DE69621652T3

DE69621652T3 - Kraftübertragungsflüssigkeiten mit dauerhafter schwingungsdämpfung

Info

Publication number: DE69621652T3
Application number: DE69621652T
Authority: DE
Inventors: Keith Roger NIBERT; Alfredo Ricardo BLOCH; Maryann Devine; Manjo Tandon; Frederick Raymond WATTS
Original assignee: Infineum USA LP
Current assignee: Infineum USA LP
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: JPH11515034A; CA2226977C; CA2226977A1; JP4153559B2; EP0877784B1; AU7433896A; EP0877784A1; US5750476A; EP0877784B2; DE69621652T2; AU708615B2; WO1997014773A1; DE69621652D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung von Kraftübertragungsflüssigkeiten, insbesondere Automatikgetriebeflüssigkeiten.
Die fortgesetzte Suche nach Verfahren zur Verbesserung der gesamten Kraftstoffersparnis von Fahrzeugen hat den Drehmomentwandler oder die Flüssigkeitskupplung, die zwischen dem Motor und dem Automatikgetriebe verwendet wird, als relativ bedeutsame Quelle des Energieverlusts identifiziert. Da der Drehmomentwandler eine Flüssigkeitskupplung ist, ist er nicht so effizient wie eine feste Ausrückkupplung vom Scheibentyp. Es gibt bei jedem Satz von Betriebsbedingungen (z. B. Motorgeschwindigkeit, Gaspedalposition, Grundgeschwindigkeit, Übersetzungsverhältnis des Getriebes) eine relative Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den antreibenden und den angetriebenen Teilen des Drehmomentwandlers. Diese relative Geschwindigkeitsdifferenz steht für verlorene Energie, die aus dem Drehmomentwandler als Wärme abgegeben wird.
Ein von Getriebeherstellern verwendetes Verfahren zur Verbesserung der gesamten Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs besteht darin, in den Drehmomentwandler einen Kupplungsmechanismus einzubauen, der den Drehmomentwandler "feststellen" kann. "Feststellen" bezieht sich auf die Beseitigung der relativen Bewegung zwischen den antreibenden und angetriebenen Teilen des Drehmomentwandlers, so dass keine Energie in der Flüssigkeitskupplung verlorengeht. Diese "Feststell"- oder "Arretier"-Kupplungen fangen bei hohen Straßengeschwindigkeiten in sehr effektiver Weise Energieverluste auf. Wenn sie jedoch bei niedrigen Geschwindigkeiten verwendet werden, wird der Fahrzeugbetrieb rau und über den Antriebsstrang werden Motorschwingungen übertragen. Für Fahrer sind raues Fahrverhalten und Motorschwingungen nicht akzeptabel.
Je länger das Fahrzeug prozentual mit der im Eingriff befindlichen Drehmomentwandlerkupplung betrieben werden kann, um so größer wird die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs. Es ist eine zweite Generation von Drehmomentwandlerkupplungen entwikelt worden, die in einem "rutschenden" oder "kontinuierlich rutschenden Modus" arbeiten. Diese Vorrichtungen haben viele Namen, werden üblicherweise jedoch als stufenlos rutschende Drehmomentwandlerkupplungen bezeichnet. Der Unterschied zwischen diesen Vorrichtungen und Arretierkupplungen besteht darin, dass sie normalerweise bei einer relativen Geschwindigkeit von 50 bis 500 UpM eine gewisse relative Bewegung zwischen den antreibenden und angetriebenen Teilen des Drehmomentwandlers ermöglichen. Diese langsame Rutschgeschwindigkeit ermöglicht eine verbesserte Fahrzeugleistung, da die rutschende Kupplung als Schwingungsdämpfer wirkt. Während die Kupplung vom Typ "Arretierung" nur bei Straflengeschwindigkeiten über ungefähr 50 Mph verwendet werden kann, können die Kupplungen vom "rutschenden" Typ bei so niedrigen Geschwindigkeiten wie 25 Mph verwendet werden, wodurch wesentlich mehr verlorene Energie aufgefangen wird. Dieses Merkmal macht derartige Vorrichtungen für Fahrzeughersteller sehr attraktiv.
Stufenlos rutschende Drehmomentwandlerkupplungen stellen an mit ihnen verwendete Automatikgetriebeflüssigkeiten (ATFs) sehr exakte Reibungsanforderungen. Die Flüssigkeit muss ein sehr gutes Reibung-zu-Geschwindigkeit-Verhältnis aufweisen, das bedeutet, dass die Reibung mit zunehmender Geschwindigkeit immer ansteigen muss. Wenn die Reibung mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt, kann sich ein selbsterregter Schwingungszustand im Antriebsstrang aufbauen. Dieses Phänomen wird üblicherweise als "Ruck-Gleiten" oder "dynamische Reibungsschwingung" bezeichnet und zeigt sich in dem Fahrzeug als "Zittern" oder Vibration bei niedriger Geschwindigkeit. Das Kupplungszittern ist für den Fahrer sehr unangenehm. Eine Flüssigkeit, die den Betrieb des Fahrzeugs ohne Vibration oder Zittern ermöglicht, wird als Flüssigkeit mit guten "Vibrationsdämpfungs"-Charakteristika bezeichnet. Die Flüssigkeit muss nicht nur im neuen Zustand ein hervorragendes Reibung-gegen-Geschwindigkeit-Verhältnis aufweisen, sondern sie muss diese Reibungscharakte ristika während der Lebensdauer der Flüssigkeit, die der Lebensdauer des Getriebes entsprechen kann, beibehalten. Die Langlebigkeit der Vibrationsdämpfungsleistung in dem Fahrzeug wird üblicherweise als "Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung" bezeichnet. Diesen Aspekt der Leistung spricht die vorliegende Erfindung an.
Wir haben gefunden, dass bestimmte Verbindungen, die durch Umsetzung isomerisierter alkenylsubstituierter Bernsteinsäureanhydride (und ihrer gesättigten Alkylanaloga) mit Polyaminen hergestellt werden, bei Verwendung zusammen mit öllöslichen Phosphorverbindungen und gegebenenfalls überbasischen metallischen Detergentien und/oder Polyolester-Reibungsmodifizierungsmitteln eine einzigartige Lösung für das Problem der Verlängerung der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung liefern.
