DE69502222T2

DE69502222T2 - Flüssigkeiten für automatische Getriebe und Zusätze dafür

Info

Publication number: DE69502222T2
Application number: DE69502222T
Authority: DE
Inventors: Rolfe J Hartley; Hiroko Ohtani
Original assignee: Afton Chemical Corp
Current assignee: Afton Chemical Corp
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2015-02-11
Also published as: JP3817754B2; AU685551B2; CA2142056C; EP0670362B1; US5441656A; AU1165795A; CA2142056A1; EP0670362A3; JPH0853682A; EP0670362A2; DE69502222D1

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Leistung von Automatikgetriebefluiden.
Von seiten der Automobilhersteller werden weltweit Anstrengungen unternommen, Automatikgetriebe zu entwickeln, die verschiedene Ausgestaltungen stufenloser Schleifdrehmomentumwandlerkupplungen (CSTCC = continuous slip torque converter clutches aufweisen. Diese Entwicklungen werden angetrieben vom vorausgesehenen Anstieg der Anforderungen an die Corporate Average Fuel Economy (CAFE = Vereinigte, mittlere Brennstoffwirtschaftlichkeit) in den USA. Die Ausgestaltung des CSTCC gestattet eine Steigerung der Brennstoffwirtschaftlichkeit bei minimalen mechanischen Änderungen am Getriebe.
Eine der Hürden zur erfolgreichen Einführung der CSTCC-Ausgestaltung für Automatikgetriebe ist die Vibration des Getriebes. Ein wesentlich zur Vibration beitragender Faktor sind die Reibungseigenschaften des Automatikgetriebefluids (ATF = Automatik transmission fluid). Die Vibration ist unerwünscht im Hinblick auf die Haltbarkeit und die Funktionsfähigkeit der Ausstattung und kann zu Beschwerden der Verbraucher und erhöhten Kosten für Garantiehaftung führen. Im Ergebnis suchen viele Hersteller von Originalausstattungen nach Automatikgetriebefluiden mit Reibungseigenschaffen, die die Anforderungen der CSTCC-Ausstattungen erfüllen.
Der Drehmomentwandler ist beim Automatikgetriebe zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet. Er fungiert als Drehmomentmultiplikator und als Übertragungsmechanismus für die Motorkraft mittels Fluidkupplung. Die meisten der neueren Getriebedrehmomentwandler sind mit Sperrkupplungen (oder Zentrifugalbypasskupplungen) ausgestattet. Sperrkupplungen werden bei Autobahngeschwindigkeiten eingeschaltet, um die Energieverluste aufgrund von Unzulänglichkeiten von Pumpe / Turbine zu verringern. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der Brennstoffeffizienz lassen sich erzielen, wenn die Sperrkupplungen bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten eingeschaltet werden. Werden die Sperrkupplungen vollständig eingesetzt, ist es bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten jedoch nicht möglich, die Kraftschwankungen des Motors zu dämpfen. Bei einem CSTCC schleift die Sperrkupplung bei Einsatz bei niedrigen Fahrsgeschwindigkeiten stufenlos und kann bei Autobahngeschwindigkeiten (ohne Schlupf) gesperrt werden. (Bei der Bezeichnung "stufenlose Schleifdrehmomentwandlerkupplung" handelt es sich um einen Begriff der in der Technik entwickelt wurde, man muß jedoch im Hinterkopf behalten, daß trotz dieser Bezeichnung die stufenlosen Schleifkupplungen nicht notwendigerweise jederzeit schleifen.) Die CSTCC-Ausgestaltung verringert nicht nur die mit der vollständigen Fluidkupplung verbundenen Energieverluste, sondern gestattet auch die Glättung von Kraftschwankungen. Ein mit einer CSTCC ausgestattetes Fahrzeug sollte eine um etwa 10 % bessere Brennstoffeffizienz haben, verglichen mit derjenigen eines herkömmlichen Getriebes mit Sperrdrehmomentwandlerdesign.
Mit CSTCC-Getrieben ausgerüstete Fahrzeuge kranken oft an dem unerwünschten Phänomen der Vibration oder selbst-angeregten Vibration. Von dieser Vibration wird angenommen, daß sie von einem "Haft-Schleif"-Phänomen verursacht wird, bei dem zwei Oberflächen abwechselnd aneinander haften und übereinander schleifen; zwei Oberflächen haften, wenn die Lateralkraft nicht groß genug ist, um die Reibungskraft zu überwinden, und sie lösen sich voneinander, wenn sich eine ausreichend hohe Lateralkraft aufbaut, um die Reibungskräfte zu überwinden. Diese oszillierende Bewegung führt zu periodischen Vibrationen, die durch Kreischen, Schütteln oder Klappern gekennzeichnet sind. Das "Haft-Schleifen" wird am häufigsten bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten und insbesondere dann beobachtet, wenn der Reibungskoeffizient mit verringerter Gleitgeschwindigkeit ansteigt.
Vom Gesichtspunkt der Zufriedenheit des Verbrauchers aus gesehen, ist es außerordentlich wichtig, daß das Fahrzeug zu keinem Zeitpunkt seiner Lebensdauer vibriert. OEM-Daten zeigen daß die Vibration bei neuen Reibungsmaterialien stärker ausgeprägt ist als nach dem Einfahren der Materialien. Das bedeutet, daß für Anwendung im komerziellen Maßstab das Automatikgetriebefluid eine gute anfängliche Vibrationsleistung zeigen muß und zwar sowohl vor dem Einfahren als auch danach.
Es besteht daher Bedarf nach einem wirksamen Weg, das mit den stufenlosen Schleifdrehmomentwandlerkupplungen zur Verwendung in Automatikgetrieben verbundene Problem der Vibrationen zu überwinden, insbesondere der Vibrationen, die bei neuen Reibungsmaterialien vor dem Einfahren auftreten. Bei der Erfüllung dieses Bedürfnisses ist es darüber hinaus wichtig sicherzustellen, daß die im Automatikgetriebefluid zu erfüllenden Reibungseigenschaften sich mit der Zeit nicht materiell ändern.
Die Erfindung überwindet das Vibrationsproblem durch Bereitstellen eines reibungsmodifizierenden Systems, das gute Antivibrationsleistung sowohl am Anfang vor dem Einfahren als auch nach dem Einfahren zeigt. Darüber hinaus werden diese Vorteile hinsichtlich der Leistung ohne materielle Änderungen der Reibungeigenschaften mit der Zeit erzielt. Daher ermöglicht es die Erfindung nunmehr den Herstellern von Originalausstattungen (OEMs), wirksam CSTCC-Ausstattungen in Automatikgetrieben einzusetzen, um die mit solchen Ausstattungen möglichen Vorteile zu nutzen. Und, wie der Fachmann sich leicht denken kann, gab es keinen Weg, auf dem die Vorteile der Erfindung vor der erfolgreichen Durchführung der Testexperimente mit der Erfindung vorhersehbar gewesen wären.
Gemäß der Erfindung wird in einer ihrer Ausführungsformen ein Automatikgetriebefluid bereitgestellt, das ein reibungsmodifizierendes Mittel enthält und das dadurch gekennzeichnet, daß
a) der Gehalt an dem reibungsmodifizierenden Mittel des Automatikgetriebefluids im wesentlichen aus (i) einem aliphatischen N-Kohlenwasserstoff substituierten Diethanolamin, in dem der aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituent am N mindestens eine geradkettige, aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe frei von acetylenischen Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und (ii) einem aliphatischen N-Kohlenwasserstoff substituierten Trimethylendiamin, in dem der aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituent am N mindestens eine geradkettige, aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe frei von acetylenischen Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist,
b) das reibungsmodifizierende Mittel frei von anderen tertiären Aminen als reibungsmodifizierenden Mitteln als (i) und (ii) und frei von jeglichem aliphatischen C&sub1;&sub2;&submin;&sub3;&sub6;- Kohlenwasserstoffsuccinimid oder -succinamid ist,
