DE69111900T2

DE69111900T2 - Verfahren zur Qualifizierung eines synthetischen Getriebeschmiermittels.

Info

Publication number: DE69111900T2
Application number: DE69111900T
Authority: DE
Inventors: Dale Edward Muyskens; James Edward Newkirk
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-05-21
Also published as: CA2042928A1; EP0458557A1; US5157963A; EP0458557B1; ES2075349T3; DE69111900D1; AU644987B2; AU7709191A; CA2042928C; TR26665A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Prütverfahren für Getriebeschmiermittel, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Qualifizierung von synthetischen Getriebeschmiermitteln.
Gute Schmierung ist für eine lange Getriebelebensdauer wichtig, insbesondere bei Fahrzeuggetrieben. Das Aufrechterhalten eines geeigneten Ölstandes mit Öl der richtigen Klasse und des richtigen Typs ist der Schlüssel zu einer verlängerten Lebensdauer von Zahnrädern und Lagern bei Getrieben. Die Standzeiten für das Auswechseln des Öls und die Wartung des Getriebes tragen zu der Lkw-Standzeit bei, welche ein Hauptkriterium für Lkw-Fuhrparks und ebenso für Einzelführunternehmer darstellen. In der Lkw-Industrie besteht seit langem ein Wunsch nach verlängerten Ölwechselintervallen, was die Wartungsstandzeit reduziert.
In der Vergangenheit empfahlen die Hersteller von Getrieben für Hochleistungs-Lkws Ölwechselintervalle von 80 000 km (50 000 Meilen) bei Hochleistungsanwendungen mit Schmiermitteln auf Mineralölbasis. Mit den heutigen synthetischen Schmiermitteln konnten diese Hersteller die Wechselintervalle etwa auf das Fünffache ausdehnen, wobei Wechselintervalle von 400 000 km (250 000 Meilen) empfohlen werden, nachdem bei einem km-Stand von 8 000 km (5 000 Meilen) oder weniger die originale werksseitige Ölfüllung abgelassen wird und durch die synthetischen Schmiermittel ersetzt wird. Wenn die originale werksseitige Füllung aus dem neuen synthetischen Schmiermittel besteht, ist kein anfänglicher Wechsel nötig. Verschiedene Hersteller bieten gegenwärtig verlängerte Garantiezeiten für ein Versagen bis 1 200 000 km (750 000 Meilen) an.
Bis vor kurzem wurden Öle auf Mineralölbasis für die Schmierung bei Getrieben von Hochleistungs-Lkws verwendet, obwohl sie oxidationsempfindlich waren, wenn das Getriebe bei Ölsumpftemperaturen oberhalb von 110ºC (230ºF) betrieben wurde. Viele Getriebeöle auf Mineralölbasis versagen oberhalb von 110ºC (230ºF) und oxidieren, wobei sich kohlenstoffhaltige Überzüge auf Dichtungen, Lagern und Zahnrädern abscheiden, was zu einem vorzeitigen Versagen führen kann. Folglich waren regelmäßige Ölwechsel nötig, um die Oxidation und diese Abscheidungen möglichst gering zu halten, um eine maximale Lebensdauer der Komponenten zu sichern und die Garantien mit den Getriebeherstellern einzuhalten. Die niedrigere Temperaturgrenze und das Erfordernis eines Getriebeölkühlers beschränkte den Erfolg von Getriebeölen auf Mineralölbasis auf weniger anspruchsvolle Anwendungen.
Die gegenwärtig erhältlichen neuen synthetischen Schmiermittel können bei Temperaturen bis zu 120ºC (250ºF) eingesetzt werden, wobei zwischenzeitlich Betriebstemperaturen bis zu 150ºC (300ºF) auftreten können, ohne daß das Getriebe beschädigt wird. Wenn die durchschnittliche Betriebstemperatur oberhalb von etwa 120ºC (250ºF) liegt, können für das Getriebe häufigere Ölwechsel oder eine externe Kühlung erforderlich sein. Die folgenden Bedingungen können in jeglicher Kombination Betriebstemperaturen von über 120ºC (250ºF) bewirken: (1) durchgängiger Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten; (2) hohe Umgebungstemperaturen; (3) beschränkter Luftstrom um das Getriebe herum; (4) Anordnung des Auspuffsystems zu nahe an dem Getriebe; und (5) Overdrive-Betrieb bei hohen Motorleistungen.
Da viele Hersteller ihre Getriebe so auslegen, daß die Innenteile in einem frei strömenden Ölbad betrieben werden, welches durch die Bewegung der Zahnräder und der Wellen umgewälzt wird, ist die Öltröpfchenoberfläche während des Betriebs stark erhöht, was das Öl besonders empfindlich für Oxidation macht. Diese Oxidation tördert die Ansammlung von Kohlenstoffablagerungen an der Öldichtung, was das Dichtungsmaterial verschlechtert. Es ist seit langem bekannt, daß ein merklicher Unterschied in der Dichtungslebensdauer bei Verwendung verschiedener Schmiermittel besteht. Wenn sich das Dichtungsmaterial einmal verschlechtert hat, können die an der Dichtung anliegenden Oberflächen ebenfalls beschädigt oder zerstört werden. Diese Materialbeschädigungen bewirken mit der Zeit einen Verlust von Schmiermittel, was schließlich zu niedrigen Schmiermittelständen und nachfolgenden Getriebeausfällen führt. Fuhrpark-Aufzeichnungen haben eine (durchschnittliche) Ausfallrate einer Dichtung etwa alle 240 000 km (150 000 Meilen) während einer normalen Wartungsperiode bei einem Getriebe eines Hochleistungs-Lkws bei Verwendung von Schmiermitteln auf Mineralöl- oder Erdölbasis gezeigt. Die neuen synthetischen Schmiermittel haben keine Anzeichen für eine Leckage oder einen aufgezeichneten Ausfall während der selben Wartungsperiode bei Lkws gezeigt, was auf eine gegenüber von normalen Schmiermitteln auf Mineralölbasis wesentlich verlängerte Dichtungslebensdauer hindeutet.