EP-A-0 393 769 offenbart ein Additiv für Brennstoffe (Kraftstoffe) und Schmieröle mit Dispergier-, Detergens- und Antirosteigenschaften, das im Wesentlichen aus dem Produkt des Kondensierens von Alkenylbernsteinsäuren oder -anhydriden mit Triethylentetramin besteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung von einer Kraftübertragungsflüssigkeit, enthaltend:

(1) eine größere Menge Schmieröl, und
(2) eine Additivkombination, enthaltend: (a) 0,5 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Kraftübertragungsflüssigkeit, eines Reaktionsprodukts von einem isomerisierten alkenylsubstituierten Bernsteinsäureanhydrid und einem Polyamin, gekennzeichnet durch Struktur (I), wobei Struktur (I)
ist, worin x und y unabhängig ganze Zahlen sind, deren Summe 1 bis 30 beträgt, und z eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist; (b) eine öllösliche phosphorhaltige Verbindung, die 10 bis 1000 ppm Phosphor zu der Flüssigkeit beiträgt; und (c) gegebenenfalls ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem metallischen Detergens, einem Polyolester-Reibungsmodifizierungsmittel und Mischungen derselben.

Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung liegt vor, wenn Struktur (I) die gesättigten Alkylanaloga der isomerisierten alkenylsubstituierten Gruppen enthält.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wir haben gefunden, dass Flüssigkeiten, die Kombinationen der Verbindung mit Struktur (I) und öllösliche Phosphorverbindungen enthalten, nicht nur hervorragende Reibung-gegen-Geschwindigkeit-Charakteristika des frischen Öls liefern, sondern dass diese Charakteristika bis zu 10 Mal so lange erhalten bleiben wie jene, die in konventionellen Automatikgetriebeflüssigkeiten gefunden werden. Die Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung dieser Flüssigkeiten kann weiter verbessert werden, indem gegebenenfalls überbasische metallische Detergentien und/oder Polyolester-Reibungsmodifizierungsmittel eingebracht werden.
Obwohl die Erfindung für eine spezielle Kraftübertragungsflüssigkeit, d. h. eine ATF, demonstriert wird, ist vorgesehen, dass die Vorteile dieser Erfindung in gleicher Weise auf andere Kraftübertragungsflüssigkeiten anwendbar sind. Beispiele für andere Typen von Kraftübertragungsflüssigkeiten, die zu dem Umfang dieser Erfindung gehören, sind Getriebeöle, Hydraulikflüssigkeiten, Hochleistungshydraulikflüssigkeiten, Industrieöle, Kraftsteuerungsflüssigkeiten, Pumpenöle, Traktorflüssigkeiten und Universaltraktorflüssigkeiten. Diese Kraftübertragungsflüssigkeiten können mit einer Vielzahl von Leistungsadditiven und in vielen unterschiedlichen Basisölen formuliert werden.
Die Steigerung der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung einer ATF ist ein sehr komplexes Problem. Obwohl es so aussieht, als ob eine einfache Lösung bloß in der Steigerung der Menge an konventionellem Reibungsmodifizierungsmittel in der Flüssigkeit bestünde, lässt sich dies nicht realisieren, weil die einfache Erhöhung der Konzentration an konventionellen Reibungsmodifizierungsmitteln den Gesamtwert der Reibung, den die Flüssigkeit zeigt, erheblich herabsetzt. Die Verringerung der Reibungskoeffizienten unter bestimmte Mindestwerte ist unerwünscht, da sich dadurch die Haltekapazität oder statische Kapazität aller Kupplungen in dem Getriebe verringert, wodurch diese Kupplungen während des Betriebs des Fahrzeugs anfällig für Durchrutschen werden. Das Durchrutschen der schaltenden Kupplungen muss vermieden werden, da diese Kupplungen durch unerwünschtes Rutschen zerstört werden.
Niedrigpotente Reibungsmodifizierungsmittel – Struktur (I)
Die Ausgangskomponenten für die Bildung von Verbindungen mit der Struktur (I) sind isomerisierte Alkenylbernsteinsäureanhydride, die aus Maleinsäureanhydrid und innenständigen Olefinen hergestellt werden, d. h. Olefinen, die nicht endständig ungesättigt sind und daher die Gruppe
nicht enthalten. Diese innenständigen Olefine können als solche in die Reaktionsmischung eingebracht werden, oder sie können in situ produziert werden, indem α-Olefine bei hohen Temperaturen Isomerisierungskatalysatoren ausgesetzt werden. Ein Verfahren zur Erzeugung derartiger Materialien ist in US-A-3 382 172 beschrieben. Die isomerisierten alkenylsubstituierten Bernsteinsäureanhydride haben die als Struktur (II) gezeigte Struktur, wobei Struktur (II) durch
wiedergegeben wird, wobei x und y unabhängig ganze Zahlen sind, deren Summe 1 bis 30 ist.
Die bevorzugten Bernsteinsäureanhydride werden durch Isomerisierung linearer α-Olefine mit einem sauren Katalysator hergestellt, gefolgt von der Umsetzung mit Maleinsäureanhydrid. Die bevorzugten α-Olefine sind 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen, 1-Hexadecen, 1-Octadecen, 1-Eicosan oder Mischungen dieser Materialien. Die beschriebenen Produkte können auch aus innenständigen Olefinen mit den gleichen Kohlenstoffzahlen, 8 bis 20, hergestellt werden. Die bevorzugten Materialien für diese Erfindung sind jene, die aus 1-Tetradecen (x + y = 9), 1-Hexadecen (x + y = 11) und 1-Octadecen (x + y = 13) oder Mischungen derselben hergestellt sind.
Die isomerisierten Alkenylbernsteinsäureanhydride werden dann weiter mit Polyaminen mit der Struktur (III) umgesetzt, wobei Struktur (III) durch
wiedergegeben wird, wobei z eine ganze Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 3 ist.
Diese sind übliche Polyethylenamine. Wenn z = 1 ist, ist das Material Diethylentriamin, wenn z = 2 ist, ist das Material Triethylentetramin, wenn z = 3 ist, ist das Material Tetraethylenpentamin. Bei Produkten, bei denen z > 3 ist, werden die Produkte üblicherweise als 'Polyamin' oder PAM bezeichnet. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Produkte verwenden Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin oder Mischungen derselben.
Die isomerisierten Alkenylbernsteinsäureanhydride (II) werden typischerweise im Molverhältnis von 2:1 mit den Aminen umgesetzt, so dass beide primären Amine in Succinimide überführt werden. Mitunter wird ein geringer Überschuss an isomerisiertem Alkenylbernsteinsäureanhydrid (II) verwendet, um zu gewährleisten, dass alle primären Amine reagiert haben. Die Produkte der Reaktion sind als Struktur (I) gezeigt.
