DE3634078A1

DE3634078A1 - Getriebeoel fuer automatisch geschaltete getriebe

Info

Publication number: DE3634078A1
Application number: DE19863634078
Authority: DE
Inventors: Mineo Kagaya; Haruo Seki; Hiroyuki Shimizu
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1985-10-07
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1987-05-07
Also published as: GB2182948A; GB8623935D0; JPS6284190A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Getriebeöl (ATF) für automatisch geschaltete Getriebe, welches als Hauptbestandteil ein Grundöl auf der Basis eines Mineralöls oder eines synthetischen Öls oder einer Mischung aus einem Mineralöl und einem synthetischen Öl enthält.

In letzter Zeit werden in Automobile in zunehmendem Umfang automatisch geschaltete Getriebe eingebaut. In einem automatisch geschalteten Getriebe wird abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder von der Last automatisch ein bestimmtes Verhältnis zwischen Drehmoment und Getriebeübersetzung eingestellt. Ein automatisch geschaltetes Getriebe enthält als Grundkomponenten einen Drehmomentwandler, eine Mehrscheiben- oder Lamellenkupplung, ein Planetengetriebe sowie hydraulische Steuereinrichtungen. Demgemäß muss das Getriebeöl vielfältige Aufgabe übernehmen: Es ist für die genannten Grundkomponenten, für die Getriebezahnräder und die Lager das Schmiermittel, es dient der Kraftübertragung und als Hydraulikflüssigkeit für die Steuerung der hydraulischen Schaltorgane. Zum Umschalten des Getriebes auf unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse werden mittels Kontaktkupplung und Bremsband Verbindungen zwischen den entsprechenden Teilen des Planetengetriebes geändert. Als Kupplung verwendet man gegenwärtig üblicherweise eine in Öl laufende Mehrscheibenkupplung, welche als angetriebene Platte eine Stahlplatte hat und deren treibende Platte mit einem besonderen Reibmaterial belegt ist, das meist aus Spezialpapieren gebildet ist. Die Reibeigenschaften einer solchen in Öl laufenden Kupplung beeinflussen das Übertragungsverhalten des automatisch geschalteten Getriebes und damit auch sein Schaltverhalten, welches wiederum den Fahrtkomfort beeinflußt.

Die Reibeigenschaften werden beispielsweise mit der bekannten SAE Nr. 2 Reibwertprüfmaschine bestimmt. Bei dieser Maschine handelt es sich um ein Trägheitsdynamometer, in welchem die kinetische Energie eines Rotors von einer Reibplatte aufgebracht wird und ein Reibungskoeffizient μ gemäß nachstehender Formel aus dem Reibungsmoment errechnet wird: in dieser Gleichung bedeutet
T: das durch die Reibung übertragene Drehmoment
n: die Anzahl der Kupplungsplatten
S: die Kolbenfläche
P: die auf den Kolben ausgeübte Druckkraft
r: der mittlere Radius der Kupplungsplatte

Zur Bestimmung des Reibungskoeffizinten gibt es ein dynamisches Verfahren und ein statisches Verfahren. Beim dynamischen Verfahren wird eine auf der Welle eines Motors befestigte, als Schwungmasse dienende Platte durch den Motor in eine schnelle Drehung versetzt. Auf derselben Motorwelle befindet sich eine Kupplungsplatte, welche zusammen mit der Schwungmasse in Drehung versetzt wird. Nachdem sich beide in schneller Drehung befinden, wird der Motorantrieb abgeschaltet und durch einen pneumatisch betätigten Kolben eine zweite Kupplungsplatte gegen die auf der Motorwelle sitzende Kupplungsplatte gepreßt, um diese und mit ihr die Schwungmasse abzubremsen. Dabei dient also die auf der Motorwelle sitzende Kupplungsplatte als treibende Platte und die dagegengedrückte Kupplungsplatte als die angetriebene Platte. Über die Dauer des Bremsvorganges wird dann das Reibmoment aufgezeichnet. Aus dem zeitlichen Verlauf des Reibmoments über den Bremsvorgang kann man auf das Reibmoment rückschließen, welches bei noch laufendem Motor auftreten würde, und aus dem ermittelten Reibmoment kann man mit Hilfe der oben angegebenen Gleichung einen Koeffizienten der dynamischen Reibung errechnen. Aus dem Reibmoment, welches unmittelbar vor dem Stillstand der Schwungmasse ermittelt wird, kann man darüberhinaus einen Koeffizienten μ _o der statischen Reibung errechnen.