Da Schmiermittel auf Mineralölbasis bei den hohen Betriebstemperaturen, denen Getriebe heutzutage ausgesetzt sind, oxidieren, verursacht das nun auftretende Oxidationsproblem die Bildung von Ablagerungen innerhalb des Getriebes, was einen krustigen Kohlenstoffilm im ganzen Getriebe hinterläßt. Diese Ablagerungen haften an den Lagern, Zahnradnaben, Zahnflächen, Rutschkupplungen, Synchronisatoren und allen anderen Innenteilen. Hohe Säurepegel, die sich während des Betriebs ausbilden, begünstigen diese Oxidation. Deshalb ist es ratsam, verschiedene Schmiermittel zu qualifizieren, die bei hoheren Temperaturen mit einer geringeren Oxidationsrate arbeiten, Schmiermittel, welche geringeren Saurepegeln unterliegen, wodurch die Oxidation weniger begünstigt wird. Synthetische Schmiermittel schließen die allgemein bei Schmiermitteln auf Mineralölbasis vorhandene Restschwefelkomponente nicht ein, und ein geprüftes synthetisches Schmiermittel wird allgemein verlängerte Ablaßintervalle ermöglichen, was den zusätzlichen Vorteil von verringerter Standzeit und sauberer arbeitender Getriebe bedeutet, was zu einer längeren Lebensdauer führt.
Ferner zeigen die thermischen Aspekte der heutigen Lkw-Auslegung, daß die Getriebe nun bei höheren kritischen Temperaturen arbeiten, was Schmiermittel erfordert, die unter höheren thermischen Bedingungen arbeiten. Durch Forschung und Versuche wurde festgestellt, daß die meisten heutzutage hergestellten Schmiermittel auf Mineralölbasis eine geringere thermische Stabilität aufweisen, als dies während des bei neueren Lkws erforderlichen Hochtemperaturbetriebs erforderlich ist. Aufgrund der höheren Temperaturen und der wie oben beschrieben damit einhergehenden Ablagerung von kohlenstoffhaltigem Schlamm, können der Überzug und andere Ablagerungsansammlungen zu einem Faktor bei der Wärmekonzentration werden, was möglicherweise zu einem Synchronisatorausfall und schließlich zu einem Getriebeausfall beiträgt. Innere Ablagerungen und Abscheidungen führen zu Problemen während des Getriebebetriebs. Eine Ansammlung kann zu einem vorzeitigen Ausfall der gesamten Getriebeeinheit führen. Das Ausmaß der tatsächlichen Auswirkung während des Betriebs kann von einer extrem sorgfältigen Wartung abhängen, jedoch besteht das mögliche Ergebnis in einer verkürzten Getriebelebensdauer aufgrund von übermäßigen Oxidationsablagerungen.
Bei einem Versuch, diese thermischen Probleme zu überwinden, werden neue synthetische Schmiermittel mit thermisch stabilen Zusätzen hergestellt, die gegenwärtig von Zulieferern erhältlich sind. Hersteller von Lkw-Komponenten ermuntern die Ölzulieferer, thermisch stabile Zusätze für die synthetischen Schmiermittel herzustellen, die für heutige Lkw-Auslegungen geeigneter sind, welche Betriebsbedingungen bei höheren Temperaturen verlangen. Diese Zulieferer von thermisch stabilen Zusätzen mischen die Zusätze in Ausgangsschmiermittel auf synthetischer Basis. Diese Mischungen zeigen bessere Leistungen als andere Schmiermittel in dem Getriebe, da sie nicht nur thermisch stabil sind, sondern da sich das Ausgangsschmiermittel auf synthetischer Basis allgemein nicht mit der Zeit eindickt, was längere Ablaßintervalle zwischen Ölwechseln erlaubt.
Aus diesem Grund wurde es für Getriebehersteller offensichtlich, daß die Schaftung einer Beschaffungsspezifikation zum Qualifizieren von Schmiermitteln unerläßlich geworden ist.
Die alten Verfahren zum Prüfen von Schmiermitteln schlossen die ASTM-Standardprüfüng mit der Bezeichnung D-130 zum Erfassen der Kupferkorrosion von Mineralölprodukten mittels des "Kupferstreifenanlauftests" ein. Diese Standardprüfüng wurde unter der festen Bezeichnung D-130-80 eingeführt. Die unmittelbar auf die Bezeichnung folgende Zahl bezeichnet das Jahr der Einführung oder, im Falle einer Anderung, das Jahr der letzten Änderung. Dies ist auch eine standardprüfüng des Institute of Petroleum, die unter der festen Bezeichnung IP 154 eingeführt wurde. Dieses Verfahren wurde auch zur Verwendung in staatlichen US-Institutionen eingeführt, um das Verfahren 5325 des US-Bundesprüfverfahren-Standards No. 791B zu ersetzen.
