonsäureester von DMTD;
c) Kondensationsprodukte halogenierter aliphatischer Monocarbon säuren mit DMTD;
d) Reaktionsprodukte ungesättigter zyklischer Kohlenwasserstoffe und ungesättigter Ketone mit DMTD;
e) Reaktionsprodukte eines Aldehyds und Diarylamin mit DMTD;
f) Aminsalze von DMTD;
g) Dithiocarbamat-Derivate von DMTD;
h) Reaktionsprodukte eines Aldehyds und eines Alkohols oder einer aromatischen Hydroxyverbindung und DMTD;
i) Reaktionsprodukte eines Aldehyds, eines Mercaptans und DMTD;
j) 2-Hydrocarbylthio-5-mercapto-1,3,4-thiadiazol; und
k) Produkte aus der Kombination eines öllöslichen Dispergiermittels mit DMTD; und Mischungen daraus.

Die Zusammensetzungen a)–k) sind beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4.612.129 und den darin zitierten Patentreferenzen beschrieben, deren Offenbarungen durch Bezugnahme eingefügt sind. Thiadiazole sind beispielsweise von der Firma Ethyl Corporation als HiTEC^® 4313 im Handel erhältlich.
In Abhängigkeit von den gewählten Grundmaterialien kann eine Menge eines dichtungsquellenden Mittels erforderlich sein, um die Anforderungen der OEM-Hersteller bezüglich der Dichtungsverträglichkeit zu erfüllen. Eine Verwendung von Grundölen der Gruppe II, Gruppe III und Gruppe IV erfordert in vielen Fällen die Zugabe eines Materials zum Quellen von Dichtungen. Diese Materialien können aus den allgemeinen Kategorien der öllöslichen Diester, aromatischen Grundöle und Sulfone ausgewählt sein. Dialkyladipate sind Beispiele für lösliche Diester, die verwendet werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Dialkyladipat in einer Menge von 3 bis 20%, bevorzugt 3 bis 10% und am meisten bevorzugt ungefähr 5% zur Behandlung verwendet.
Ein Viskositätsindex-Verbesserer ist in den Formulierungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich und kann ein oder mehrere Materialien umfassen, ist aber nicht auf diese eingeschränkt, die ausgewählt sind aus Polyacrylat, Polymethacrylat, Styrol-/Olefin-Copolymer, Styrol-Dien-Copolymer, EP-Copolymer oder Terpolymeren und Kombinationen daraus. Ein bevorzugter VI-Verbesserer ist ein hoch scherstabiles Polymethacrylatpolymer oder -copolymer, das beispielsweise mit ungefähr 15 Gew.-% in der Fluidformulierung verwendet wird. VI-Verbesserer sind im Handel erhältlich.
Die erfindungsgemäßen Fluide für automatische Getriebe können als Schmiermittelzusammensetzungen und Hydraulikfluide in einer Reihe von Automobilgetrieben verwendet werden. In einer Ausführungsform hat das Getriebe ein Sumpfvolumen von 13 Liter (L) oder weniger. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Getriebe stufenlose Getriebe (CVT) mit einem Sumpf von 9 L oder weniger, bevorzugt 8 L oder weniger. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen ATFs besteht darin, dass sie Schaum oder eingetragene Luft in einem ATF reduzieren. Dies hat die Wirkung einer Reduktion oder Beseitigung des Pumpenheulens, das durch die Implosion von Luftbläschen auf der Druckseite der Pumpe verursacht wird. Aufgrund der beteiligten hohen Drücke ist das Problem am ausgeprägtesten in automatischen Getrieben im Allgemeinen und in CVTs im Besonderen. Aus diesem Grund werden die erfindungsgemäßen ATFs in einer bevorzugten Ausführungsform als Hydraulik- und Schmierfluide in stufenlosen Getrieben verwendet. Die CVTs können als Getriebe für Fahrzeuge mit Hinterradantrieb oder als kombinierte Schaltgetriebe mit Achsantrieb (Transaxles) für Autos mit Vorderradantrieb konfiguriert sein.