c) die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 340 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind, und
d) das Automatikgetriebefluid 0,08 bis 0,17 Gew.-% (i) und 0,0005 bis 0,02 Gew.-% (ii) in einem Verhältnis wie unter c) angegeben enthält.
Typischerweise sind die Anteile an (i) und (ii) so bemessen, daß 7 bis 160 Gewichtsanteile (i) pro Gewichtsanteil (ii) vorhanden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Verhältnis so, daß 7 bis 70 und noch stärker bevorzugt 7 bis 40 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind. In den meisten Fällen liegt die Konzentration der Komponente (ii) im Automatikgetriebefluid im Bereich von 0,001 bis 0,02 Gew.-%, und typischerweise im Bereich von 0,002 bis 0,02 Gew.-%. Vorzugsweise liegt die Konzentration von (ii) im Automatikgetriebefluid im Bereich von 0,003 bis 0,02 Gew.-%, und stärker bevorzugt im Bereich von 0,005 bis 0,02 Gew.-%
Besonders bevorzugte relative Anteile von (i) und (ii) sind so bemessen, daß 7,5 bis 30 Gewichtsanteile (i) pro Gewichtsanteil (ii) vorhanden sind. Besonders bevorzugte Zusammensetzungen enthalten 15 bis 30 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii).
Die Abbildung zeigt schematisch eine modifizierte SAE Nr.2-Maschine, auf die in den im folgenden beschriebenen Tests bezug genommen wird.
Unter den wesentlichen Merkmalen der Erfindung findet sich jenes, daß der Gehalt an reibungsmodifizierendem Mittel des Automatikgetriebefluids "im wesentlichen bestehen" muß aus dem hier angegebenen Komponentenpaar. Mit "im wesentlichen bestehend aus" ist gemeint, daß keine andere reibungsmodifizierende Komponente vorhanden sein kann, die die neuen und vorteilhaften Eigenschaften, die von dem speziellen Komponentenpaar (i) und (ii) bereitgestellt werden, nachteilig beeinflussen würde. In anderen Worten darf der weitere Reibungsmodifikator, falls vorhanden, die neuen und vorteilhaften Eigenschaften, die von dem speziellen Komponentenpaar (i) und (ii) bereitgestellt werden, nicht nachteilig beeinflussen. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die oben genannten Anteile und Konzentrationen sorgfältig beachtet werden sollten, insofern als substanzielle Abweichungen davon zu substanziellen Verlusten hinsichtlich der durch die Ausführung der Erfindung erzielbaren Vorteile führen können.
Wie oben angegeben, sind die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung frei von jeglichen tertiären Aminen als Reibungsmodifikatorkomponenten wie den in der US-A-4 795 583 beschriebenen aliphatischen tert.-Aminen. Die Zusammensetzungen der Erfindung sind gleichermaßen frei von jeglichen aliphatischen C&sub1;&sub2;&submin;&sub3;&sub6;-Kohlenwasserstoffsuccinimiden oder -succinamiden als Reibungsmodifikatoren wie sie in der EP-A-0 020 037 beschrieben sind. Andererseits können zumindest bestimmte Reibungsmodifikatoren vom Typ der geschwefelten Fettsäureester ohne nachteilige Konsequenzen in den Zusammensetzungen der Erfindung eingesetzt werden.
Bei der Komponente (i) handelt es sich um eine kleine Familie von Verbindungen, die sich hinsichtlich der genauen Identität des an das Stickstoffatom gebundenen aliphatischen Kohlenwasserstoffsubstituenten unterscheiden. Diese aliphatischen Substituenten enthalten im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen und sind frei von acetylenischen Unsättigungen. Somit sind diese Substituenten entweder gesättigt oder olefinisch ungesättigt, üblicherweise mit nicht mehr als drei olefinischen Doppelbindungen. Bei der Komponente (i) kann es sich um eine einzelne Verbindung oder ein Verbindungsgemisch handeln. In diesem Zusammenhang ist wohlbekannt, daß der Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen für in Fettsäuren zu findende Substituenten typisch ist. Für die Verwendung als Komponente (i) wird N-Talg-diethanolamin bevorzugt. Die Komponente "Talg" entspricht den von den Talgsäuren ableitbaren Kohlenwasserstoffsubstituenten. Ein im Handel erhältliches Material dieses Typs ist durch die Handelsbezeichnung Ethomeen T-12 von Akzo Chemical Company identifiziert. Andere Verbindungen dieser Familie schließen N-Myristyldiethanolamin, N-Cetyldiethanolam in, N- Stearyldiethanolamin und N-Oleyldiethanolamin ein.
Bei der Komponente (ii) handelt es sich um ein aliphatisches N-Kohlenwasserstoff-substituiertes Trimethylendiam in, bei dem der aliphatische N-Kohlenwasserstoffsubstituent mindestens eine geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe ohne acetylenische Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist. Die Komponente (ii) kann eine einzelne Verbindung oder ein Verbindungsgemisch darstellen. Wiederum ist hier der einzige Unterschied zwischen den Verbindungen die Ausgestaltung des speziellen Kohlenwasserstoff- substituenten, der in die oben angesprochene, kleine Familie gesättigter oder olefinisch ungesättigter aliphatischer Gruppen fällt, die für Fettchemikalien charakteristisch ist. Eine für die Verwendung als Komponente (ii) bevorzugte Verbindung ist das N-Oleyltrimethylendiamin. Dieses Produkt ist auf dem Markt unter der Handelsbezeichnung Duomeen -O von Akzo Chemical Company erhältlich. Andere geeignete Verbindungen schließen N-Talgtrimethylendiamin (Duomeen -T) und N-Kokostrimethylendiamin (Duomeen -C) ein.
Bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen Automatikgetriebefluids verwendeten Basisölen kann es sich um jedes geeignete natürliche oder synthetische Öl mit den für diese Verwendung erforderlichen Viskositätseigenschaften handeln. Somit kann das Basisöl vollständig aus einem natürlichen Öl wie einem Mineralöl geeigneter Viskosität bestehen oder es kann vollständig aus einem synthetischen Öl wie einem Poly-α-Olefinoligomer geeigneter Viskosität zusammengesetzt sein. Gleichermaßen kann das Basisöl eine Mischung natürlicher und synthetischer Basisöle darstellen, mit der Maßgabe, daß die Mischung die zur Verwendung zur Herstellung eines Automatikgetriebefluids erforderlichen Eigenschaften aufweist. Gewöhnlich sollte das Basisöl eine kinematische Viskosität im Bereich von 3 bis 8 x 10&supmin;&sup6; m²/s (3 bis 8 Centistokes (cSt)) bei 100 ºC haben. Bevorzugte Automatikgetriebefluids, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden, werden so formuliert, daß sie eine kinematische Viskosität von mindestens 6,8 x 10&supmin;&sup6; m²/s (6,8 cSt) bei 100 ºC und eine Brookfieldviskosität von nicht über 20 Pa s (20.000 cP) bei -40 ºC aufweisen.
Automatikgetriebefiuids enthalten normalerweise zusätzlich zum reibungsmodifizierenden System ein oder mehrere Antiverschleiß- / Extremdruckadditive, einen oder mehrere Kupferkorrosionsinhibitoren, einen oder mehrere Schaumbremser und einen Verbesserer des Viskositätsindexes. Die Automatikgetriebefluids können außerdem ein Quellmittel für Dichtungen und einen Farbstoff enthalten.