Beim statischen Verfahren zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten preßt man die treibende und die angetriebene Kupplungsplatte gegeneinander und dreht die Schwungmasse mittels eines Hilfsmotors mit sehr geringer Geschwindigkeit, während gleichzeitig der pneumatisch betätigte Kolben die Kupplungsplatten mit vorgegebenem Druck aneinander preßt. In dem sich so ergebenden Bewegungszustand wird das Reibmoment gemessen und daraus in Anwendung der oben angegebenen Gleichung ein Koeffizient μ _s der statischen Reibung errechnet.

Der Reibungskoeffizient hängt nicht nur von dem verwendeten Kupplungsmaterial, insbesondere dem dafür verwendeten Spezialpapier, ab, sondern hängt in sehr erheblichem Ausmaß auch von der Art und Zusammensetzung des Getriebeöls ab. Im allgemeinen bevorzugt man ein Getrieböl mit hohem dynamischem Reibungskoeffizienten, welcher günstig für ein ruckfreies Schaltverhalten ist und am ehesten erwarten läßt, dass diese Eigenschaft über eine längere Laufzeit einigermaßen gleich gehalten wird. Je näher das Verhältnis μ _o/μ _d bei 1 liegt, desto weicher ist das Schaltverhalten, was an sich erwünscht ist. Andererseits hat es aber auch Vorteile, einen hohen Koeffizienten μ _s der statischen Reibung zu haben, denn je höher dieser ist, desto geringer ist der Schlupf nach einem Betätigen der Kupplung.

Die bisher bekannten Getriebeöle sind in ihrem Reibungsverhalten nicht optimal. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebeöl für automatisch geschaltete Getriebe verfügbar zu machen, welches über eine lange Laufzeit ein ruckfreies Schaltverhalten und geringsten Schlupf gewährleistet und ausserdem sein Reibungsverhalten über die Laufzeit des Getriebeöls nur wenig ändert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebeöl mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Zusammensetzung. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das neue Getrieböl hat einen hohen Koeffizienten der dynamischen Reibung, einen hohen Koeffizienten der statischen Reibung und ein nahe bei 1 liegendes Verhältnis der nach dem dynamischen Verfahren bestimmten Koeffizienten μ _o/μ _d. Ausserdem hat sich gezeigt, dass sich sowohl der statische als auch der dynamische Reibungskoeffizient im Lauf der Zeit nur geringfügig ändern.

Als Grundöl für das neue Getriebeöl kann man entweder Mineralöle oder synthetische Öle oder deren Mischungen verwenden. Das Grundöl des Getriebeöls stellt den Hauptanteil an der Zusammensetzung des Getriebeöls und hat typisch eine Viskosität zwischen 1,5 und 5,0 mm²/s(cSt) bei 100°C. Für den Fall, dass man das Grundöl aus mehreren Komponenten mischt, können einzelne Komponenten eine Viskosität zwischen 1,5 und 50 mm²/s(cSt) bei 100°C haben, sofern die Mischung in dem zuvor angegebenen Viskositätsbereich zwischen 1,5 und 5 mm²/s(cSt) liegt. Beispiele von geeigneten Mineralölen sind 70-Pale, SAE 10, SAE 20, SAE 30, SAE 50, Brightstocks und Cylinderstocks. Besonders geeignete synthetische Öle sind Decylen-1-Oligomere (nämlich jene mit einer Viskosität zwischen 2,0 und 50 mm²/s(cSt) bei 100°C), Diester (Di-2-äthylhexylsebacinat, Dioctyladipat, Dioctyldodecanoat u. dgl.), und Polyolester (Pentaerythritoltetraoleat, Trimethylolpropan- tri-pelargonat u. dgl.).

Die erfindungsgemäß verwendeten Magnesiumsulfonate sind Magnesiumsalze von alkylierten aromatischen Sulfonsäuren mit einem Molukulargewicht zwischen 100 und 700. Besonders geeignete Beispiele solcher alkylierten aromatischen Sulfonsäuren sind die sogenannten Petrolsulfonsäuren, synthetische Sulfonsäuren u. dgl. Der Begriff Petrolsulfonsäuren bezeichnet Sulfonsäuren, welche man durch Sulfonieren von alkylaromatischen Verbindungen in den Schmierölfraktionen von Mineralölen erhält. Synthetische Sulfonsäuren fallen beispielsweise als Nebenprodukte bei der Herstellung von Detergentien an. Weiterhin können als synthetische Sulfonsäuren sulfonierte Alkylbenzole mit geradkettigen oder verzweigt-kettigen Alkylgruppen verwendet werden, welche durch Alkylieren von Benzol mit Polyolefinen erhalten werden, weiterhin sulfonierte Alkylnaphtalene wie z. B. Dinonylnaphtalen u. dgl. .