Die Disuccinimide der Struktur (I) können nach beliebigen aus einer Reihe von Techniken nachbehandelt werden, die in der Technik bekannt sind. Zu diesen Techniken gehören Borierung, Maleierung, Säurebehandlung mit anorganischen Säuren, wie Phosphorsäure, Phosphorigsäure und Schwefelsäure. Beschreibungen dieser Verfahren finden sich beispielsweise in US-A-3 254 677, US-A-3 502 677, US-A-4 686 054 und US-A-4 857 214.
Ein weiteres brauchbares Derivat der niedrigpotenten Reibungsmodifizierungsmittel ist dasjenige, bei dem die isomerisierten Alkenylgruppen der Strukturen (I) und (II) unter Bildung ihrer gesättigten Alkylanaloga hydriert worden sind. Diese gesättigten Versionen der Strukturen (I) und (II) können in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben nachbehandelt werden.
Obwohl jede wirksame Menge der Verbindungen mit der Struktur (I) und deren Derivaten verwendet werden kann, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen, liegen diese wirksamen Mengen typischerweise im Bereich von 0,5 bis 10, vorzugsweise 2 bis 7, am meisten bevorzugt 3 bis 6 Gew.% der fertigen Flüssigkeit.
Nachfolgend werden Beispiele zur Produktion der erfin dungsgemäßen Verbindungen mit der Struktur (I) gegeben. Diese Beispiele dienen der Veranschaulichung, und die Erfindung ist nicht auf die speziellen beschriebenen Details begrenzt.
Präparative Beispiele
Beispiel A
In einen 1 L Rundkolben, der mit einem mechanischen Rührer, Stickstoffspülung, Dean Starke-Falle und Kühler ausgestattet war, wurden 352 g (1,00 Mol) Isooctadecenylbernsteinsäureanhydrid (ODSA von Dixie Chemical Co.) gegeben. Es wurde mit einem langsamen Stickstoffstrom begonnen, der Rührer angestellt und das Material auf 130°C erwärmt. Unmittelbar danach wurden 87 g (0,46 Mol) kommerzielles Tetraethylenpentamin langsam durch ein Tauchrohr zu dem heißen gerührten Isooctadecenylbernsteinsäureanhydrid gegeben. Die Temperatur der Mischung stieg auf 150°C, wo sie zwei Stunden gehalten wurde. Während dieses Heizzeitraums wurden 8 ml Wasser (etwa 50% der theoretischen Ausbeute) in der Dean Starke-Falle aufgefangen. Der Kolben wurde abgekühlt, um das Produkt zu ergeben. Ausbeute: 427 g. % Stickstoff: 7,2.
Beispiel B
Das Verfahren von Beispiel A wurde wiederholt, außer dass die folgenden Materialien und Mengen verwendet wurden: Isooctadecenylbernsteinsäureanhydrid, 458 g (1,3 Mol) und Diethylentriamin, 61,5 g (0,6 m) . Es wurden 11 ml Wasser gewonnen. Ausbeute 505 g, % Stickstoff: 4,97.
Beispiel C
Das Verfahren von Beispiel A wurde wiederholt, außer dass die folgenden Materialien und Mengen verwendet wurden: Isohexadecenylbernsteinsäureanhydrid (ASA-100 von Dixie Chemical Co.), 324 g (1,0 Mol) und Tetraethylenpentamin, 87 g (0,46 mol). Es wurden 9 ml Wasser gewonnen. Ausbeute 398 g, % Stickstoff: 8,1.
Beispiel D
Das Produkt aus Beispiel A, 925 g (1,0 Mol) und 300 g eines naphthenischen Basisöls (Exxon Necton 37) wurden in einen 2 L Kolben gegeben, der mit einem Heizmantel, einem Überkopfrührer, Stickstoffspülung und Kühler ausgestattet war. Die Temperatur der Mischung wurde auf 80°C erhöht, der Rührer gestartet und mit einer Stickstoffspülung begonnen. Zu dieser heißen Lösung wurde langsam im Verlauf von etwa 20 Minuten Maleinsäureanhydrid (98 g, 1,0 Mol) gegeben. Nachdem die Zugabe abgeschlossen war, wurde die Temperatur auf 150°C erhöht und 3 Stunden gehalten. Das Produkt wurde abgekühlt und filtriert. Ausbeute 1315 g, % Stickstoff: 5,2%.
Beispiel E
Das Produkt aus Beispiel A, 925 g (1,0 Mol) und 140 g eines naphthenischen Basisöls (Exxon Necton 37) und 1 g DC-200-Antischaummittel wurden in einen 2 L Rundkolben gegeben, der mit einem Heizmantel, einem Überkopfrührer, Stickstoffspülung, Dean-Starke-Falle und Kühler ausgestattet war. Die Mischung wurde auf 80°C erwärmt und 62 g (1,0 Mol) Borsäure zugegeben.
Die Mischung wurde auf 140°C erwärmt und 3 Stunden gehalten. Während dieses Heizzeitraums wurden 3 ml Wasser in der Dean-Starke-Falle aufgefangen. Das Produkt wurde abgekühlt und filtriert. Ausbeute 1120 g, % Stickstoff: 6,1%, % Bor: 0,9.
Öllösliche phosphorhaltige Verbindungen
Die erfindungsgemäß brauchbaren phosphorhaltigen Materialien sind die Alkylphosphite, aschefreie Dispergiermittel, die mit Phosphorsäuren und gegebenenfalls Bor nachbehandelt werden, und Zinksalze von Thiophosphorsäuren.
Die erfindungsgemäß brauchbaren Phosphite sind Di- und Trialkylphosphite, die als Strukturen (IV) beziehungsweise (V) gezeigt sind, und Phosphate, die als Struktur (VI) gezeigt sind, wobei diese Strukturen wiedergegeben werden durch:
wobei X unabhängig O oder S ist, d. h. in jedem gegebenen Phosphit können einige X O sein, während andere S sind. Die R-Gruppen sind C₄- bis C₂₀-Kohlenwasserstoffreste. R kann auch unabhängig variieren, sie können Alkyl oder Aryl sein, sie können durch Heteroatome wie S, N oder O substituiert sein. Die Alkylgruppen können linear oder verzweigt sein, die Arylgruppen können Phenyl oder substituiertes Phenyl sein. Die R-Gruppen können auch gesättigt oder ungesättigt sein. Die bevorzugten Phosphite sind die Trialkylphosphite (V). Die bevorzugten Materialien haben mindestens ein X = S, insbesondere sind alle X = S. Die R-Gruppen sind bevorzugt lineare Alkylgruppen, wie Octyl, Decyl, Dodecyl, Tetradecyl und Octadecyl. Am meisten bevorzugt sind Dodecyl und Tetradecyl.