Vorzugsweise enthalten die Zusammensetzungen der Erfindung mindestens ein öllösliches, phosphorhaltiges, aschefreies Dispergiermittel, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis vom Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,1 bis 0,4 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt, und / oder mindestens ein öllösliches, borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis von Bor im aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,05 bis 0,2 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt. Am meisten bevorzugt enthalten die Zusammensetzungen der Erfindung mindestens ein öllösliches, phosphor- und borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis vom Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,15 bis 0,3 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt und daß das Verhältnis von Bor im aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,05 bis 0, 15 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt.
Die obigen phosphor- und / oder borhaltigen, aschefreien Dispergiermittel lassen sich durch Phosphorylierung und / oder Borieren eines aschefreien Dispergiermittels mit basischem Stickstoff und / oder mindestens einer Hydroxylgruppe im Molekül herstellen, wie einem Succinimiddispergiermittel, einem Bernsteinsäureesterdispergiermittel, einem Bernsteinsäureesteramiddispergiermittel, einem Mannichbasendispergiermittel, einem Hydrocarbylpolyamindispergiermittel oder einem Polymerpolyamindispergiermittel.
Die Polyaminsuccinimide, bei denen die Bernsteinsäuregruppe einen Kohlenwasserstoff- substituenten mit mindestens 30 Kohlenstoffatomen enthält, sind beispielsweise in den US- Patenten Nr. 3 172 892, 3 202 678, 3 216 936, 3 219 666, 3 254 025, 3 272 746 und 4 234 435 beschrieben. Die Alkenylsuccinimide können gemäß herkömmlicher Verfahren hergestellt werden, wie durch Erwärmen eines Alkenylsuccinimidanhydrids, einer -säure, eines -säureesters, eines -esterhalids oder eines -niederalkylesters mit einem Polyamin, das mindestens eine primäre Aminogruppe enthält. Das Alkenylbernsteinsäureanhydrid läßt sich leicht durch Erwärmen einer Mischung aus Olefin und Maleinsäureanhydrid auf 180 - 220 ºC herstellen. Bei dem Olefin handelt es sich vorzugsweise um ein Polymer oder Copolymer eines niedrigen Monoolefins wie Ethylen, Propylen, 1-Buten, Isobuten und dergleichen. Eine stärker bevorzugte Quelle der Alkenylgruppe ist ein Polyisobuten mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht gemäß GPC von bis zu 10.000 oder darüber, vorzugsweise im Bereich von 500 bis 2500 und am meisten bevorzugt im Bereich von 800 bis 1200.
Wie er hier verwendet wird, soll der Ausdruck "Succinimid" das vollständige Umsetzungsprodukt aus der Reaktion von einem oder mehreren Polyaminreaktanden mit einer Kohlenwasserstoff-substituierten Bernsteinsäure oder einem -anhydrid (oder einem ähnlichen Bernsteinsäureacylierungsmittel) umfassen und soll Verbindungen einschließen, bei denen das Produkt zusätzlich zur Imidbindung des Typs, die aus der Umsetzung einer primären Aminogruppe mit einer Anhydridgruppe resultiert, Amid-, Amidin- und / oder Salzbindungen aufweist.
Alkenylbernsteinsäureester und -diester mehrwertiger Alkohole mit 2 - 20 Kohlenstoffatomen und 2 - 6 Hydroxylgruppen können zur Herstellung des phosphor- und / oder borhaltigen, aschefreien Dispergiermittels verwendet werden. Repräsentative Beispiele hierfür sind in den US-Patenten 3 331 776, 3 381 022 und 3 522 179 beschrieben. Der Alkenylbernsteinsäureanteil dieser Ester entspricht dem Alkenylbernsteinsäureanteil des oben beschriebenen Succinimids.
Zur Herstellung des phosphor- und / oder borhaltigen, aschefreien Dispergiermittels verwendbare Alkenylbernsteinsäureesteramide sind beispielsweise in den US-A-3 184 474, 3 576 743, 3 632 511, 3 804 763, 3 836 471, 3 862 981, 3 936 480, 3 948 800, 3 950 341, 3 957 854, 3 957 855, 3 991 098, 4 071 548 und 4 173 540 beschrieben.
Hydrocarbylpolyamindispergiermittel, die phosphoryliert und / oder boriert werden können, werden im allgemeinen durch Umsetzung eines aliphatischen oder alicyclischen Halids (oder einer Mischung derselben) mit im Durchschnitt mindestens etwa 40 Kohlenstoffatomen mit einem oder mehreren Aminen, vorzugsweise Polyalkylenpolyaminen hergestellt. Beispiele für solche Hydrocarbylpolyamindispergiermittel sind in den US-A-3 275 554, 3 394 576, 3 438 757, 3 454 555, 3 565 804, 3 671 511 und 3 821 302 beschrieben.
Im allgemeinen handelt es sich bei den Kohlenwasserstoff-substituierten Polyaminen um hoch molekulargewichtige, N-Hydrocarbyl-substituierte Polyamine, die basischen Stickstoff im Molekül enthalten. Die Kohlenwasserstoffgruppe hat typischerweise ein zahlenmittleres Molekulargewicht im Bereich von 750 - 10.000, üblicher im Bereich von 1.000 - 5.000, und ist von einem geeigneten Polyolefin abgeleitet. Bevorzugte Kohlenwasserstoff-substituierte Amine oder Polyamine werden aus Polyisobutenylchloriden und Polyaminen mit 2 bis 12 Aminstickstoffatomen und 2 bis 40 Kohlenstoffatomen hergestellt.
Mannich-Polyamindispergiermittel, die zur Bildung des phosphorylierten und / oder borierten, aschefreien Dispergiermittels verwendet werden können, sind Reaktionsprodukte eines Alkylphenols, typischerweise mit einem langkettigen Alkylsubstituenten am Ring, mit einem oder mehreren aliphatischen Aldehyden mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen (insbesondere Formaldehyd und dessen Derivaten) und Polyaminen (insbesondere Polyalkylenpolyaminen). Beispiele solcher Mannichkondensationsprodukte sowie Verfahren zu deren Herstellung sind in den US-Patenten 2,459,112; 2,962,442; 2,984,550; 3,036,003; 3,166,516; 3,236,770; 3,368,972; 3,413,347; 3,442,808; 3,448,047; 3,454,497; 3,459,661; 3,493,520; 3,539,633; 3,558,743; 3,586,629; 3,591,598; 3,600,372; 3,634,515; 3,649,229; 3,697,574; 3,703,536; 3,704,308; 3,725,277; 3,725,480; 3,726,882; 3,736,357; 3,751,365; 3,756,953; 3,793,202; 3,798,165; 3,798,247; 3,803,039; 3,872,019; 3,904,595; 3,957,746; 3,980,569; 3,985,802; 4,006,089; 4,011,380; 4,025,451; 4,058,468; 4,083,699; 4,090,854; 4,354,950 und 4 485 023 beschrieben.
Die zur Herstellung der Mannichpolyamindispergiermittel bevorzugten Kohlenstoffquellen sind die von im wesentlichen gesättigten Petroleumfraktionen und Olefinpolymeren, vorzugsweise von Polymeren von Monoolefinen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen abgeleiteten. Die Kohlenstoffquelle enthält im allgemeinen mindestens etwa 40 und vorzugsweise mindestens etwa 50 Kohlenstoffatome, um dem Dispergiermittel wesentliche Öllöslichkeit zu verleihen. Olefinpolymere mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht gemäß GPC zwischen 600 und 5.000 werden aus Gründen der einfacheren Reaktivität und niedrigen Kosten bevorzugt. Polymere höheren Molekulargewichts können jedoch ebenso verwendet werden. Besonders geeignete Kohlenstoffquellen sind Isobutylenpolymere.
Bei den für diese Verwendung bevorzugten Mannichbasendispergiermitteln handelt es sich um aschefreie Mannichbasendispergiermittel, die durch Kondensation etwa eines Molanteils eines mit einem langkettigen Kohlenwasserstoff substituierten Phenols mit etwa 1 bis 2,5 Molen Formaldehyd und 0,5 bis 2 Molen Polyalkylenpolyamin erhalten werden.