Dieses Verfahren umfaßt die Ermittlung der Korrosionswirkung von verschiedenen Treibstoffarten, Heizölen, Reinigungsmitteln und Lösungsmitteln, destillierten Heizölen und Schmiermittel auf Kupfer. Der Test besteht im wesentlichen darin, daß ein speziell präparierter Kupferstreifen in eine aus rostfreiem Stahl aufgebaute Korrosionstestbombe für Kupferstreifen gebracht wird, die den Prüfdrücken und Prüftemperaturen standhält. Das Schmiermittel wird in einem Flüssigkeitsbad bei einer vorgeschriebenen Temperatur gehalten, die im allgemeinen bei etwa 100ºC für Schmieröle liegt, und wird bei dieser Temperatur für etwa 3 Stunden gehalten. Der Kupferstreifen wird in das erwärmte Schmieröl eingetaucht und danach hinsichtlich Kupferstreifenanwendungen bewertet. Es ist wunschenswert, die Klassifikation 1-A zu erzielen, welche einen leichtes helloranges Anlaufen in nahezu der gleichen Farbe wie der frisch polierte Streifen autweist. Die Kupferstreifenklassifikationen sehen allgemein wie folgt aus: ASTM D130 Tabelle 1 Kupferstreifen-Klassifikationen Klassifikation Zuordnung Beschreibung1) Frisch polierter Streifen leichtes Anlaufen mäßiges Anlaufen dunkles Anlaufen Korrosion hellorange, fast identisch zu frisch poliertem Streifen dunkelorange bordeauxrot lavendelfarben mehrfarbig mit Lavendelblau oder Silber oder beidem, auf Bordeauxrot überlagert silbrig bronzeartig oder golden magentafarbener Überzug auf bronzeartigem Streifen mehrfarbig mit Rot und Grün (Pfauenartig), jedoch kein Grau transparent schwarz, dunkelgrau oder braun mit kaum sichtbarem Pfauengrün graphitartig oder mattschwarz glänzend oder pechschwarz
1) Der ASTM-Kupferstreifen-Korrosions-Standard (ASTM Copper Strip Corrosion Standard) ist eine farbige Reproduktion von für diese Beschreibung charakteristischen Streifen
2) Der frisch polierte Streifen ist in diese Reihe nur aufgenommen, um die Erscheinung eines ordnungsgemäß polierter Streifen vor einem Prüfüngsdurchlauf zu zeigen; es ist nicht möglich, diese Erscheinung nach einer Prüfüng selbst mit einer vollständig nicht-korrosiven Probe zu reproduzieren.
Im allgemeinen werden Schmiermittel dem ASTM D-130-Verfahren unterzogen, um die Korrosionswirkung auf Kupfer zu prüfen. Die Interpretation der Korrosionswirkung der Probe geschieht gemäß des Aussehens des Prüfstreifens, wie er mit einem der Standardstreifen der ASTM-Kupferstreifen-Korrosions-Standards (ASTM Copper Strip Corrosion Standards) übereinstimmt. Sollte ein Streifen ein dunkleres Orange als der Standardstreifen 1-B aufweisen, wird die Probe als immer noch zur Klassifikation 1 gehörig betrachtet. Wenn jedoch irgendein Anschein einer Rotfärbung beobachtet wird, gehört der beobachtete Streifen zu der Klassifikation 2.
Zusätzlich zu dem ASTM D-130-Verfahren wird eine weitere weithin akzeptierte Prüfüng, die thermische Oxidations-Stabilitätsprüfüng (TOST), mit einem Schmiermittel in einem erhitzten Getriebegehäuse durchgeführt. L-60 wird gegenwärtig als Standardschmiermittel-Prüfverfahren von der ASTM anerkannt. Das vorgeschlagene Schmiermittel wird innerhalb eines erhitzten Getriebegehäuses mit zwei Stirnrädern und einem Testlager geprüft, wobei die Anordnung mit einer vorbestimmten Last mit Kupferstreifen innerhalb des Getriebegehäuses und bei einer Temperatur von etwa 163ºC (325ºF) betrieben wird, während Luft mit einer Rate von etwa 1,14 Liter (0,3 Gallonen) pro Stunde für etwa 50 Stunden Dauerbetrieb hindurchgeleitet wird. Die Prüfergebnisse werden interpretiert, indem der Gewichtsverlust der Kupferstreifen und die Farbveränderungen an der Stirnseite des Katalysatorstreifens und den Zahnradkomponenten und Lagern des erhitzten Getriebegehäuses untersucht werden.
Während sich diese Leistungsprüfüng in der Vergangenheit bei der Bewertung der Eignung von verschiedenen Schmiermitteln für Getriebe als sehr hilfreich zeigte, erfordern die heutigen höheren thermischen Betriebsbedingungen die Durchführung von Prüfverfahren für die synthetischen Schmiermittel, welche durch die traditionellen D-130- und L-60-Prüfüngen nicht richtig bewertet werden, da diese für Schmiermittel auf Mineralölbasis geschaffen wurden.
Es ist folglich eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Qualifizierung neuer synthetischer Getriebeschmiermittel für den Gebrauch in Getriebegehäusen zu schaffen, die für heutige Lkws mit verlängerten Ablaßintervallen hergestellt werden.