Ein weiterer Typ von phosphorhaltiger Verbindung, der erfindungsgemäß brauchbar ist, sind die in US-A-5 185 090 beschriebenen gemischten Thioalkylphosphite.
Die erfindungsgemäß brauchbaren phosphorhaltigen Dispergiermittel werden hergestellt, indem aschefreie Dispergiermittel mit Säuren oder Anhydriden von Phosphor und gegebenenfalls Bor nachbehandelt werden. Die aschefreien Dispergiermittel kön nen ausgewählt werden aus Kohlenwasserstoffsuccinimiden, Kohlenwasserstoffsuccinamiden, gemischten Esteramiden von kohlenwasserstoffsubstituierter Bernsteinsäure, Hydroxyestern von kohlenwasserstoffsubstituierten Bernsteinsäuren, Mannich-Kondensationsprodukten von kohlenwasserstoffsubstituierten Phenolen, Formaldehyd und Polyaminen. Es können auch Mischungen von Dispergiermitteln verwendet werden. Die bevorzugten aschefreien Dispergiermittel sind die Polyisobutylensuccinimide von Polyaminen, wie Tetraethylenpentamin. Die Polyisobutylenanteile haben vorzugsweise Molekulargewichte von ungefähr 300 bis 3000. Die aschefreien Dispergiermittel werden weiter mit Quellen für Phosphor und gegebenenfalls Bor nachbehandelt. Geeignete anorganische Phosphorsäuren und Anhydride, die zur Bildung dieser Produkte brauchbar sind, schließen Phosphorigsäure, Phosphorsäure, Hypophosphorsäure, Phosphortrioxid, Phosphortetroxid, Phosphorsäureanhydrid ein. Partielle und vollständige Schwefelanaloga der anorganischen Säuren und Anhydride sind auch geeignet, wie Phosphortetrathiosäure, Phosphormonothiosäure, Phosphordithiosäure und Phosphortrithiosäure. Die bevorzugte Phosphorquelle ist Phosphorigsäure. Die Herstellung dieser Materialien und ihrer borierten Analoga ist wohl bekannt, siehe z. B. US-A-3 502 677 und US-A-4 857 214.
Ein weiterer Typ von phosphorhaltiger Verbindung, der erfindungsgemäß brauchbar ist, sind die Zinkdithiodiphosphate (ZDDP). Diese Verbindungen werden durch Reaktion von Alkoholen mit P₂S₅ erzeugt, um Dialkylthiophosphorsäuren zu erzeugen, die dann mit Zinkoxid behandelt/umgesetzt werden. Die Herstellung von Zinkdithiodiphosphat ist wohl bekannt und wird häufig in veröffentlichter Literatur erörtert. Siehe beispielsweise die Bücher 'Lubricant Additives' von C. V. Smalheer und R. K. Smith, veröffentlicht von Lezius-Hiles Co., Cleveland, Ohio (1967) und 'Lubricant Additives' von M. W. Ranney, veröffentlicht von Noyes Data Corp., Park Ridge, N. J. (1973). Beispiele für solche Materialien sind Zink(diisooctyldithiophosphorsäure) und Zink(di-2-ethylhexyldithiophosphorsäure).
Die phosphorhaltigen Verbindungen, die verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erreichen, tragen 10 bis 1000, vorzugsweise 100 bis 750, am meisten bevorzugt 200 bis 500 ppm Phosphor zu der fertigen Flüssigkeit bei.
Um ein homogenes Produkt herzustellen, kann es erwünscht sein, die niedrigpotenten Reibungsmodifizierungsmittel mit den öllöslichen, aschefreien, phosphorhaltigen Verbindungen bei erhöhten Temperaturen vorzumischen oder vorzukontaktieren. Andere Additive, die die Produktion des homogenen Produkts nicht stören, werden gegebenenfalls eingeschlossen. Typische erhöhte Temperaturen liegen im Bereich von 30 bis 150, vorzugsweise 45 bis 125, am meisten bevorzugt 55 bis 75°C.
Metallische Detergentien
Beispiele für die metallhaltigen Detergentien der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind öllösliche neutrale oder überbasische Salze von Alkali- oder Erdalkalimetallen mit einer oder mehreren der folgenden sauren Substanzen (oder Mischungen derselben): (1) Sulfonsäuren, (2) Carbonsäuren, (3) Salicylsäuren, (4) Alkylphenolen, (5) sulfurierten Alkylphenolen, (6) organischen Phosphorsäuren, die durch mindestens eine direkte Kohlenstoff-Phosphor-Bindung gekennzeichnet sind. Solche organischen phosphorhaltigen Säuren schließen jene ein, die durch die Behandlung eines Olefinpolymers (z. B. Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 1000) mit einem Phosphorisierungsmittel, wie Phosphortrichlorid, Phosphorheptasulfid, Phosphorpentasulfid, Phosphortrichlorid und Schwefel, weißem Phosphor und einem Schwefelhalogenid, oder Phosphorthionylchlorid hergestellt werden. Die bevorzugten Salze dieser Säuren vom Kostengünstigkeits-, toxikologischen und Umweltstandpunkt sind die Salze von Natrium, Kalium, Lithium, Calcium und Magnesium. Die bevorzugten erfindungsgemäß brauchbaren Salze sind entweder neutrale oder überbasische Salze von Calcium oder Magnesium.
Öllösliche neutrale metallhaltige Detergentien sind jene Detergentien, die stöchiometrisch äquivalente Mengen an Metall in Bezug zu der Menge an sauren Anteilen enthalten, die in dem Detergens vorhanden sind. Im Allgemeinen haben die neutralen Detergentien daher eine niedrige Basizität, verglichen mit ihren überbasischen Gegenstücken. Die zur Bildung dieser Detergentien verwendeten sauren Materialien schließen Carbonsäuren, Salicylsäuren, Alkylphenole, Sulfonsäuren und sulfurierte Alkylphenole ein.