Polymerpolyamindispergiermittel, die zur Herstellung phosphorylierter und / oder borierter, aschefreier Dispergiermittel geeignet sind, sind Polymere mit basischen Amingruppen und Öllöslichkeit verleihenden Gruppen (beispielsweise angehängten Alkylgruppen mit mindestens etwa 8 Kohlenstoffatomen). Solche Materialien lassen sich durch Interpolymere veranschaulichen, die aus verschiedenen Monomeren wie Decylmethacrylat, Vinyldecylether oder relativ hoch molekulargewichtigen Olefinen und Aminoalkylacrylaten und Aminoalkylacrylamiden gebildet werden. Beispiele für Polymerpolyamindispergermittel sind in den US-A-3 329 658, 3 449 250, 3 493 520, 3 519 565, 3 666 730, 3 687 849 und 3 702 300 dargestellt.
Die verschiedenen Arten an aschefreien Dispergiermitteln, die oben beschrieben sind, können über Verfahren phosphoryliert werden, die in den US-Patenten Nr. 3 184 411, 3 342 735, 3 403 102, 3 502 607, 3 511 780, 3 513 093, 3 513 093, 4 615 826, 4 648 980, 4 857 214 und 5 198 133 beschrieben sind.
Zur Borierung (Boronierung) der verschiedenen Typen von aschefreien Dispergiermitteln, die oben beschrieben sind, verwendbare Verfahren sind in den US-Patenten 3 087 936, 3 254 025, 3 281 428, 3 282 955, 2 284 409, 2 284 410, 3 338 832, 3 344 069, 3 533 945, 3 658 836, 3 703 536, 3 718 663, 4 455 243 und 4 652 387 beschrieben.
Bevorzugte Verfahren zur Phosphorylierung und Borierung aschefreier Dispergiermittel wie derjenigen, die oben angesprochen wurden, sind in den US-A-4 857 214 und 5 198 133 beschrieben.
Verschiedene andere Additivkomponenten können in den Zusammensetzungen der Erfindung vorhanden sein, um weitere erwünschte Eigenschaften bereitzustellen, die durch die Verwendung solcher Additive erzielt werden sollen. Daher kann jedes Additiv eingearbeit werden, solange es (a) es mit der fertigen flüssigen Zusammensetzung der Erfindung kompatibel und in dieser löslich ist oder zumindest als selbst-stabile Dispersion darin vorliegen kann, (b) nicht zur Anwesenheit von mehr als 100 ppm Metall in den fertigen, öligen, flüssigen Zusammensetzungen beiträgt und (c) die Viskosimetrie und die Stabilität, die in der fertigen funktionalen Fluidzusammensetzung erforderlich sind, nicht nachteilig beeinflußt oder auf andere Weise substanziell die Leistung der fertigen Zusammensetzung nachteilig beeinträchtigt.
Unten sind veranschaulichende Beispiele anderer Typen von Additiven beschrieben, die in den Automatikgetriebefluids der Erfindung verwendet werden können.
Verbesserer der Dichtungsleistung (der Elastomerkompatibilität) wie Dialkyldiester können verwendet werden, die durch (a) die Adipate, Azelate und Sebacate von C&sub8;-C&sub1;&sub3;-Alkanolen (oder deren Mischungen) und (b) die Phthalate von C&sub4;- bis C&sub1;&sub3;-Alkanolen (oder deren Mischungen) oder Kombinationen von (a) und (b) typifiziert werden. Beispiele solcher Materialien schließen die n-Octyl-, 2-Ethylhexyl-, Isodecyl- und Tridecyldiester der Adipin-, Azelain- und Sebacinsäure sowie die n-Butyl-, Isobutyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Undecyl-, Dodecyl- und Tridecyldiester der Phthalsäure ein. Ebenso geeignet sind aromatische Kohlenwasserstoffe geeigneter Viskosität wie das Panasol AN-3N, Produkte wie Lubrizol 730, Polyolester wie die Emery 2935, 2936 und 2939-Ester der Emerygruppe der Henkel Corporation und die Hatcol 2352, 2962, 2925, 2938, 2939, 2970, 3178 und 4322- Polyolester der Hatco Corporation.
Die Zusammensetzungen können ein oder mehrere Antioxidanzien z. B. ein oder mehrere phenolische Antioxidanzien, aromatische Aminantioxidanzien, geschwefelte phenolische Antioxidanzien und organische Phosphite unter anderen enthalten. Beispiele hierfür schließen 2,6- Di-tert.-butylphenol, flüssige Gemische tert.-butylierter Phenole, 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, 4,4'-Methylenbis-(2,6-di-tert.-butylphenol), 2,2'-Methylenbis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol), gemischt methylenverbrückte Polyalkylphenole, 4,4'-Thiobis-(2-methyl-6-tert.-butylphenol), N,N'-Di-sec-butyl-p-phenylendiamin, 4-Isopropylaminodiphenylamin, Phenyl-α- naphthylamin und Phenyl-β-naphthylamin ein.
Korrosionsinhibitoren umfassen einen weiteren Typ von Additiv, der in den fertigen Additivzusammensetzungen und Ölen verwendet werden kann. Beispiele hierfür umfassen Dimer- und Trimersäuren wie die aus Tallölfettsäuren, Oleinsäure, Linoleinsäure und dergleichen hergestellten. Produkte dieses Typs schließen die Dimer- und Trimersäuren ein, die unter der Marke HYSTRENE von der Humco Chemical Division der Witco Chemical Corporation und unter der Marke EMPOL von Emery Chemicals vertrieben werden. Andere geeignete Korrosionsinhibitoren schließen die Alkenylbernsteinsäure- und Alkenylbernsteinsäureanhyridkorrosionsinhibitoren ein wie beispielsweise Tetrapropenylbernsteinsäure, Tetrapropenylbernsteinsäureanhydrid, Tetradecenylbernsteinsäure, Tetradecenylbernsteinsäureanhydrid, Hexadecenylbernsteinsäure, Hexadecenylbernsteinsäureanhydrid und dergleichen. Ebenfalls geeignet sind die Halbester der Alkenylbernsteinsäuren mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen in der Alkenylgruppe mit Alkoholen wie den Polyglykolen. Andere geeignete Korrosionsinhibitoren umfassen Säurephosphate, polyethoxylierte Verbindungen wie ethoxylierte Amine, ethoxylierte Phenole und ethoxylierte Alkohole, Imidazoline, Aminobernsteinsäuren oder deren Derivate und dergleichen.
In den fertigen Ölen und Additivzusammensetzungen der Erfindung können ebenso Schaumbremser verwendet werden. Diese schließen Silikone, Polyacrylate, Detergenzien und dergleichen ein.
Kupferkorrosionsinhibitoren stellen eine andere Klasse von Additiven dar, die in den Zusammensetzungen der Erfindung verwendet werden können. Derartige Verbindungen schließen Thiazole, Triazole und Thiadiazole ein. Beispiele für solche Verbindungen umfassen Benzotriazol, Tolyltriazol, Octyltriazol, Decyltriazol, Dodecyltriazol, 2-Mercaptobenzothiazol, 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazol, 2-Mercapto-5-hydrocarbylthio-1,3,4-thiadiazole, 2- Mercapto-5-hydrocarbyldithio-1,3,4-thiadiazole, 2,5-Bis-(hydrocarbylthio)-1,3,4-thiadiazole und 2,5-Bis-(hydrocarbyldithio)-1,3,4-thiadiazole.
Ergänzende Reibungsmodifizierer können gegebenenfalls verwendet werden, es sollte aber außerordentliche Vorsicht bei der Bewertung vorgeschlagener Kandidaten für derart ergänzende Verwendung angewandt werden, um sicherzustellen, daß das / die Kandidatenmaterial(ien) nicht nachteilig mit den ausgezeichneten Reibungseigenschaften interferieren, die vom erfindungsgemäßen reibungsmodifizierenden System erzielt werden, das in jeder möglichen Situation angewandt wird. Kandidatenmaterialien, die auf ihre Eignung als ergänzende Reibungsmodifikatoren zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung getestet werden können, schließen ein aliphatische Fettsäureamide, aliphatische Carbonsäuren, aliphatische Carbonsäureester, aliphatische Carbonsäureesteramide, aliphatische Phosphonate, aliphatische Phosphate, aliphatische Thiophosphonate, aliphatische Thiophosphate usw., wobei die aliphatische Gruppe üblicherweise mehr als etwa acht Kohlenstoffatome enthält, um die Verbindung ausreichend öllöslich zu machen. Wie oben dargestellt, enthalten die Zusammensetzungen der Erfindung keine tertiären Amine als reibungsmodifizierende Komponenten oder aliphatisch substituierte Succinimide, die durch Umsetzung einer oder mehrerer aliphatischer Bernsteinsäuren oder -anhydride mit Ammoniak erhalten werden. Gleichermaßen darf kein anderer Reibungsmodifikator (oder andere Additivkomponente), der / die merklich die Leistung der hier beschriebenen Kombinationen der Komponenten (i) und (ii) verschlechtert oder auf andere Weise die Zusammensetzung zum Erzielen der erwünschten Leistungskriterien nicht mehr geeignet macht, enthalten sein, zumindest nicht in Mengen, die zu einem oder beiden dieser nachteiligen Ergebnisse führt.