Folglich offenbart die vorliegende Erfindung gemäß dieser Aufgabe ein Verfahren zur Qualifizierung eines vorgeschlagenen syntheti schen Getriebeschmiermittels, welches zusätzliche Prüfverfahren und -schritte einschließt, welche über die traditionelle Kupferanlaufprüfüng und die Prüfüng bezüglich thermischer Oxidationsstabilität hinausgehen, welche früher für Schmiermittel auf Mineralölbasis für Getriebe mit einem empfohlenen Olwechselintervall von 80 000 km (50 000 Meilen) verwendet wurden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren offenbart, welches die Kompatibilitätsprüfüng des Schmiermittels mit vorher zugelassenen synthetischen Schmiermitteln mittels Erhitzen des vorgeschlagenen Schmiermittels mit einem zugelassenen Schmiermittel in jedem der fünf folgenden Gewichtsprozent-Verhältnisse 90/10, 75/25, 50/50, 25/75 und 10/90 bei - 18ºC (0ºF), 21ºC (70ºF) und 65ºC (150ºF) für etwa 30 Tage mit im wesentlichen keiner Schleierbildung oder Separation einschließt; wobei das Schmiermittel bezüglich seiner thermischen Oxidationsstabilität wie oben beschrieben geprüft wird; das Schmiermittel auf Korrosionsbeständigkeit durch eine Kupferstreifenanlaufprüfüng geprüft: wird, wie oben beschrieben; das Schmiermittel im Feldversuch in etwa 100 neuen, im wesentlichen identischen, Fahrzeugen geprüft wird, die mindestens 440 000 km (275 000 Meilen) ohne Schmiermittelwechsel auf Fernstraßen gefahren wurden, wobei die Getriebeteile einschließlich des inneren Getriebegehäuses, des Schaltstangengehäuses und des hinteren Teils des Innengehäuses inspiziert werden, um sie bezüglich eines sauberen Aussehens zu untersuchen und ebenso die Zahnrad- und Antriebskomponenten hinsichtlich Beanspruchung und Beschädigung sowie die Menge und die Farbe der Überzug- und Schlammablagerungen in dem Getriebegehäuse zu bewerten. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Prüfüng hinsichtlich einer verlängerten Dichtungslebensdauer mittels eines Tests mit mindestens 50 neuen, im wesentlichen identischen Fahrzeugen, die unter Verwendung des vorgeschlagenen Schmiermittels mindestens 480 000 km (300 000 Meilen) ohne Schmiermittelwechsel auf Fernstraßen gefahren wurden, wobei das Aussehen der hinteren Lagerabdeckungen und Dichtungen hinsichtlich allgemeinem Aussehen, Sauberkeit, Anzeichen von Verschleiß oder Verschlechterung der Dichtung oder irgendwelcher Dichtungsgegenflächen und ebenso hinsichtlich der Menge und der Farbe der Überzug- und Schlammablagerungen auf der Dichtung der hinteren Lagerabdeckung bewertet wird.
Folglich waren die herkömmlichen Verfahren L-60 und D-130 zur Bewertung der neuen synthetischen Getriebeschmiermittel unzureichend. Traditionelle Labor-Qualifizierungsprüfüngen sind nicht in der Lage, die mit wirklichen Betriebsprüfüngen erhaltenen Leistungsdaten wiederzugeben, und sind deshalb unzureichend, Unterschiede zwischen Schmiermitteln zu beurteilen. Wirkliche Feldversuche sind gegenwärtig das einzige verläßliche Verfahren, um einen Vergleich der Schmiermittelleistungsfähigkeit zu quantifizieren. Die Verlängerung der L-60-Prüfüng auf 300 Stunden und das Hinzufügen des Kompatibilitätstests, des Feldversuchs und der Dichtungslebensdauerprüfüng, wie hier offenbart, schafft eine gut geeignete Prozedur zur Bewertung der Eignung eines vorgeschlagenen synthetischen Getriebeschmiermittels zur Verwendung bei Getrieben, bei denen verlängerte Lebensdauern von etwa 1 200 000 km (750 000 Meilen) garantiert wurden.
Die Kombination dieser Prüfüngen, die allgemein die Beschaftungsspezifikation dieser Erfindung darstellen, wurde als PS-081 bekannt.
Der Kompatibilitätsprüfüngsabschnitt der PS-081 -Beschaffungsspezifikation ist wichtig, da erkannt wurde, daß die Lkw-Betreiber möglicherweise eine Wartung an einer abgelegenen Lokalität verlangen, an welcher es nicht möglich ist, das gleiche zugelassene synthetische Getriebeschmiermittel zu beschaffen, um die Garantie und das verlängerte Ablaßintervall aufrechtzuerhalten. Wenn der Lkw-Fahrer unterwegs ist und sich an einer Lokalität befindet, wo er dasselbe zugelassene synthetische Getriebeschmiermittel nicht bekommen konnte, ist es folglich wichtig, daß das zugelassene synthetische Schmiermittel, welches er an dieser Stelle beschaffen kann, mit dem restlichen in dem Getriebe verbleibenden synthetischen Getriebeschmiermittel kompatibel ist. Folglich ist es für ein vorgeschlagenes synthetisches Getriebeschmiermittel wichtig, daß es hinsichtlich seiner Kompatibilität mit vorher zugelassenen Schmiermitteln bewertet wird, wobei sich im wesentlichen kein Schleier oder keine Trennung oder irgend ein anderes Anzeichen einer chemischen Reaktion oder einer Wasserproduktion zeigen.
Der Feldversuchsabschnitt von PS-081 ist deshalb wichtig, weil eine in-situ-Prüfung unter echten Straßenbedingungen benötigt wird, um den Grad an Kohlenstoffablagerungen in Form von Überzug und Schlamm zu beurteilen, um in der Lage zu sein, das synthetische Schmiermittel zum Gebrauch bei verlängerten Lebenszeitgarantien und verlängerten Ablaßintervallen für das Getriebe zu empfehlen. Traditionelle Labor-Qualifizierungsprüfüngen können ein neues vorgeschlagenes synthetisches Schmiermittel nicht hinreichend qualifizieren.
Ebenso ist der Dichtungslebensdauertest gleichermaßen wichtig und wird bei mindestens 50 Lkws durchgeführt, die mindestens 480 000 km (300 000 Meilen) auf Fernstraßen gefahren wurden. Dieser Test wird im folgenden detaillierter behandelt.