Der Begriff 'überbasisch' wird im Zusammenhang mit metallischen Detergentien zur Bezeichnung von Metallsalzen verwendet, bei denen das Metall in stöchiometrisch größeren Mengen als der organische Rest vorhanden ist. Die üblicherweise zur Herstellung der überbasischen Salze verwendeten Verfahren beinhalten das Erhitzen einer Mineralöllösung einer Säure mit einem stöchiometrischen Überschuss an Metallneutralisierungsmittel, wie dem Metalloxid, -hydroxid, -carbonat, -bicarbonat oder -sulfid, auf eine Temperatur von etwa 50°C und Filtrieren des resultierenden Produkts. Die Verwendung eines 'Promoters' in der Neutralisierungsstufe zur Unterstützung des Einbaus eines großen Metallüberschusses ist in ähnlicher Weise bekannt. Beispiele für Verbindungen, die als Promoter brauchbar sind, schließen phenolische Substanzen, wie Phenol, Naphthol, Alkylphenol, Thiophenol, sulfuriertes Alkylphenol, und Kondensationsprodukte von Formaldehyd mit einer phenolischen Substanz; Alkohole wie Methanol, 2-Propanol, Octanol, Cellosolve-Alkohol, Carbitol-Alkohol, Ethylenglykol, Stearylalkohol und Cyclohexylalkohol; und Amine wie Anilin, Phenylendiamin, Phenothiazin, Phenyl-β-naphthylamin und Dodecylamin ein. Ein besonders wirksames Verfahren zur Herstellung der basischen Salze beinhaltet das Mischen einer Säure mit einem Überschuss eines basischen Erdalkalimetall-Neutralisierungsmittels und mindestens einem Alkohol-Promoter, und Carbonisieren der Mischung bei einer erhöhten Temperatur wie 60 bis 200°C.
Beispiele für geeignete metallhaltige Detergentien schließen neutrale und überbasische Salze solcher Substanzen wie Lithiumphenolate, Natriumphenolate, Kaliumphenolate, Calciumphe nolate, Magnesiumphenolate, sulfurierte Lithiumphenolate, sulfurierte Natriumphenolate, sulfurierte Kaliumphenolate, sulfurierte Calciumphenolate und sulfurierte Magnesiumphenolate, bei denen jede aromatische Gruppe eine oder mehrere aliphatische Gruppen aufweist, um Kohlenwasserstofflöslichkeit zu verleihen; Lithiumsulfonate, Natriumsulfonate, Kaliumsulfonate, Calciumsulfonate und Magnesiumsulfonate, bei denen jeder Sulfonsäureanteil an einen aromatischen Kern gebunden ist, der wiederum ein oder mehrere aliphatische Substituenten enthält, um Kohlenwasserstofflöslichkeit zu verleihen; Lithiumsalicylate, Natriumsalicylate, Kaliumsalicylate, Calciumsalicylate und Magnesiumsalicylate, bei denen der aromatische Anteil üblicherweise durch einen oder mehrere aliphatische Substituenten substituiert ist, um Kohlenwasserstofflöslichkeit zu verleihen; die Lithium-, Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumsalze von hydrolysierten phosphosulfurierten Olefinen mit 10 bis 2000 Kohlenstoffatomen oder von hydrolysierten phosphosulfurierte Alkoholen und/oder aliphatisch substituierten phenolischen Verbindungen mit 10 bis 2000 Kohlenstoffatomen; die Lithium-, Natrium-, Kalium-, Calcium- und Magnesiumsalze von aliphatischen Carbonsäuren und aliphatisch substituierten cycloaliphatischen Carbonsäuren und viele andere ähnliche Alkali- und Erdalkalimetallsalze von öllöslichen organischen Säuren ein, sind jedoch nicht auf diese begrenzt. Mischungen von neutralen oder überbasischen Salzen von zwei oder mehr verschiedenen Alkali- und/oder Erdalkalimetallen können verwendet werden. In ähnlicher Weise können auch neutrale und/oder überbasische Salze von Mischungen von zwei oder mehr unterschiedlichen Säuren verwendet werden (z. B. ein oder mehrere überbasische Calciumphenolate mit einem oder mehreren überbasischen Calciumsulfonaten).
Wie wohl bekannt ist, werden überbasische Metalldetergentien im Allgemeinen als überbasifizierende Mengen anorganischer Basen enthaltend angesehen, wahrscheinlich in Form von Mikrodispersionen oder kolloidaler Suspensionen. Der Begriff "öllöslich" soll in Anwendung auf metallische Detergentien Metallde tergentien einschließen, in denen anorganische Basen vorhanden sind, die nicht notwendigerweise im strengen Sinne des Begriffs vollständig oder echt öllöslich sind, da solche Detergentien sich beim Mischen in Basisöle praktisch in der gleichen Weise verhalten, als wären die völlig und vollständig in dem Öl gelöst.
Zusammengenommen sind die verschiedenen, hier zuvor genannten metallischen Detergentien mitunter einfach als neutrale, basische oder überbasische Alkalimetall- oder Erdalkalimetall enthaltende Salze organischer Säure(n) bezeichnet worden.
Verfahren zur Herstellung von öllöslichen neutralen und überbasischen metallischen Detergentien und Erdalkalimetall enthaltenden Detergentien sind Fachleuten wohl bekannt und ausführlich in der Patentliteratur angegeben. Siehe beispielsweise die Offenbarungen von US-A-2 001 108, US-A-2 081 075, US-A-2 095 538, US-A-2 144 078, US-A-2 163 622, US-A-2 270 183, US-A-2 292 205, US-A-2 335 017, US-A-2 399 877, US-A-2 416 281, US-A-2 451 345, US-A-2 451 346, US-A-2 485 861, US-A-2 501 731, US-A-2 501 732, US-A-2 585 520, US-A-2 671 758, US-A-2 616 904, US-A-2 616 905, US-A-2 616 906, US-A-2 616 911, US-A-2 616 924, US-A-2 616 925, US-A-2 617 049, US-A-2 695 910, US-A-3 178 368, US-A-3 367 867, US-A-3 496 105, US-A-3 629 109, US-A-3 865 737, US-A-3 907 691, US-A-4 100 085, US-A-4 129 589, US-A-4 137 184, US-A-4 184 740, US-A-4 212 752, US-A-4 617 135, US-A-4 647 387, US-A-4 880 550.