Metallhaltige Detergenzien wie geschwefelte Calciumphenate, geschwefelte Magnesiumphenate, Calciumsulfonate, Magnesiumsulfonate usw. können ebenfalls verwendet werden. Wird ein öllösliches oder in Öl dispergierbares Phenat oder Sulfonat eingesetzt, sollte dies, wie oben angemerkt, so proportioniert werden, daß das fertige Fluid nicht mehr als etwa 100 ppm Metall und vorzugsweise nicht mehr als etwa 50 ppm Metall enthält.
Aschefreie Dispergiermittel können entweder als solche oder zusätzlich zu den bevorzugten phosphorylierten, aschefreien Dispergiermitteln, den bevorzugten borierten, aschefreien Dispergiermitteln und / oder besonders bevorzugten phosphorylierten und borierten aschefreien Dispergiermitteln verwendet werden, wie sie oben beschrieben sind. Geeignete öllösliche, aschefreie Dispergiermittel, wenn sie weder phosphoryliert noch boriert sind, die , falls gewünscht, verwendet werden können, schließen diejenigen nicht phosphorylierten und nicht borierten aschefreien Dispergiermittel ein, die in den US-Patenten 2,459,112; 2,962,442; 2,984,550; 3,036,003; 3,166,516; 3,172,892; 3,184,474; 3,202,678; 3,216,936; 3,219,666; 3,236,770; 3,254,025; 3,272,746; 3,275,554; 3,329,658; 3,331,776; 3,368,972; 3,381,022; 3,394,576; 3,413,347; 3,438,757; 3,442,808; 3,448,047; 3,449,250; 3,454,497; 3,454,555; 3,459,661; 3,493,520; 3,519,565; 3,522,179; 3,539,633; 3,558,743; 3,565,804; 3,576,743; 3,586,629; 3,591,598; 3,600,372; 3,632,511; 3,634,515; 3,649,229; 3,666,730; 3,671,511; 3,687,849; 3,697,574; 3,702,300; 3,703,536; 3,704,308; 3,725,277; 3,725,480; 3,726,882; 3,736,357; 3,751,365; 3,756,953; 3,793,202; 3,798,165; 3,798,247; 3,803,039; 3,804,763; 3,821,302; 3,836,471; 3,862,981; 3,872,019; 3,904,595; 3,936,480; 3,948,800; 3,950,341; 3,957,746; 3,957,854; 3,957,855; 3,980,569; 3,985,802; 3,991,098; 4,006,089; 4,011,380; 4,025,451; 4,058,468; 4,071,548; 4,083,699; 4,090,854; 4,173,540; 4,234,435; 4,354,950 und 4 485 023 angesprochen sind.
Noch weitere Komponenten, die vorhanden sein können, schließen Schmiermittel wie geschwefelte Fette, geschwefeltes Isobutylen, Dialkylpolysulfide und Schwefel verbrückte Phenole wie Nonylphenolpolysulfid ein. Farbstoffe, Pourpoint-Erniedriger, Verbesserer des Viskositätsindexes, Luftfreisetzungsmittel und andere bekannte Additivtypen können ebenfalls in den fertigen Zusammensetzungen enthalten sein.
Bei der Auswahl jedes der oben genannten, möglichen Additive ist es wichtig, sicherzustellen, daß die ausgewählte(n) Komponente(n) im fertigen Additivpack und der fertigen Automatikgetriebefluid-Zusammensetzung löslich oder stabil dispergierbar ist / sind, kompatibel mit den anderen Komponenten der Zusammensetzung ist / sind und nicht signifikant mit den Leistungseigenschaften der Zusammensetzung interferiert(en), wie Eigenschaften hinsichtlich Reibung, Viskosität und / oder Scherstabilität, die für die gesamte fertige Zusammensetzung erforderlich oder zumindest erwünscht sind.
Im allgemeinen werden die hilfsweisen Additivkomponenten in den Ölen in kleineren Mengen verwendet, die ausreichen, die Leistungscharakteristika und Eigenschaften des Basisfluids zu verbessern. Die Mengen werden daher in Abhängigkeit von solchen Faktoren variieren wie den Viskositätseigenschaften des verwendeten Basisfluids, den im fertigen Fluid erwünschten Viskositätscharakteristika, den Betriebsbedingungen, für die das fertige Fluids intendiert ist, und die im fertigen Fluid erwünschten Leistungseigenschaften. Allgemein dienen jedoch die folgenden Konzentrationen (in Gewichtsprozent) der weiteren Komponenten (aktiven Bestandteile) in den Basisfluids zur Veranschaulichung:
Es wird deutlich daraufhingewiesen, daß die obige Beschreibung von Additiven, die in den Ölen vorhanden sein können, sowie die Mengen, in denen sie vorhanden sein können, unter keinen Umständen, implizit oder anders, so aufzufassen ist, daß sie die Zusammensetzung oder die Art der Schmieröl- oder funktionalen Fluidzusammensetzung, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, limitiert. Was die Zusammensetzung angeht, sind die hauptsächlichen Anforderungen, daß das fertige Öl so formuliert werden muß, daß es für die Verwendung als Automatikgetriebefluid geeignet ist, und daß sie die Komponenten (i) und (ii) in den hier angesprochenen, geeigneten Mengen enthalten muß, damit das erhaltene Automatikgetriebefluid das verbesserte Reibungsverhalten zeigt.
Illustrative Zusammensetzungen, die zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung geeignet sind, sind in den folgenden Beispielen 1 - 6 dargestellt, in denen alle Anteile und Prozentangaben auf Geicht bezogen sind. Bei der Komponente (i) handelt es sich um Bis-(2- hydroxyethyl)-talgamin und bei der Komponente (ii) um N-Oleyltrimethylendiamin. Die Vergleichsbeispiele A und B enthalten Komponente (i) nicht jedoch Komponente (ii).
Bei dem in den Beispielen verwendeten, phosphorylierten und borierten, aschefreien Dispergiermittel handelt es sich um ein Polyisobutenylsuccinimid, das im wesentlichen wie in Beispiel 1A der US-A-4 857 214 beschrieben hergestellt wurde. Das zur Herstellung des phosphorylierten und borierten Polyisobutenylsuccinimids verwendete Succinimid verfügt über ein Molverhältnis von Acylierungsmittel zu Polyamin von etwa 2 : 1. Das Additiv HITEC 314 wird als Kupferkorrosionsinhibitor zugegeben. Der Schaumbremser ist Dimethylsilikonöl, in Form einer 4 %igen Lösung in einem Verdünneröl verwendet wird.
Außerdem werden in den Beispielen verschiedene geschützte Additivkomponenten verwendet. Diese sind:
SUL-PERM 10S: erhältlich von der Keil Chemical Division der Ferro Corporation, ist nach Angabe ein geschwefelter Fettester mit einem Schwefelgehalt von etwa 10 Gew.-%.
SUL-PERM 307: erhältlich von der Keil Chemical Division der Ferro Corporation, ist nach Angabe ein geschwefeltes Fettmaterial mit einem Schwefelgehalt von etwa 6 Gew.-% und wird gemäß der US-A-4 380 499 hergestellt. Es wird als Reibungsmodifizierer bezeichnet.
Naugalube 438L: erhältlich von der Uniroyal Chemical Company, ist gemäß Angabe ein nonyliertes Diphenylaminantioxidans, das hauptsächlich 4,4'-dinonyliertes Diphenylamin enthält.
OLOA 216C: erhältlich von der Chevron Chemical Company, Oronite Division, ist gemäß Angabe ein Calciumhydroxidsalz eines geschwefelten Alkylphenats mit einem nominalen TBN von etwa 150.
PC -1244: erhältlich von der Monsanto Company als M544, ist gemäß Angabe hauptsächlich ein Acrylatpolymerdetergenz.
Mazawet 77: erhältlich von der Mazar Chemical Company, ist gemäß Angabe ein Alkylpolyoxyalkylenether.
Tomah PA-14: erhältlich von Exxon Chemical Company, ist gemäß Angabe 3- Decyloxypropylamin.