Die erfindungsgemäß verwendbaren Magnesiumsulfonate sind nicht auf die neutralen Salze beschränkt, vielmehr kann man auch basische Sulfonate und sogenannte überbasische (oberbasic) Sulfonate verwenden. Die basischen Sulfonate erhält man durch Erhitzen der neutralen Salze mit Magnesium im Überschuß in Gegenwart von Wasser. Die überbasischen Sulfonate erhält man durch Umsetzen der neutralen oder basischen Salze mit Oxiden oder Hydroxiden von Erdalkalimetallen in Gegenwart von Kohlensäuregas.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung der Magnesiumsulfonate jedoch nicht auf die vorstehend genannten Verfahren beschränkt, vielmehr können auf jegliche Art und Weise hergestellte Magnesiumsulfonate Verwendung finden.

Magnesiumsulfonate, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind als Metallreinigungsmittel bekannt. In Getriebeölen für automatisch geschaltete Getriebe hat man bislang jedoch als Metallreinigungsmittel nur Kaliziumsulfonat und Kalziumphenolat als Metallreinigungszusatz verwendet (siehe z. B. das SAE-Paper 6 80 040 (1968) ). Bevor die vorliegende Erfindung gemacht wurde, ist niemals vorgeschlagen worden, einem Getriebeöl für automatisch geschaltete Getriebe ein Magnesiumsulfonat zuzusetzen, um dessen Reibungseigenschaften positiv zu beeinflussen.

Für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Getriebeöl wählt man am besten solche überbasischen Magnesiumsulfonate aus, die eine Grundzahl (base number) von 300 oder darüber haben, vorzugsweise mit einer Grundzahl von 350 oder darüber; die Grundzahl wird bestimmt durch potentiometrische Titration (Perchlorsäure- Methode) gemäß den Vorschriften der Norm JIS K 2501 5.2.3; die Verwendung solcherart ausgewählter überbasischer Magnesiumsulfonate verbessert das Reibungsverhalten der Getriebeöls besonders nachhaltig.

Das Magnesiumsulfonat ist in dem erfindungsgemäßen Getriebeöl in einem Anteil zwischen 0,1 und 5,0 Gew.-%, vorzugsweise mit einem Anteil von 0,3 bis 2,0 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht des Getriebeöls) enthalten.

Ausser den genannten Magnesiumsulfonanten kann das erfindungsgemäße Getriebeöl weitere Zusätze enthalten, die auch bei bekannten Schmierölen als Zusätze gebräuchlich sind. Beispiele solcher Zusätze sind Metallreinigungsmittel wie z. B. andere Erdalkalimetall- Sulfonate als Magnesiumsulfonate, Phenolate, Phosphonsäuresalze, Carboxylate, Salicylate von Erdalkalimetallen, u. dgl. Verbindungen; ferner aschefreie Dispersionsmittel wie z. B. Alkenylsuccinimide, Alkylbenzylamine u. dgl.; ferner Antioxidantien wie z. B. Zinkalkyl- oder -aryldithiophosphate, durch sterisch hindernde Gruppen substituierte Phenole, aromatische Amine u. dgl.; ferner Hochdruckzusätze wie z. B. Polyphylsulfide, Schwefelsäureester, Phosphorsäureester, Ester der phosphorigen Säure u. dgl.; ferner Substanzen, die die Schmierfähigkeit verbessern und die Reibungseigenschaften verändern wie z. B. Fettsäuren, Salze und Ester von Fettsäuren, höhere Alkohole, saure Phosphorsäureester, Aminverbindungen u. dgl.; ferner Korrosionsschutzmittel und/oder Entschäumungsmittel u. dgl.

In der nachstehenden Tabelle I sind fünf Beispiele von erfindungsgemäßen Getriebeölen für automatisch geschaltete Getriebe angegeben. Bei diesen Getriebeölen wurden die Reibungseingenschaften, repräsentiert durch die Reibungskoeffizienten μ _d, μ _s und das Verhältnis μ _o/μ _d mittels einer SAE Nr. 2 Reibwertprüfmaschine bestimmt, wobei für den Kupplungsbelag handelsübliche Spezialpapiere verwendet wurden. Die ermittelten Werte von μ _d, μ _s und μ _o/μ _d sind in der Tabelle I angegeben.