Fign. 1a bis 1i zeigen Innenteile, die repräsentativ für Getriebe mit einer aufgezeichneten Laufleistung von mehr als 800 000 km (500 000 Meilen) mit (i) einem zugelassenen synthetischen Schmiermittel, (ii) einem W50-Motoröl bzw. (iii) einem Getriebeschmiermittel auf Mineralölbasis sind;
Fign. 2a bis 2c zeigen hintere Lagerabdeckungen mit Dichtungen unter Verwendung der gleichen jeweiligen Schmiermittel, während
Fign. 2d bis 2f Nahaufnahmen der Dichtungen der hinteren Lagerabdeckungen unter Verwendung der verschiedenen Schmiermittel zeigen;
Fign. 3a bis 3c zeigen Innen-Schmiermittelablagerungen auf vorderen Gegenwellen unter Verwendung der drei Schmiermittel;
Fign. 4a bis 4c zeigen Hilfssynchronisatoren nach Verwendung der drei verschiedenen Schmiermittel.
Das Verfahren zur Qualifizierung eines vorgeschlagenen synthetischen Getriebeschmiermittels gemäß der vorliegenden Erfindung schließt im wesentlichen die folgenden fünf Schritte ein:
(1) Kompatibilitätsprüfüng hinsichtlich der Verwendung mit anderen zugelassenen synthetischen Schmiermitteln;
(2) verlängerte Stabilitätsprüfung hinsichtlich der thermischen Oxidation in einem erhitzten Versuchsgetriebegehäuse;
(3) Korrosionsprüfüng des vorgeschlagenen Schmiermittels mittels eines Kupferstreifenanlauftests; und
(4) Feldversuchsprüfung des vorgeschlagenen Schmiermittels um (a) die Menge und die Farbe von Überzug- und Schlammablagerungen innerhalb eines Getriebegehäuses und (b) Beanspruchung und Beschädigung von Zahnrad- und Antriebskomponenten zu bewerten.
Ferner kann auch die folgende Ausführungsform hinzugefügt werden:
(5) Durchführung einer Dichtungslebensdauerprüfüng an Getriebegehäusen, die im Fernstraßenbetrieb verwendet wurden, um die hinteren Lagerabdeckungen und -dichtungen hinsichtlich des allgemeinen Aussehens, der Sauberkeit, der Anzeichen von Verschleiß oder Verschlechterung der Dichtung oder irgendeiner Dichtungsgegenfläche sowie die Menge und die Farbe der kohlenstoffhaltigen Überzug- und Schlammablagerungen auf den Dichtungen der hinteren Lagerabdeckungen zu untersuchen.
Jeder dieser Aspekte des Verfahrens zur Qualifizierung eines vorgeschlagenen synthetischen Getriebeschmiermittels wird einzeln behandelt, obwohl sie zusammen als eine Einheit durchgeführt werden sollten, um ein vorgeschlagenes synthetisches Getriebeschmiermittel tatsächlich für die Verwendung durch Hersteller, die verlängerte Lebensdauergarantien geben, zu qualifizieren. Diese Prüfüngen erlauben es einem Hersteller, synthetische Getriebeschmiermittel zur Wiederbefüllung des Getriebegehäuses vorzuschlagen und zu empfehlen, um eine sachgemäße Wartung durchzuführen, so daß die Garantieleistung gewährt werden kann.
Allgemein besteht der als erstes durchzuführende Teil der Prüfüng in der Kompatibilitätsprüfung. Obwohl diese Prüfung nicht notwendigerweise zuerst durchgeführt werden muß, wird dies jedoch allgemein bevorzugt. Das Schmiermittel auf synthetischer Basis sollte ein Schmiermittel der SAE-Klasse (J306-C) 50 sein und es sollte mit früher zugelassenen synthetischen Schmiermitteln kompatibel sein. Die Kompatibilitätsprüfung sollte bei mindestens fünf verschiedenen Verhältnissen des vorgeschlagenen zu dem früher zugelassenen synthetischen Schmiermittels einschließlich 90/10, 75/25, 50/50, 25/75 und 10/90 jeweils bei den drei Temperaturen -18ºC (0ºF), 21ºC (70ºF) und 65ºC (150ºF) für eine Dauer von etwa 30 Tagen und mit nachfolgender Bewertung durchgeführt werden. Wenn keine Anzeichen eines Schleiers oder einer Trennung zwischen den beiden gemischten Schmiermitteln auftritt, besteht das vorgeschlagene synthetische Getriebeschmiermittel die Prüfung.