Pluronic L-81: erhältlich von der BASF Corporation, ist gemäß Angabe ein Polyoxypropylen-Polyoxyethylen-Blockcopolymer.
Acryloid 1263: erhältlich von der Rohm & Haas Company, ist gemäß Angabe ein Polymethacrylatestercopolymer als Viskositätsindexverbesserer.
Viscoplex 5548: erhältlich von Röhm GmbH Chemische Fabrik, ist gemäß Angabe ein Polymethacrylatestercopolymer als Viskositätsindexverbesserer.
Bei den verwendeten Basisölen handelt es sich um zur Herstellung von Automatikgetriebefluiden geeignete Mineralöle oder Mineralölgemische. Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Vergleichsbeispiel A Vergleichsbeispiel B
Die vorteilhaften Ergebnisse hinsichtlich der Minimierung oder Eliminierung der Vibrationen, die durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis zu erzielen sind, werden durch die Ergebnisse einer Testserie veranschaulicht, die unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen durchgeführt wurde und bei der die Reibungskoeffizienten bei niedrigen Geschwindigkeiten gemessen wurden. Das Testprotokoll setzte eine SAE Nr.2-Maschine ein, die so modifiziert war, daß sie die Messung des Reibungskoeffizienten als Funktion der Gleitgeschwindigkeit gestattete. Die Abbildung zeigt schematisch die verwendete, modifizierte SAE Nr.2-Maschine. Die Teile der Maschine sind, wie sie in der Abbildung markiert sind, in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle I
In der Abbildung entsprechen die Teile A bis M einer herkömmlichen SAE Nr.2-Maschine. Die Teile N bis P entsprechen den Modifikationen, die die Bewertung der Vibration bei Betrieb mit geringer Geschwindigkeit ermöglichen. Somit ist eine herkömmliche SAE Nr.2- Maschine mit einem Motor mit 3600 UpM (L) mit Wellenzapfen an beiden Seiten ausgestattet. Das Trägheitsende ist über eine Flanschverbindung mit einem Schwungrad (M) verbunden, um die gewünschte Gesamtenergie bei jeder dynamischen Verbindung bereitzustellen. Das Kupplungsende erstreckt sich in den Testkopf, wo es so eingepaßt ist, daß es den Keilnabe der Kupplung antreibt. Der Kopf ist über Lager auf der Welle befestigt, um freie Drehbarkeit unabhängig von der Welle zu ermöglichen. Ein weiterer kleiner Motor (H) wird zur Messung des statischen Abrißkoeffizienten der Reibung (us) bei sehr niedriger Geschwindigkeit (typischerweise unter 5 UpM) eingesetzt. Die Reibungskraft wird über eine Kraftmeßdose (G) bei vorbestimmter Temperatur, Belastung und Gleitgeschwindigkeit gemessen. Die Belastung wird mit Hilfe eines pneumatischen Stempels (F) aufgebracht.
Die Bewertung der CSTCC-Vibration erfordert die Messung des Reibungskoeffizienten (u) bei niedriger Gleitgeschwindigkeit unter gut kontrollierten Temperatur- und Belastungsbedingungen. Da keiner der beiden AC-Motoren (L und H) ein für diesen Zweck ausreichendes Drehmoment hat, wird ein DC-Motor für variable Geschwindigkeiten (P) über eine Wellenkupplung mit der Maschine verbunden, die über den de-energetisierten Dynamikmotor mit 3600 UpM (L) funktional angebunden ist.
Die Dimensionen der Reibungsscheibe, die sich zwischen zwei Stahlplatten befindet, sind in Tabelle II angegeben. In dieser Testserie wurde das Reibungsmaterial SD-1777 von Borg Warner verwendet. Tabelle II
Als Kontaktplatten wurde im Handel erhältliche Stahlseparatorplatten verwendet. In jede der beiden Stahlplatten wurden radial Löcher von 5,8 mm gebohrt, wobei eine äußere Kante angeschrägt wurde. Ein Thermoelement von Typ J wurde in jede Platte eingebaut, und zwar so, daß die Spitze des Thermoelements im Zentrum der Reibungskontaktfläche angeordnet war. Die Stahlplatten wurden mit Heptan gereinigt und mit Gaze poliert. Die Platten wurden in den SAE Nr.2-Kopf eingebaut, wobei die rotierende Reibungsscheibe zwischen den fixierten Stahlplatten angeordnet war (siehe Abbildung). Das Test-Automatikgetriebefluid (700 ml) wurde in diese Kopfanordnung eingefüllt. Anschließend folgte eine einstündige Einweichperiode bei Raumtemperatur, bevor der Test gestartet wurde.
Der Reibungskoeffizient im Geschwindigkeitsbereich von null bis zwei Meter pro Sekunde hängt stark von der Temperatur ab. Im angewandten Testverfahren werden drei Temperaturen sorgfältig überwacht: die Temperatur der Stahlplatten mit Hilfe von TC1 und TC2 sowie die Temperatur des Test-Automatikgetriebefluids mit Hilfe von TC3 (vergleiche die Abbildung). Alle Temperaturen werden mit Thermoelementen vom Typ J gemessen.
Nach dem Einweichen der neuen Kupplungsplatten im Test-Automatikgetriebefluid für eine Stunde dient ein Einlaufverfahren zum Stabilisieren der Reibungseigenschaften der Kupplungsplatte aus Papier. Die Bedingungen des Einfahrens können in Abhängigkeit der Art des verwendeten Reibungsmaterial variieren (unter anderen Faktoren). Daher sind die für diese Tests verwendeten Einfahrbedingungen in Tabelle IIIa gegeben. Der Oberflächendruck auf den Kupplungsplatten wird aus dem auf den Stempel der SAE Nr.2-Maschine aufgebrachten Druck unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
Pp x Ap = Pd x Ag (1)
worin
Pp : der Aufbringdruck (der zum Erzeugen einer axialen Auftragskraft auf die SAE Nr.2 aufgebrachte Druck)
Ap : die Fläche des Auftragsstempels (151,1 cm²)
Pd : der Oberflächendruck auf den Kupplungsplatten und
Ag : die Gesamtfläche des Reibungsmaterials [pro Seite] (44,9 cm²) ist. Tabelle IIIa
Bei einer tatsächlichen CSTCC-Einheit wird der Oberflächendruck der Sperrkupplung moduliert, um eine konstante Drehmomentausgangsleistung zu erhalten. Außerdem können lokal höhere Oberflächendrücke aufgebracht werden auf Grund möglicher Fehler der Stahls oder der Reibungsflächen. Daher wurden bei drei verschiedenen Oberflächendrücken Daten gesammelt. Die Rotationsgeschwindigkeiten von 1 UpM und 300 UpM entsprechen linearen Gleitgeschwindigkeiten von 0,6 cm/sec bzw. 180 cm/sec. Da der Reibungskoeffizient mit der Temperatur variiert (er hängt insbesondere von der Grenzflächentemperatur ab), wurde jeder Koeffizient 0,3 Sekunden nach dem Start des Einklinkens gemessen, mit Ausnahme der bei 1 UpM genommenen Daten, wo der Meßzeitraum bei 2,9 Sekunden nach dem Einklinken lag, um das Erreichen stabiler Drehmomentwerte sicherzustellen. Der Temperaturanstieg während der 2,9 Sekunden Kontakt ist bei dieser geringen Geschwindigkeit vernachlässigbar. Zwischen der Aufnahme jeden Datenpunkts wird ausgekuppelt und vier Minuten bei 100 UpM rotieren gelassen, damit sich das System auf der vorgegebenen Temperatur äquilibriert (40 ºC oder 120 ºC).
Die Reibungskoeffizienten werden auf Basis der folgenden Gleichung berechnet:
in der
T : das Drehmoment (N m)
Pp : Aufbringdruck (der zum Erzeugen einer axialen Auftragskraft auf die SAE Nr.2 aufgebrachte Druck)
Ap : die Fläche des Auftragsstempels (151,1 cm²)
Rm : der mittlere effektive Radius der Reibungsscheiben und
n : die Zahl der Reibungsplattenoberflächen (= 2) ist.
Um eine gültige Vorhersage des Vibrationsverhaltens eines Fahrzeugs vor dem Einfahren zu erhalten, muß der Test mit neuen Reibungsmaterialien beginnen. Dies ermöglicht die Bestimmung der Reibung sowohl vor als auch nach dem Einfahren der Reibungsmaterialien.
Die beim Betrieb der modifizierten SAE Nr.2-Maschine angewandten Bedingungen sind in Tabelle IIIb zusammengefaßt. Tabelle IIIb