Die erfindungsgemäß verwendeten metallischen Detergentien können gewünschtenfalls öllösliche, borierte, neutrale und/oder überbasische Alkali- oder Erdalkalimetall enthaltende Detergentien sein. Verfahren zur Herstellung borierter metallischer Detergentien sind beispielsweise in US-A-3 480 548, US-A-3 679 584, US-A-3 829 381, US-A-3 909 691, US-A-4 965 003, US-A-4 965 004 beschrieben.
Bevorzugte metallische Detergentien zur erfindungsgemäßen Verwendung sind überbasische sulfurierte Calciumphenolate, überbasische Calciumsulfonate und überbasische Magnesiumsulfo nate.
Obwohl jede wirksame Menge der metallischen Detergentien verwendet werden kann, um die Vorteile dieser Erfindung zu erhöhen, liegen diese wirksamen Mengen typischerweise im Bereich von 0,01 bis 2,0, vorzugsweise 0,05 bis 1,0, am meisten bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.% in der fertigen Flüssigkeit.
Polyester-Reibungsmodifizierungsmittel
Die optionalen erfindungsgemäßen Polyol-Reibungsmodifizierungsmittel sind die Ester von Polyalkoholen mit langkettigen Fettsäuren. Diese Materialien haben die als (VII), (VIII) und (IX) gezeigten Strukturen, wobei (VII), (VIII) und (IX) wiedergegeben werden durch
wobei R ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest einschließlich geradkettiger, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasser stoffgruppen ist, typischerweise aliphatisch mit etwa 9 bis etwa 29, vorzugsweise etwa 11 bis etwa 23 und am meisten bevorzugt etwa 15 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen. Der Begriff "Kohlenwasserstoff" wird hier so verwendet, dass vorwiegend Kohlenwasserstoffgruppen sowie reine Kohlenwasserstoffgruppen eingeschlossen sind. Die Beschreibung dieser Gruppen als vorwiegend Kohlenwasserstoff bedeutet, dass sie keine Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituenten oder Nicht-Kohlenstoffatome enthalten, die die Kohlenwasserstoffeigenschaften in Bezug auf die hier gegebene Beschreibung ändern.
Repräsentative Beispiele für geeignete Fettsäuren schließen Nonan-(Pelargon-), Decan-(Caprin-), Undecan-, Dodecan-(Laurin-), Tridecan-, Tetradecan-(Myristin-); Pentadecan-, Hexadecan-(Palmitin-); Heptadecan-(Margarin-), Octadecan-(Stearin- oder Isostearin-), Nonadecan-, Eicosan-(Arachin-), Decen-, Undecen-, Dodecen-, Tridecen-, Pentadecen-, Hexadecen-, Heptadecen-, Octadecen- (Öl-), Eicosensäure oder Mischungen derselben ein.
Beispiele für geeignete, erfindungsgemäß brauchbare Polyolester sind Glycerinmonooleat, Glycerindioleat, Glycerinmonoisostearat, Triglycerindiisostearat, Sorbitanmonooleat, Sorbitansesquioleat, Sorbitantrioleat, Sorbitanstearat, Sorbitanpalmitat. Die bevorzugten Reibungsmodifizierungsmittel vom Polyolestertyp zur erfindungsgemäßen Verwendung sind Glycerinmonooleat und Glycerindioleat und Mischungen derselben.
Obwohl jede wirksame Menge der Polyolester-Reibungsmodifizierungsmittel verwendet werden kann, um die Vorteile dieser Erfindung zu verstärken, liegen diese wirksamen Mengen typischerweise im Bereich von 0,01 bis 10,0, vorzugsweise 0,1 bis 5,0, am meisten bevorzugt 0,1 bis 3,0 Gew.% in der fertigen Flüssigkeit.
Andere im Stand der Technik bekannte Additive können den erfindungsgemäßen Kraftübertragungsflüssigkeiten zugegeben werden. Zu diesen Additiven gehören Dispergiermittel, Antiverschleißmittel, Korrosionsschutzmittel, Detergentien und Extrem druckadditive. Sie sind typischerweise offenbart in beispielsweise "Lubricant Additives" von C. V. Smalheer und R. Kennedy Smith, 1967, Seiten 1 bis 11, und US-A-4 105 571.
Repräsentative Mengen dieser Additive in einer ATF werden wie folgt zusammengefasst:
Geeignete Dispergiermittel schließen Kohlenwasserstoffsuccinimide, Kohlenwasserstoffsuccinamide, gemischte Ester/Amide von kohlenwasserstoffsubstituierter Bernsteinsäure, Hydroxyester von kohlenwasserstoffsubstituierter Bernsteinsäure und Mannich-Kondensationsprodukte von kohlenwasserstoffsubstituierten Phenolen, Formaldehyd und Polyaminen ein. Es können auch Mischungen dieser Dispergiermittel verwendet werden.
Die bevorzugten Dispergiermittel sind die Alkenylsuccinimide. Diese schließen mit acyclischem Kohlenwasserstoff substituierte Succinimide ein, die mit verschiedenen Aminen oder Aminderivaten gebildet sind, wie jenen, die in der Patentliteratur weitverbreitet offenbart sind. Die Verwendung von Alkenylsuccinimiden, die mit einer anorganischen Säure von Phosphor (oder einem Anhydrid derselben) und einem Borierungsmittel behandelt worden sind, sind auch zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignet, da sie viel verträglicher mit Elastomerdichtungen sind, die aus solchen Substanzen wie Fluorelastomeren und siliciumhaltigen Elastomeren hergestellt sind. Besonders geeignet sind Polyisobutenylsuccinimide, die aus Polyisobutenylbernsteinsäureanhydrid und einem Alkylenpolyamin, wie Triethylentetramin oder Tetraethylenpentamin, hergestellt worden sind, wobei der Polyisobutenylsubstituent von Polyisobuten mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Zahlenmittel) im Bereich von 500 bis 5000 (vorzugsweise 800 bis 2500) abgeleitet ist. Dispergiermittel können mit vielen Reagentien nachbehandelt werden, die Fachleuten bekannt sind (siehe z. B. US-A-3 254 025, US-A-3 502 677 und US-A-4 857 214).
Die erfindungsgemäßen Additivkombinationen können mit anderen gewünschten Schmieröladditiven unter Bildung eines Konzentrats kombiniert werden. Typischerweise liegt der Gehalt des Konzentrats an aktivem Bestandteil (a. i.) im Bereich von 20 bis 90, vorzugsweise 25 bis 80, am meisten bevorzugt 35 bis 75 Gewichtsprozent des Konzentrats. Der Rest des Konzentrats ist Verdünnungsmittel, das typischerweise aus Schmieröl oder Lösungsmittel zusammengesetzt ist.