Als zweites muß das vorgeschlagene Schmiermittel dem modifizierten ASTM L-60-Test bezüglich thermischer Oxidationsstabilität standhalten, welcher auf 300 Stunden ausgedehnt wurde, um den tatsächlichen extremen Getriebebetrieb auf der Straße besser zu simulieren. Um zugelassen zu werden, darf das Schmiermittel keinen Viskositätsanstieg um mehr als 100 % zeigen, und die Zahnräder müssen nach der Prüfung sauber aussehen. Bei dem Standard-L-60- Test, der gegenwärtig als Standardverfahren zur Prüfung von Schmiermitteln von der ASTM zugelassen ist, wird eine Probe des zu prüfenden Getriebeschmiermittels in ein erhitztes Versuchsgetriebegehäuse gebracht in welchem zwei Stirnräder und ein Testlager angeordnet sind, welche bei einer vorbestimmten Last in Gegenwart eines Kupferkatalysators betrieben werden. Der Kupferkatalysator hat die Form eines Kupferstreifens ähnlich zu der unten beschriebenen D-130-Prüfung. Die Temperatur des Testschmiermittels wird bei etwa 163ºC (325ºF) gehalten, während Luft mit einer Rate von 1,14 Liter (0,3 Gallonen) pro Stunde durch das Schmiermittel geleitet wird. Der modifizierte L-60-Test umfäßt etwa 300 Stunden Dauerbetrieb. Dieses modifizierte Prütverfahren liefert ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Verschlechterung von Getriebeschmiermittel unter starker thermischer Oxidation. Nach dem die L-60-Prüfung abgeschlossen ist, wird das Getriebegehäuse zerlegt und die verschiedenen Komponenten werden untersucht. Die Kupferstreifen werden in der gleichen Weise wie bei der unten beschriebenen D-130-Prüfung analysiert. Die Zahnräder werden hinsichtlich der Menge (1) des Schlammes (bei dem es sich um das abreibbare abgelagerte Material handelt) mit einer Farbe zwischen braun und schwarz, und (2) des Überzugs oder Lacks (welcher nicht heruntergerieben werden kann) ebenso für Farben zwischen braun und schwarz untersucht. Allgemein müssen die Ablagerungen beschrieben werden hinsichtlich (1) Farbe (von hellbraun bis schwarz); (2) Härte (von sehr weich bis sehr hart); (3) Dicke (in um oder tausendstel inch abgeschätzt); und (4) des Typs (Lack oder Überzug, der nicht weggewischt werden kann, oder Schlamm, der leicht entfernt werden kann). Ferner wird der Viskositätsanstieg ebenso bewertet wie die gesamte Säurezahl und die n-Pentan- und Toluol-Unlöslichkeitsgrade. Der Gewichtsverlust des Katalysators oder des Kupferstreifens wird ebenso gemessen.
Der dritte Abschnitt der Prüfung ist die Erfassung der Kupferkorrosion mittels des Kupferstreifenanlauftests, was als D-130 bekannt ist. Wie oben beim Hintergrund der Erfindung beschrieben, umfaßt D-130 das Eintauchen eines Kupferstreifens (welcher sorgfältig poliert wurde) in eine Prüfbombe mit auf etwa 120ºC (250ºF) erhitztem Schmiermittel für eine Dauer von etwa 3 Stunden. Das vorgeschlagene Schmiermittel muß eine 1-A-Klassifikation erzielen, oder es muß hellorange mit einem leichten Anlaufen sein, um diesen Prüfungsabschnitt zu bestehen. Die Standard-D-130-Prüfung verlangt eine niedrigere Temperatur, etwa 100ºC (212ºF), während die vorliegende Prüfung die erhöhten Temperaturen von 120ºC (250ºF) verlangt, da das synthetische Getriebeschmiermittel, welches für die verlängerte Garantie verwendet wird, in der Lage sein muß, höheren Temperaturen als den traditionell geprüften tieferen Temperaturen zu widerstehen.
Den vierten Teil des Qualifizierungsverfahrens stellt der Feldversuch dar, welcher einen Fuhrparkbetrieb auf Fernstraßen einschließt und wobei das Schmiermittel in der Lage sein muß, verlängerten Ablaßintervallen von mindestens 400 000 km (250 000 Meilen) zu widerstehen, um qualifiziert zu werden. Diese Prüfung beschreibt ein Prüfverfahren zur Bewertung der Fähigkeit eines Getriebeschmiermittels, verlängerten Ablaß- oder Wechselintervallen von 400 000 km (250 000 Meilen) zu widerstehen. Die Testeinheiten müssen im wesentlichen neue Getriebe (0 bis 800 km (0 bis 500 Meilen)) sein, und alle Versuchsgetriebe müssen in im wesentlichen identisch konstruierten Fahrzeugen installiert sein. Die Versuchsspezifikationen des Fahrzeuges sollen wie folgt sein: Motorleistung 216 bis 298 kw (290 bis 400 PS); Gewicht 25 000 bis 36 000 kg (55 000 bis 80 000 Pfund) GCW; Fahrerhauskonfiguration - konventionell oder cab-over; Anwendung -Fernstraße; und Getriebe -Serie 11 600 und darüber - Overdrive, Bereichsgehäusetyp ohne Ölkühler. Der Versuch schließt vorzugsweise etwa 100 Einheiten in zwei oder mehr Fuhrparks ein, wobei jedes Getriebe auf eine Laufleistung von mindestens 440 000 km (275 000 Meilen) kommt. Die Zahl der Einheiten und das Laufleistungsziel wurden so ausgewählt, daß sich statistisch ein realistisches und vernünftiges Verläßlichkeits- und Vertrauensniveau für das Produkt ergibt. Die Einheiten müssen ohne Getriebeschmiermittelwechsel betrieben werden.
Um die Ergebnisse des Feldversuches zu bewerten, wird nun auf Fign. 1a bis 2c Bezug genommen. Das vorgeschlagene synthetische Getriebeschmiermittel wurde in diesem Getriebe über mehr als 800 000 km (500 000 Meilen) bei sachgemäßer Wartung verwendet. Es sind das Innengehäuse von Fig. 1a, der hintere Teil des Gehäuses in Fig. 1b und das Schaltstangengehäuse von Fig. 1c und deren Aussehen zu beachten. Diese Figuren sind mit Fign. 1d bis 1f zu vergleichen, wo W50-Motoröl unter den gleichen Versuchsbedingungen verwendet wurde. Bemerkenswert sind die schwarzen Ablagerungen, die sich beim Beispiel des W50-Motoröls im Vergleich zu dem sauberen Aussehen des in Fign. 1a bis 1c verwendeten synthetischen Getriebeschmiermittels zeigen. Ferner wurde bei den in den Fign. 1g bis 1i gezeigten Getrieben ein Getriebeschmiermittel auf Mineralölbasis verwendet. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, behielt das synthetische Getriebeschmiermittel ein wesentlich saubereres Aussehen. Gewöhnlich bedeuten sauberere Betriebsbedingungen eine bessere Leistung, weniger Getriebeausfälle und weniger Wartungszeit.