Zum Vergleich wurden fünf ähnlich zusammengesetzte Getriebeöle untersucht, die jedoch kein Magnesiumsulfonat enthielt. Die Tabelle II enthält die Zusammensetzung und die ermittelten Reibungskoeffizienten dieser fünf Vergleichsgetriebeöle.

Man sieht an Hand der Tabelle I, dass die fünf erfindungsgemäßen Getriebeöle sowohl einen hohen Koeffizienten der dynamischen Reibung (μ _d) als auch einen hohen Koeffizieten der statischen Reibung (μ _s) haben, und dass das Verhältnis μ _o/μ _d erst nach der dynamischen Methode gemessenen statischen Reibungskoeffizienten zum dynamischen Reibungskoeffizienten sehr dicht bei 1,0 liegt. Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Getriebeöle eignen sich deshalb hervorragend für die Verwendung in automatisch geschalteten Getrieben.

Anders sieht es bei den fünf Vergleichsölen aus: Wenn man die Vergleichsöle 1 und 4, die kein Magnesiumsulfonat enthalten, mit den entsprechenden Getriebeölen 1 und 3 aus Tabelle I vergleicht, stellt man fest, dass bei den Vergleichsölen das Verhältnis μ _o/μ _d erhöht ist, so dass das Schaltverhalten im Fahrbetrieb verschlechtert ist. Wenn man die Vergleichsöle 2 und 3, die sich vom Vergleichsöl 1 darin unterscheiden, dass sie als Metallreinigungsmittel bekanntes Kalziumsulfonat bzw. Kalziumphenolat enthalten, mit dem Getriebeöl Nr. 1 aus Tabelle I vergleicht, dann stellt man fest, dass bei beiden Vergleichsölen der Koeffizient μ _s der statischen Reibung infolge dieses Zusatzes von Kalziumsulfonat bzw. Kalziumphenolat erniedrigt ist, während gleichzeitig das Verhältnis μ _o/μ _d in beiden Fällen erhöht ist; beide Änderungen sind unvorteilhaft. Das Vergleichsöl Nr. 5 ist ein Getriebeöl, welches als Grundöl eine Mischung eines Mineralöls und eines synthetischen Öls enthält. Wenn man dieses Vergleichsöl Nr. 5, welches Kalziumsulfonat als Zusatz enthält, mit dem erfindungsgemäßen Öl Nr. 5 aus Tabelle I vergleicht, welches anstelle von Kalziumsulfonat Magnesiumsulfonat enthält, dann sieht man, dass das erfindungsgemäße Getriebeöl Nr. 5 in allen drei aufgerührten Reibungskenngrößen besser ist.

Tabelle I

Erläuterungen zu Tabelle I

1) Überbasisches Magnesiumsulfonat mit einer Grundzahl (base number) von 400
2) Reibwerteinstellungszusatz, Zusatz zum Verbessern des Viskositätsindex u. dgl.

Erläuterung der Abkürzungen in der TABELLE I:

U.B.=überbasisch Sulf.=Sulfonat B.N.=base numer (Grundzahl) A.F. Disp.=Aschefreies Dispersionsmittel Zn-DTP=Zinkalkyldithiophospat P.M.O.=gereinigtes Mineralöl Po.α-Ole=Poly-α Olefin

Tabelle II

Erläuterungen der Abkürzungen in der Tabelle II:

1) Reibwerteinstellungszusatz, Zusatz zum Verbessern des Viskositätsindex u. dgl.

U.B.=überbasisch Sulf.=Sulfonat Phen.=Phenolat B.N.=Base Number (Grundzahl) A.F. Disp.=Aschefreie Dispersionsmittel Zn-DTP=Zinkalkyldithiophosphat P.M.O.=gereinigtes Mineralöl P.O.α-Olef.=Poly-α-Olefin

Claims

1. Getriebeöl für automatisch geschaltete Getriebe, welches als Grundöl ein Mineralöl oder ein synthetisches Öl oder eine Mischung aus einem Mineralöl und einem synthetischen Öl enthält, dadurch gekennzeichnet, dass es zu 0,1 bis 5 Gew.-% aus Magnesiumsulfonat besteht.

2. Getriebeöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zu 0,3 bis 2,0 Gew.-% aus Magnesiumsulfonat besteht.

3. Getriebeöl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnesiumsulfonat ein überbasisches Magnesiumsulfonat mit einer Grundzahl (base-number) von 300 oder darüber ist.