Zum Behandeln eines ATF enthaltenden automatischen Getriebes wird eine Zusammensetzung, die ein Antischaummittel mit oder ohne Verdünnungsmittel oder Trägeröl aufweist, in das Getriebe zugegeben. Dieser Schritt des Zugebens der Antischaummittelzusammensetzung kann durchgeführt werden durch direktes Einspritzen der Zusammensetzung in das Getriebe, wie z. B. mittels einer Spritze, einer Dosiereinrichtung oder auf andere Weise. Dieser Schritt kann auch an einer beliebigen von verschiedenen Stufen während der Lebensdauer des Fahrzeugs durchgeführt werden – beim anfänglichen Bauen des Getriebes, bei dessen ersten Einbau in ein Fahrzeug, bei vorgeschriebenen Wartungsintervallen, wenn ein Pumpenheulen wahrgenommen wird oder wurde, bei jeder Wartung, Instandsetzung oder jedem Umbau des Getriebes, bei jedem Nachfüllen, Füllen oder Wiederbefüllen des Getriebes mit Fluid oder zu anderen Zeitpunkten.
Zum Beispiel umfasst eine Verwendung der vorliegenden Erfindung die Schritte: (a) Bauen eines neuen automatischen Getriebes, (b) Füllen des Getriebes mit ATF, (c) Durchführen von Funktionstests mit dem Getriebe, (d) Entnehmen eines Teils (z. B. einer Hälfte) des ATF aus dem Getriebe, (e) Zugeben einer Antischaum-Zusammensetzung zur zusätzlichen Behandlung in das teilweise gefüllte Getriebe, (f) Transportieren des Getriebes (z. B. zu einem Händler, einer Werkstatt usw.) und (g) Auffüllen des Getriebes mit ATF. Dieses Verfahren kann wahlweise den Schritt des Einbauens des Getriebes in ein Fahrzeug nach Schritt (a) umfassen.
Alternativ umfasst eine Verwendung der vorliegenden Erfindung anstelle des Zugebens des Antischaummittels in das Getriebe (d. h. zusätzliches Behandeln des Getriebes) auch den Schritt des Mischens des Antischaummittels mit einem ATF vor dem Füllen oder zusätzlichen Behandeln eines automatischen Getriebes mit erstem oder zusätzlichem ATF. Das Antischaummittel-reiche ATF kann dann verwendet werden, um ein automatisches Getriebe zu füllen, wiederzubefüllen oder nachzubehandeln, um zuvor bemerktes Pumpenheulen zu reduzieren oder vor möglichem Pumpenheulen zu schützen.
Es sollte angemerkt werden, dass der Schritt des Zugebens der Zusammensetzung zur zusätzlichen Behandlung oder des formulierten ATF gemäß der vorliegenden Erfindung zu einem Getriebe deren Zugabe in das Getriebegehäuse, den Sumpf, die Pumpe selbst, ein Füllrohr, ein Pegelstabrohr, eine Wartungsöffnung, den Drehmomentwandler, den Ventilkörper, einen Druckspeicher, die Hydraulikleitungen oder woanders in direkter oder indirekter Fließverbindung mit der Pumpe einschließen kann. Die Stelle, an der die zusätzliche Behandlung oder das vollständig formulierte ATF zugegeben wird, kann in der Nähe des Getriebes sein oder es kann an einem relativ von dem Getriebe entfernten Punkt sein, wie einer geeigneten Öffnung in der Pumpe/den Hydraulikleitungen des Getriebes benachbart zu dem Kühler/Kondensator/Ölkühler.
Zum Reduzieren unerwünschter Geräusche in einem laufenden automatischen Getriebe kann die in dem Schmiermittelsumpf des Getriebes enthaltene Schmiermittelzusammensetzung mit einer Zusammensetzung zur zusätzlichen Behandlung nachbehandelt werden, die eine Antischaumverbindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antischaumverbindung bis zu einer Temperatur von 200°C oder mehr, bevorzugt 400°C oder mehr und am meisten bevorzugt 500°C oder mehr thermisch stabil gemäß Messung durch Differentialthermoanalyse. Als allgemeine Regel ist die Antischaumverbindung in den erfindungsgemäßen ATFs den hohen Temperaturen an den Oberflächen der implodierenden Bläschen für eine relativ kurze Zeitdauer ausgesetzt. Aus diesem Grund ist es möglich, ein Antischaummittel mit einer thermischen Stabilität gemäß Messung durch Differentialthermoanalyse zu verwenden, die geringer als die bevorzugten Bereiche ist. Für beste Ergebnisse ist es jedoch bevorzugt, ein Antischaummittel zu verwenden, das bei Temperaturen thermodynamisch stabil ist, die an der Druckseite der Pumpe erreicht werden, wenn die Bläschen adiabatisch komprimiert werden.