Unter Bezugnahme auf Fign. 2a bis 2c wurden die gleichen Schmiermittel wie in Fig. 1 verwendet, und die hinteren Lagerabdeckungen mit Dichtungen sind im Vergleich in Fign. 2a bis 2c gezeigt. Bemerkenswert ist das allgemein sauberere Aussehen der Lagerabdeckung in Fig. 2a im Vergleich zu den Lagerabdeckungen in Fign. 2b und 2c. Nahaufnahmen sind in Fign. 2d bis 2f gezeigt, welche die Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Ablagerungen einschließlich Überzug und Schlamm auf den Dichtungen veranschaulichen. Wie oben beschrieben, sollten die Dichtungen für eine lange Lebensdauer keinerlei Ablagerungen autweisen.
Gemäß dem Feldversuch zeigen Fign. 3a bis 3c die vordere Gegenwelle des Getriebes, nachdem der Versuch mit den drei oben erwähnten Schmiermitteln durchgeführt wurde. Bemerkenswert ist das Fehlen einer Kohlenstoffablagerung auf der vorderen Gegenwelle des Getriebes, bei welchem das zu qualifizierende synthetische Getriebeschmiermittel verwendet wurde, während die Kohlenstoffablagerung bei den anderen Schmiermitteln dick und schwarz war.
Fign. 4a bis 4c zeigen die Hilfssynchronisatoren der drei Getriebe, die mit den drei Schmiermitteln geprüft wurden. Wie aus Fig. 4a ersichtlich ist, zeigt das synthetische Getriebeschmiermittel ein sehr sauberes Aussehen mit sehr geringen kohlenstoffhaltigen Ablagerungen. Die anderen Schmiermittel zeigen einen stärkeren Ablagerungsgrad und ein generell schmutziges Aussehen.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist das generelle Gesamtaussehen eines zu qualifizierenden synthetischen Getriebeschmiermittels sehr sauber und zeigt sehr wenig Überzug und Schlamm. Ferner wird der Zahnrad- und Synchronisatorverschleiß hinsichtlich seiner Stärke bewertet. Um den Feldversuchsabschnitt des Qualifizierungsverfahrens zu bestehen, sollten im wesentlichen keine Anzeichen von Verschleiß und sehr geringe Anzeichen von Überzug und Schlamm auftreten. Obwohl das als Basis dienende Öl auf Mineralölbasis selbst keinen Überzug und Schlamm verursacht, weisen die zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Schmiermittels zugesetzten Zusätze ein hohes Schwefel-zu-Phosphorgemisch auf, welches Überzug und Schlamm verursacht. Das Öl auf Mineralölbasis selbst wird nur dann ein Problem darstellen, wenn sich die Viskosität erhöht, im allgemeinen wird es keinen Überzug oder Schlamm bilden. Jedoch weisen das Öl auf Mineralölbasis und die Leistungszusätze allgemein freie Bindungsplätze an den Kohlenwasserstoffketten auf und es findet eine Oxidation an diesen Plätzen statt, da das Schmiermittel herumspritzt, wenn es während des Betriebs als Bad für die Zahnräder verwendet wird. Bei synthetischen Schmiermitteln sind alle Bindungen an der Kohlenwasserstoffkette abgesättigt, so daß im wesentlichen keine Bindungsplätze für eine Oxidation bestehen. Die Kombination von Oxidation und Schwefelkomponenten verursacht den Überzug und Schlamm, wie es in den Figuren sichtbar ist.
Um die Versuchsergebnisse weiter zu bewerten, wird auch der Viskositätsanstieg des während des Versuchs verwendeten Schmiermittels zusammen mit der Gesamtacidität des Schmiermittels und der n-Pentan- und Toluolkomponenten gemessen. Es versteht sich, daß je weniger Schlamm und Überzug und je geringer der Viskositätsanstieg, die Gesamtacidität und die Konzentration der n-Pentan und Toluolkomponenten in dem System, desto geeigneter ist das Schmiermittel als ein qualifizierendes Schmiermittel.
Der Endabschnitt der PS-081-Qualifizierungsprüfung für vorgeschlagene synthetische Getriebeschmiermittel gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine Prüfung der verlängerten Dichtungslebensdauer ein, um den Effekt eines vorgeschlagenen Schmiermittels auf die Dichtungslebensdauer zu bewerten, nachdem die Dichtung mit dem vorgeschlagenen synthetischen Getriebeschmiermittel für eine Laufleistung von mindestens 480 000 km (300 000 Meilen) in vorzugsweise mindestens 50 Lkws in Kontakt gekommen ist. Eine Sichtprüfüng wird durchgeführt, welche eine Außeninspektion einschließt um festzustellen, ob eine Dichtungsleckage begonnen hat, und sie muß alle 80 000 km (50 000 Meilen) durchgeführt werden. Eine genaue Dichtungsanalyse muß am Ende des Versuchs durchgeführt werden. Die Dichtungslebensdauerprüfung für vorgeschlagene Schmiermittel kann in den Feldversuch für verlängerte Ablaßintervalle, wie oben beschrieben, eingeschlossen werden. Zur Bewertung dieser Versuchsergebnisse besteht der erste Indikator in einer Überprüfung des Aussehens der Dichtung und der Menge an abgelagertem Überzug und Schlamm. Zum Bestehen dieses Prüfungsabschnittes dürfen sich keine wesentlichen schwarzen kohlenstoffhaltigen Ablagerungen auf der Dichtung befinden, und sie sollte von sauberem Aussehen sein. Ferner sollte kein Überzugsaufbau, keine Verunreinigung des Dichtungsmaterials und im wesentlichen kein Anzeichen eines Verschleißes oder einer Verschlechterung der Dichtung oder irgendeiner Dichtungsgegenfläche auftreten. Dies ist aus den Fign. 2a bis 2f und 4a bis 4c ersichtlich. Wenn die Dichtung unter Erfüllung dieser Kriterien keine Ablagerungen zeigt, besteht das Schmiermittel die Dichtungs lebensdauer-Prüfung.