Erfindungsgemäß brauchbare Schmieröle sind von natürlichen Schmierölen, synthetischen Schmierölen und Mischungen derselben abgeleitet. Im Allgemeinen haben sowohl das natürliche als auch das synthetische Schmieröl jeweils eine kinematische Viskosität im Bereich von etwa 1 bis etwa 100 mm²/s bei 100°C, obwohl typische Anwendungen erfordern, dass jedes Öl eine Viskosität im Bereich von etwa 2 bis etwa 8 mm²/s (cSt) bei 100°C hat.
Natürliche Schmieröle schließen tierische Öle, pflanzliche Öle (z. B. Castoröl und Specköl), Petrolöle, Mineralöle und Öle ein, die von Kohle oder Schiefer abgeleitet sind. Das bevorzugte natürliche Schmieröl ist Mineralöl.
Geeignete Mineralöle schließen alle üblichen Mineralölbasismaterialien ein. Dies schließt Öle ein, die in ihrer chemischen Struktur naphthenisch oder paraffinisch sind. Öle, die durch konventionelle Methoden raffiniert sind, schließen Säure, Alkali und Ton oder andere Mittel ein, wie Aluminiumchlorid, oder sie können extrahierte Öle sein, die beispielsweise durch Lösungsmittelextraktion mit Lösungsmitteln wie Phenol, Schwefeldioxid, Furfural, Dichlordiethylether, usw. hergestellt sind. Sie können wasserstoffbehandelt oder hydrofiniert sein, durch Kühlen oder katalytische Entparaffinierungsverfahren entparaffiniert oder hydrierend gecrackt sein. Das Mineralöl kann aus natürlichen Rohölquellen produziert worden sein, oder aus isomerisierten Wachsmaterialien oder Rückständen anderer Raffinierungsverfahren zusammengesetzt sein.
Die Mineralöle haben typischerweise kinematische Viskositäten von 2,0 mm²/s (cSt) bis 8,0 mm²/s (cSt) bei 100°C. Die bevorzugten Mineralöle haben kinematische Viskositäten von 2 bis 6 mm²/s (cSt), und am meisten bevorzugt sind jene Mineralöle mit Viskositäten von 3 bis 5 mm²/s (cSt) bei 100°C.
Synthetische Schmieröle schließen Kohlenwasserstofföle und halogensubstituierte Kohlenwasserstofföle ein, wie oligomerisierte, polymerisierte und interpolymerisierte Olefine [z. B. Polybutylene, Polypropylene, Propylen/Isobutylen-Copolymere, chlorierte Polylactene, Poly(1-hexene), Poly(1-octene), Poly(1-decene), usw. und Mischungen derselben], Alkylbenzole [z. B. Dodecylbenzole, Tetradecylbenzole, Dinonylbenzole, Di(2-ethylhexyl)benzol, usw.], Polyphenyle [z. B. Biphenyle, Terphenyle, alkylierte Polyphenyle, usw.] und alkylierte Diphenylether, alkylierte Diphenylsulfide sowie deren Derivate, Analoga und Homologe derselben. Die bevorzugten Öle aus dieser Klasse von synthetischen Ölen sind Oligomere von α-Olefinen, insbesondere Oligomere von 1-Decen.
Synthetische Schmieröle schließen auch Alkylenoxidpolymere, -interpolymere, -copolymere und Derivate derselben ein, bei denen die endständigen Hydroxylgruppen modifiziert worden sind, wie z. B. durch Veresterung oder Veretherung. Beispielhaft für diese Klasse synthetischer Öle sind Polyoxyalkylenpolymere, die durch Polymerisation von Ethylenoxid oder Propylenoxid hergestellt worden sind, die Alkyl- und Arylether dieser Polyoxyalkylenpolymere (z. B. Methylpolyisopropylenglykolether mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000, Diphenylether von Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 1500) und Mono- und Polycarbonsäureester derselben (z. B. die Essigsäureester, gemischten C₃- bis C₈-Fettsäureester und C₁₂-Oxosäurediester von Tetraethylenglykol).
Eine weitere geeignete Klasse synthetischer Schmieröle beinhaltet die Ester von Dicarbonsäuren (z. B. Phthalsäure, Bernsteinsäure, Alkylbernsteinsäuren und Alkenylbernsteinsäuren, Maleinsäure, Azelainsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Adipinsäure, Linolsäuredimer, Malonsäure, Alkylmalonsäuren und Alkenylmalonsäuren) mit einer Vielfalt von Alkoholen (z. B. Butylalkohol, Hexylalkohol, Dodecylalkohol, 2-Ethylhexylalkohol, Ethylenglykol, Diethylenglykolmonoethern oder Propylenglykol). Spezifische Beispiele für diese Ester schließen Dibutyladipat, Di(2-ethylhexyl)sebacat, Di-n-hexylfumarat, Dioctylsebacat, Diisooctylazelat, Diisodecylazelat, Dioctylphthalat, Didecylphthalat, Dieicosylsebacat, den 2-Ethylhexyldiester von Linolsäuredimer und den komplexen Ester ein, der durch Umsetzung von einem Mol Sebacinsäure mit zwei Mol Tetraethylenglykol und zwei Mol 2-Ethylhexansäure gebildet wird. Ein bevorzugter Öltyp aus dieser Klasse von synthetischen Ölen sind Adipate von C₄- bis C₁₂-Alkoholen.
Als synthetische Schmieröle brauchbare Ester schließen jene ein, die aus C₅- bis C₁₂-Monocarbonsäuren und Polyolen und Polyolethern hergestellt sind, wie Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit und Tripentaerythrit.
Öle auf Siliciumbasis (wie die Polyalkyl-, Polyaryl-, Polyalkoxy- oder Polyaryloxysiloxanöle und Silikatöle) stellen eine weitere brauchbare Klasse synthetischer Schmieröle dar. Diese Öle schließen Tetraethylsilikat, Tetraisopropylsilikat, Tetra(2-ethylhexyl)silikat, Tetra(4-methyl-2-ethylhexyl)silikat, Tetra(p-tert.-butylphenyl)silikat, Hexa(4-methyl-2-pentoxy)disiloxan, Poly(methyl)siloxane und Poly(methylphenyl)-siloxane und dergleichen ein. Andere synthetische Schmieröle schließen flüssige Ester von phosphorhaltigen Säuren (z. B. Tricresylphosphat, Trioctylphosphat und Diethylester von Decylphosphonsäure), polymere Tetrahydrofurane und Poly-α-olefine ein.