S* = Stahlplatte; F = Reibungsplatte
Die Untersuchungen haben ergeben, daß hinsichtlich der Ergebnisse eine gute Korrelation zwischen tatsächlichen CSTCCs und dem die modifizierte SAE Nr.2-Maschine verwendeten Testverfahren erzielt werden kann, vorausgesetzt man verwendet zwei Verhältnisse. Diese Verhältnisse sind u&sub1; / u&sub5;&sub0; und u&sub1;&sub0;&sub0; / u&sub3;&sub0;&sub0;. u&sub1; / u&sub5;&sub0; ist das Verhältnis der Reibungskoeffizienten bei 1 UpM (0,6 cm/sec) und 50 UpM (30 cm/sec). u&sub1;&sub0;&sub0; / u&sub3;&sub0;&sub0; ist das Verhältnis der Reibungskoeffizienten bei 100 UpM (60 cm/sec) und 300 UpM (180 cm/sec). Die Ergebnisse der OEM-Testergebnisse an CSTCCs mit den unter Verwendung der oben beschriebenen SAE Nr.2-Maschine erhaltenen Ergebnisse haben gezeigt, daß diese vorgehenden Verhältnisse eine genaue Bewertung des Vibrationsverhaltens eines Automatikgetriebefluids ermöglichen, vorausgesetzt, frische Reibungsplatten werden verwendet und die Daten zum Entwickeln der obigen Verhältnisse werden sowohl mit neuen Platten (d.h. vor dem Einfahren) als auch nach dem Einfahren erhalten.
Daher müssen die Verhältnisse von u&sub1; zu u&sub5;&sub0; und u&sub1;&sub0;&sub0; zu u&sub3;&sub0;&sub0; vor und nach dem Einfahren unterhalb von 0,9 bzw. über 1,02 liegen. Diese jeweiligen Werte mit neuen Platten (d.h. vor dem Einfahren) zu erzielen, hat sich bislang als äußerst schwierig erwiesen. Sogar Automatikgetriebefluids, die von der Industrie als die besten im Markt verfügbaren anerkannt werden, können diese Ergebnisse nicht erzielen.
Die Tabelle IV und V fassen die in diesen Tests erhaltenen Daten zusammen. Tabelle IV - u&sub1; / u&sub5;&sub0; -Verhältnisse vor und nach dem Einfahren Tabelle V - u&sub1;&sub0;&sub0; / u&sub3;&sub0;&sub0; -Verhältnisse vor und nach dem Einfahren
Die Zusammensetzungen dieser Erfindung verfügen auch über die Fähigkeit ein im wesentlichen konstantes Verhältnis zwischen (i) dem dynamischen Reibungskoeffizienten (u0) bei niedriger Geschwindigkeit einer periodisch eingeklinkten Reibungsoberfläche des Automatikgetriebes und (ii) dem dynamischen Reibungskoeffizienten (ud) (des Mittelpunkts) dieser Reibungsoberflächen aufrecht zu erhalten. Dies wurde in einer Serie von Tests gezeigt, in denen die Automatikgetriebefluids der Beispiele 1 bis 6 und der Vergleichbeispiele A und B einem eine herkömmliche SAE Nr.2-Maschine verwendenden Standardtest unterzogen wurden. Bei diesem Test werden der Motor und das Schwungrad der Reibungsmaschine (gefüllt mit dem zu testenden Fluid) auf konstante Geschwindigkeit beschleunigt, der Motor abgestellt und die Geschwindigkeit des Schwungrads mit Hilfe der Anwendung der Kupplung auf null gesenkt. Die Kupplungsplatten werden anschließend freigegeben, das Schwungrad wieder auf konstante Geschwindigkeit beschleunigt und die Kupplungsanordnung, die in das Testfluid getaucht ist, wiederum eingeklinkt. Dieses Vorgehen wird viele Male wiederholt, wobei jedes Einklinken der Kupplung als ein Zyklus bezeichnet wird.
Während des Kupplungsvorgangs wird das Reibungsdrehmoment als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Bei den erhaltenen Reibungsdaten handelt es sich entweder um die Drehmomentspuren selbst oder um die aus den Drehmomentspuren berechneten Reibungskoeffizienten. Die gewünschte Form der Drehmomentspur wird von den Automobilherstellern festgelegt. Eine Möglichkeit diese Form mathematisch zu beschreiben, ist die Bestimmung des Reibungskoeffizienten (a) dann, wenn sich die Schwungradgeschwindigkeit in der Mitte zwischen der gewählten konstanten Geschindigkeit und der Geschwindigkeit null befindet (diese Reibungskoeffizientmessung wird hierin als dynamischer Reibungskoeffizient (ud) (des Mittelpunkts)) bezeichnet, und dann, wenn sich die Geschwindigkeit des Schwungrades null Umdrehungen nähert (diese Rebungskoeffizientmessung wird hierin als dynamischer Reibungskoeffizient bei niedriger Geschwindigkeit beizeichnet (u0)). Dieser Reibungskoeffizient kann dann zur Bestimmung des sogenannten "Statik / Dynamik-Verhältnisses" oder "Rooster-Tails" verwendet werden, das ausgedrückt wird als u0 / ud, in welchem Fall dessen typischer Optimalwert etwa 1 beträgt. Übersteigt u0 / ud 1 zunehmend, wird die Übertragung typischerweise kürzere, härtere Änderungen beim Wechseln der Gänge aufweisen. Sinkt u0 / ud andererseits unter 1 ab, besteht zunehmend größere Gefahr des Schleifens der Kupplung, wenn die Übersetzung die Gänge ändert.
Obwohl eine Reihe von Automatikgetriebefluids den u0 / ud-Zielwert von 1 erreichen können (oder ganz in dessen Nähe liegen), wird es nach einer Anzahl von Zyklen zunehmend schwieriger diesen Zielwert aufrechtzuerhalten, wenn die Zahl der Zyklen zunimmt. Die Fähigkeit eines Automatikgetriebefluids, solche gewünschten Reibungseigenschaften aufrecht zu erhalten, ist seine Reibungsbeständigkeit. Somit, je größer die Reibungsbeständigkeit eines Automatikgetriebefluids, desto besser.
Die spezifischen Bedingungen für den im vorliegenden Testverfahren verwendeten, japanischen Reibungstest, sind in Tabelle VI dargestellt. Tabelle VI - Bedingungen des japanischen Reibungstests
* S = Stahlplatte; F = Reibungsplatte
Die Ergebnisse dieser Reibungstests zur Bestimmung des "Statik / Dynamik-Verhältnisses" oder der "Rooster-Tail "-Beständigkeit sind in Tabelle VII zusammengefaßt. Tabelle VII - Testergebnisse der Reibungsbeständigkeit
Die durch die Umsetzung der Erfindung in die Praxis verfügbar gewordenen, vorteilhaften Reibungscharakteristika fanden sich auch bei Automatikgetriebefluid-Zusammensetzungen, die denjenigen der Beispiele 1 - 6 ähnlich waren, in denen das Automatikgetriebefluid 0,15 Gew.- % (i) und 0,0025 Gew.-% (ii) enthielten, wodurch das Verhältnis von (i) zu (ii) bei 60 : 1 lag, und in denen das Automatikgetriebefluid 0,15 Gew.-% (i) und 0,0017 Gew.-% (ii) enthielt, wodurch das Verhältnis von (i) zu (ii) bei 88 : 1 lag.
Wie er in der obigen Beschreibung gebraucht wird, wird der Ausdruck "öllöslich" in dem Sinne verwendet, daß die fragliche Komponente im gewählten Basisöl ausreichend löslich ist, um sich bei üblicher Temperatur in einer Konzentration zu lösen, die mindestens der zur Erzielung des Ergebnisses oder des Effekts, für den das Additiv verwendet wird, erforderlichen Minimalkonzentration entspricht. Vorzugsweise übersteigt die Löslichkeit einer solchen Komponente im gewählten Basisöl diese Minimalkonzentration, obwohl es nicht erforderlich ist, daß die Komponente im Basisöl in allen Verhältnissen löslich ist. Bestimmte nützliche Additive lösen sich in den Basisölen nicht vollständig auf, sondern werden in Form stabiler Suspensionen oder Dispersionen im Öl verwendet. Solche dispergierten Additive enthaltende Öle können bei der Umsetzung dieser Erfindung in die Praxis ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, diese Additive interferieren nicht in signifikanter Weise mit der Leistung oder dem Nutzwert der Zusammensetzung, in der sie verwendet werden. Besteht die Auswahl, ist bevorzugt, ein beliebiges Öl zu verwenden, in dem alle Komponenten derselben öllöslich sind, dies ist jedoch kein Erfordernis zur Ausführung der Erfindung.