Wenn das vorgeschlagene synthetische Getriebeschmiermittel mindestens die ersten vier dieser Prüfungen besteht, und vorzugsweise alle fünf dieser Prüfungen besteht, kann sich das Schmiermittel für die Empfehlung zur Verwendung in Getrieben mit verlängerter Garantie qualifizieren. Diese Schmiermittel können für verlängerte Ablaßintervalle empfohlen werden, und sie sollen für verlängerte Ablaßintervalle zugelassen werden.

Claims

1. Verfahren zur Qualifizierung eines vorgeschlagenen synthetischen Getriebeschmiermittels, bei dem:

das Schmiermittel auf Kompatibilität mit früher zugelassenen synthetischen Schmiermitteln getestet wird;

das Schmiermittel auf thermische Oxidationsstabilität durch Testen des Schmiermittels in einem erhitzten Versuchsgetriebegehäuse getestet wird;

das Schmiermittel auf Korrosionsbeständigkeit durch einen Kupferstreifenanlauftest getestet wird; und

das vorgeschlagene Getriebeschmiermittel im Feldversuch getestet wird, um die Fähigkeit des Schmiermittels, ausgedehnten Ablaßintervallen zu widerstehen und noch immer funktionsfähig zu sein, zu ermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen auf Kompatibilität ein Erhitzen des vorgeschlagenen synthetischen Schmiermittels mit einem zugelassenen Schmiermittel in jedem der Gewichtsprozentanteile 90/10, 75/25, 50/50, 25/75 und 10/90 einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Erhitzen mit jedem Anteil bei minus 18ºC (0 ºF), 21 ºC (70 ºF) und 65 ºC (150 ºF) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen des Schmiermittels auf Kompatibilität erfolgt, indem das vorgeschlagene Schmiermittel mit den früher zugelassenen synthetischen Schmiermitteln 30 Tage lang gemischt wird, um Trübung oder Entmischung zu ermitteln.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen auf thermische Oxidationsstabilität durch Testen des Schmiermittels in einem erhitzten Versuchsgetriebegehäuse erfolgt, indem ein erhitztes Versuchsgetriebegehäuse verwendet wird, das zwei Stirnräder und ein Testlager enthält, während mit einer vorbestimmten Last gearbeitet wird und während des Tests innerhalb des Versuchsgetriebegehäuses mindestens ein Kupferkatalysatorstreifen angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem das Testen des Schmiermittels auf thermische Oxidationsstabilität erfolgt, indem das erhitzte Versuchsgetriebegehäuse auf 163 ºC (325 ºF) gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen des Schmiermittels auf thermische Oxidationsstabilität in einem erhitzten Versuchsgetriebegehäuse erfolgt, während man Luft in einer Menge von 1.14 Litern (0.3 Gallonen) pro Stunde durch das Schmiermittel perlen läßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen des Schmiermittels auf thermische Oxidationsstabilität erfolgt, indem das Schmiermittel in einem erhitzten Versuchsgetriebegehäuse während eines 300 Stunden langen Dauerbetriebes getestet wird und danach die Versuchsergebnisse analysiert werden, indem das allgemeine Aussehen und die Reinheit sowie Einfärbungen aus kohlenstofthaltigen Ablagerungen überprüft werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen auf thermische Oxidationsstabilität erfolgt, indem der Anstieg der Viskosität des benutzten vorgeschlagenen Schmiermittels in dem erhitzten Versuchsgetriebegehäuse analysiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen der thermischen Oxidationsstabilität erfolgt, indem die Gesamtacidität des Schmiermittels nach dem Test ausgewertet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testen des Schmiermittels auf Korrosionsbeständigkeit erfolgt, indem der in das Testschmienwttel eingetauchte Kupferstreifen auf eine erhöhte Temperatur von 120 ºC (250 ºF) erhitzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Erhitzen zur Durchführung des Tests 3 Stunden lang erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Feldversuch zum Ermitteln der Fähigkeit, ausgedehnten Ablaßintervallen zu widerstehen, erfolgt, indem der Test bei mindestens 100 neuen, im wesentlichen identischen Fahrzeugen durchgeführt wird, von denen jedes ohne Schmiermittelwechsel mindestens 440 000 km (275 000 Meilen) auf Fernstraßen gefähren wird, bevor die Getriebeteile inspiziert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner die Dichtungslebensdauer getestet wird, indem Fahrzeuge getestet werden, die jeweils mindestens 480 000 km (300 000 Meilen) ohne Schmiermittelwechsel auf Fernstraßen gefahren wurden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Testen auf Dichtungslebensdauer erfolgt, indem mindestens 50 neue, im wesentlichen identische Fahrzeuge getestet werden, die mindestens 480 000 km (300 000 Meilen) ohne Schmiermittelwechsel auf Fernstraßen gefahren wurden, und das allgemeine Aussehen der hinteren Lagerabdeckungen und Dichtungen, Anzeichen von Verschleiß oder Verschlechterung der Abdichtung oder irgendwelcher Gegenflächen sowie die Menge und Farbe der kohlenstofthaltigen Ablagerungen ausgewertet werden, die als Überzug und Schlamm auf der hinteren Lagerdeckeldichtung vorhanden sind.