Das zusätzliche Behandeln der Schmiermittelzusammensetzung in dem Sumpf kann nach der Montage des Getriebes bei einem Getriebebauer und vor dem Transport des Getriebes zu einer Fahrzeugmontagestraße durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt der zusätzlichen Behandlung in der Fahrzeugmontagestraße vor dem Transport des das Getriebe enthaltenden Fahrzeugs zu einem Verbraucher durchgeführt werden.
Im Rahmen des Ersatzteilmarktes kann der Schritt der zusätzlichen Behandlung während der planmäßigen Wartung des Getriebes durchgeführt werden oder wenn der Betreiber eines Fahrzeugs ein aus dem Getriebe stammendes Geräusch bemerkt. Der Schritt der zusätzlichen Behandlung kann von einem Kraftfahrzeugtechniker in einer Reparaturwerkstatt oder von dem Verbraucher durchgeführt werden.

Claims

Fluid für automatische Getriebe enthaltend: a) ein Schmieröl aus natürlichem und/oder synthetischem Öl mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C zwischen 2 und 8 Centistoke, b) ein Antiverschleißmittel, c) eine Antischaumzusammensetzung und d) ein Dispergiermittel, wobei die Antischaumzusammensetzung i) eine Perfluorpolyether-Verbindung enthält, welche nicht-funktionalisierte Endgruppen aufweist, wobei die Endgruppen jeweils ein Halogenatom, eine Perfluoralkoxygruppe oder eine Perfluoralkylgruppe sind, und die Antischaumzusammensetzung desweiteren ii) eine funktionalisierte Perfluorpolyether-Verbindung enthält, welche zwei Endgruppen umfasst, wobei die beiden Endgruppen funktionelle Gruppen ausgewählt aus Alkylamid-, Silan-, Phosphat-, Phosphatester-, Carboxyl-, organischen Ester- und Hydroxylgruppen sind, und wobei das Dispergiermittel ein öllösliches, phosphorhaltiges, aschefreies Dispergiermittel und/oder mindestens ein öllösliches, borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel aufweist.
Fluid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalisierte Perfluorpolyether-Verbindung zwei Endgruppen der allgemeinen Formeln A¹-CF₂-O- und -CF₂-A² umfasst, wobei A¹ und A² unabhängig voneinander eine Amid-, Silan-, Phosphat-, Carboxyl- oder Hydroxylgruppe aufweisen.
Fluid nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass A¹ und A² unabhängig voneinander – CONHR_H, – Ak-OH, – Ak-Si(OR_H)₃, – COOR_H, – CH₂(OCH₂CH₂)_pOH, – CH₂OCH₂CH(OH)CH₂OH oder – Ak-OP(O)(OH)₂, sind, wobei R_H H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, Ak eine Bindung oder eine Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist und p 1 bis 20 ist.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem wenigstens eine der Perfluorpolyether-Verbindungen eine Mehrzahl von sich wiederholenden -(CaF_2aO)-Einheiten aufweist, wobei a 1 bis 10 ist.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem wenigstens eine der Perfluorpolyether-Verbindungen sich wiederholende -(CF₂-CF(CF₃)-O)-Einheiten aufweist.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem wenigstens eine der Perfluorpolyether-Verbindungen sich wiederholende -(CF₂-CF2-CF₂-O)-Einheiten aufweist.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem wenigstens eine der Perfluorpolyether-Verbindungen sich wiederholende -(CF₂-CF₂-O)-Einheiten aufweist.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem wenigstens eine der Perfluorpolyether-Verbindungen sich wiederholende (C_bF_2bO)- und -(CF₂-O)-Einheiten aufweist, wobei b 2 bis 10 ist.
Fluid nach Anspruch 8, in dem wenigstens eine der Perfluorpolyether-Verbindungen die sich wiederholenden Einheiten in einer zufälligen Verteilung entlang der Hauptkette enthält.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses 0,0005 bis 1 Gewichts-% Perfluorpolyether enthält.
Fluid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazol (DMTD) oder eines von dessen Derivaten enthält.
Verwendung eines Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem automatischen Getriebe, wobei das automatische Getriebe ein Gehäuse aufweist, welches einen Schmiermittelsumpf definiert, der eine Schmierölzusammensetzung enthält, die das Fluid enthält.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei das automatische Getriebe ein stufenloses Getriebe ist.