Claims

1. Automatikgetriebefluid, das ein reibungsmodifizierendes Mittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Gehalt an dem reibungsmodifizierenden Mittel des Automatikgetriebefluids im wesentlichen besteht aus (i) einem aliphatischen N-Kohlenwasserstoff substituierten Diethanolamin, in dem der aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituent am N mindestens eine geradkettige, aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe frei von acetylenischen Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und (ii) einem aliphatischen N-Kohlenwasserstoff substituierten Trimethylendiamin, in dem der aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituent am N mindestens eine geradkettige, aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe frei von acetylenischen Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist,

b) das reibungsmodifizierende Mittel frei von anderen tertiären Aminen als reibungsmodifizierenden Mitteln als (i) und (ii) und frei von jeglichem aliphatischen C&sub1;&sub2;&submin;&sub3;&sub6;-Kohlenwasserstoffsuccinimid oder -succinamid ist,

c) die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 340 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind, und

d) das Automatikgetriebefluid 0,08 bis 0,17 Gew.-% (i) und 0,0005 bis 0,02 Gew.-% (ii) in einem Verhältnis wie unter c) angegeben enthält.

2. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem (i) ein N-Talg-diethanolamin und (ii) N-Oleyltrimethylendiamin ist.

3. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,001 bis 0,02 Gew.-% (ii) enthält.

4. Automatikgetriebefluid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Fluid eine kinematische Viskosität von mindestens 6,8 x 10&supmin;&sup6; m²/s (6,8 cSt) bei 100 ºC und eine Brookfield-Viskosität nicht über 20 Pa s (20.000 cP) bei -40 ºC aufweist.

5. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,005 bis 0,02 Gew.-% (ii) enthält, wobei (i) ein N-Talg-diethanolamin und (ii) N-Oleyltrimethylendiamin ist und wobei das Fluid eine kinematische Viskosität von mindestens 6,8 x 10&supmin;&sup6; m²/s (6,8 cSt) bei 100 ºC und eine Brookfield- Viskosität nicht über 20 Pa s (20.000 cP) bei -40 ºC aufweist.

6. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,005 Gew.-% (ii) enthält, wobei (i) ein N-Talg-diethanolamin und (ii) N-Oleyltrimethylendiamin ist.

7. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,01 Gew.-% (ii) enthält, wobei (i) ein N-Talg-diethanolamin und (ii) N-Oleyltrimethylendiamin ist.

8. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,02 Gew.-% (ii) enthält, wobei (i) ein N-Talg-diethanolamin und (ii) N-Oleyltrimethylendiamin ist.

9. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,002 bis 0,02 Gew.-% (ii) enthält.

10. Automatikgetriebefluid gemäß Anspruch 1, bei dem das Automatikgetriebefluid etwa 0,15 Gew.-% (i) und 0,003 bis 0,02 Gew.-% (ii) enthält.

11. Automatikgetriebefluid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das zusätzlich ein öllösliches, phosphorhaltiges, aschefreies Dispergiermittel, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis vom Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,1 bis 0,4 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt, und / oder mindestens ein öllösliches, borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel enthält, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis von Bor im aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,05 bis 0,2 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt.

12. Automatikgetriebefluid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das zusätzlich ein öllösliches, phosphor- und borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel enthält, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis vom Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,15 bis 0,3 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt und daß das Verhältnis von Bor im aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt.

13. Reibungsmodifizierende Zusammensetzung, bestehend im wesentlichen aus (i) einem aliphatischen N-Kohlenwasserstoff substituierten Diethanolamin, in dem der aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituent am N mindestens eine geradkettige, aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe frei von acetylenischen Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und (ii) einem aliphatischen N-Kohlenwasserstoff substituierten Trimethylendiamin, in dem der aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituent am N mindestens eine geradkettige, aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe frei von acetylenischen Unsättigungen und mit im Bereich von 14 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, wobei (a) die Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 340 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind, und (b) die reibungsmodifizierende Zusammensetzung frei von anderen tertiären Aminen als reibungsmodifizierenden Mitteln als (i) und (ii) und frei von jeglichem aliphatischen C&sub1;&sub2;&submin;&sub3;&sub6;-Kohlenwasserstoffsuccinimid oder -succinamid als reibungsmodifierendes Mittel ist.

14. Zusammensetzung gemäß Anspruch 13 in der 7,5 bis 30 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

15. Zusammensetzung gemäß Anspruch 13 oder 14, in der (i) ein N-Talg-diethanolamin und (ii) N-Oleyltrimethylendiamin ist.

16. Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, bei der die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 30 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

17. Zusammensetzung gemäß Anspruch 15, bei der die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 15 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

18. Zusammensetzung gemäß Anspruch 13, bei der die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 160 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

19. Zusammensetzung gemäß Anspruch 13, bei der die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 70 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

20. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, die zusätzlich ein öllösliches, phosphorhaltiges, aschefreies Dispergiermittel, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis vom Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,1 bis 0,4 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt, und / oder mindestens ein öllösliches, borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel enthält, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis von Bor im aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,05 bis 0,2 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt.

21. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, die zusätzlich ein öllösliches, phosphor- und borhaltiges, aschefreies Dispergiermittel enthält, das in einer solchen Menge vorhanden ist, daß das Verhältnis vom Phosphor in dem aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,15 bis 0,3 Gewichtsteilen Phosphor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt und daß das Verhältnis von Bor im aschefreien Dispergiermittel zur Komponente (i) im Bereich von 0,05 bis 0,15 Gewichtsteilen Bor pro Gewichtsteil der Komponente (i) liegt.

22. Verfahren zur Vibrationsverringerung in Automatikgetrieben mit Schleifdrehmomentwandlerkupplung, bei dem man die Kupplung mit einem einen Gehalt an einem reibungsmodifizierenden Mittel aufweisenden Automatikgetriebefluid in Kontakt bringt, wobei das Automatikgetriebefluid gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 definiert ist.

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 160 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

24. Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 23, bei dem die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 70 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 7 bis 40 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.

26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 25, bei dem die relativen Anteile von (i) und (ii) so bemessen sind, daß 15 bis 30 Gewichtsteile (i) pro Gewichtsteil (ii) vorhanden sind.