Die Schmieröle können von raffinierten, erneut raffinierten Ölen oder Mischungen derselben abgeleitet sein. Nicht raffinierte Öle werden direkt aus einer natürlichen oder synthetischen Quelle (z. B. Kohle, Schiefer oder Teersandbitumina) ohne weitere Reinigung oder Behandlung erhalten. Beispiele für nicht raffinierte Öle schließen ein direkt aus einem Retortenverfahren erhaltenes Schieferöl, ein direkt aus der Destillation erhaltenes Petroleumöl oder ein direkt aus einem Veresterungsverfahren erhaltenes Esteröl ein, wobei jedes von diesen dann ohne weitere Behandlung verwendet wird. Raffinierte Öle sind den nicht raffinierten Ölen ähnlich, außer dass raffinierte Öle in einer oder mehreren Reinigungsstufen behandelt worden sind, um eine oder mehrere Eigenschaften zu verbessern. Geeignete Reinigungstechniken schließen Destillation, Wasserstoffbehandlung, Entparaffinierung, Lösungsmittelextraktion, Säure- oder Basenextraktion, Filtration und Perkolation ein, die alle den Fachleuten bekannt sind. Erneut raffinierte Öle werden erhalten, indem gebrauchte Öle in ähnlichen Verfahren wie jenen, die zum Erhalten der raffinierten Öle verwendet werden, behandelt werden. Diese erneut raffinierten Öle sind auch als aufgearbeitete oder wiederverwendete Öle bekannt und werden oft zusätzlich mit Techniken zur Entfernung verbrauchter Additive und von Ölabbauprodukten behandelt.
Wenn das Schmieröl eine Mischung aus natürlichen und synthetischen Schmierölen (das heißt, teilsynthetisch) ist, kann die Wahl der teilhabenden synthetischen Ölkomponenten weit variieren. Besonders brauchbare Kombinationen sind jedoch aus Mineralölen und Poly-α-olefinen (PAO), insbesondere Oligomeren von 1-Decen zusammengesetzt.
Die folgenden Beispiele werden als spezifische Illustrationen der beanspruchten Erfindung gegeben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die in den Beispielen beschriebenen speziellen Details beschränkt ist. Alle Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das gewicht, wenn nicht anderweitig angegeben.
Beispiele
Es gibt keine standardisierten Prüfungen zur Bewertung der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung von Automatikgetriebeflüssigkeiten. Es sind in der veröffentlichten Literatur mehrere Prüfverfahren erörtert worden. Die Verfahren haben alle einen gemeinsamen Gegenstand, nämlich das stufenlose Rutschen einer Reibescheibe, die in eine Testflüssigkeit eingetaucht ist, unter einem bestimmten Satz von Bedingungen. In festgelegten Intervallen werden die Reibung-gegen-Geschwindigkeit-Charakteristika der Flüssigkeit bestimmt. Das übliche Versagenskriterium für diese Prüfungen besteht darin, dass dMu/dV (die Änderung des Reibungskoeffizienten mit der Geschwindigkeit) negativ wird. Das bedeutet, dass zunehmende Geschwindigkeit zu einem niedrigeren Reibungskoeffizienten führt. Ein ähnliches Verfahren, das nachfolgend beschrieben wird, ist zur Bewertung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet worden.
Prüfungsverfahren für die Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung
Eine SAE Nr. 2 Prüfungsmaschine, die mit einem Standard-Prüfkopf ausgerüstet war, wurde modifiziert, damit Testflüssigkeit aus einem externen Vorratsgefäß mit konstanter Temperatur in den Prüfkopf und zurück zirkuliert werden konnte. Der Prüfkopf wurde vorbereitet, indem eine Reibungsscheibe und zwei stählerne Trennplatten eingesetzt wurden, die die rutschende Drehmomentwandlerkupplung darstellen (diese Baugruppe wird als das Kupplungspaket bezeichnet). Zwei Liter Testflüssigkeit wurden zusammen mit einem 32 cm² (5 Zoll²) Kupferstück in das geheizte Bad gegeben. Eine kleine Pumpe zirkulierte die Testflüssigkeit in einem Kreislauf von dem Vorratsgefäß zu dem Prüfkopf. Die Flüssigkeit in dem Reservoir wurde auf 145°C erwärmt, während sie durch den Prüfkopf zirkuliert wurde, und dem Prüfkopf wurden 50 ml Luft/Min zugeführt. Das Antriebssystem der SAE Nr. 2 Maschine wurde gestartet und die Prüfplatte mit 180 UpM gedreht, wobei auf das Kupplungspaket kein Druck ausgeübt wurde. Dieser Einfahrzeitraum wurde eine Stunde fortgesetzt. Am Ende einer Stunde wurden fünf (5) Messungen des Reibungskoeffizienten (Mu) gegen Geschwindigkeit durchgeführt. Dann wurden 6 dynamische Einkuppelvorgänge von jeweils 13 500 Joules vorgenommen, gefolgt von einer Messung der statischen Losbrechreibung. Als diese Datenerfassung abgeschlossen war, wurde mit einem Dauerhaftigkeitsmesszyklus begonnen.
Der Dauerhaftigkeitsmesszyklus wurde in Segmenten von ungefähr einer Stunde durchgeführt. Jede Stunde "rutschte" das System bei 155°C, 180 UpM und 10 kg/cm² 50 Minuten lang. Am Ende der 50 Minuten des Rutschens wurden zwanzig (20) dynamische Einkuppelvorgänge mit 13 500 Joule durchgeführt. Dieses Verfahren wurde weitere drei Mal wiederholt, wodurch sich ein Dauerhaftigkeitsmesszyklus von vier Stunden ergab. Am Ende der vier Stunden wurden 5 Mu-gegen-Geschwindigkeit-Messungen bei 120°C durchgeführt. Der dMu/dV für die Flüssigkeit wurde berechnet, indem die dritten, vierten und fünften Mu-gegen-Geschwindigkeit-Messungen gemittelt wurden und dMu/dV berechnet wurde, indem der Mu-Wert bei 0,35 m/s von dem Mu-Wert bei 1,2 m/s abgezogen und durch die Geschwindigkeitsdifferenz, 0,85 m/s, geteilt wurde. Der Bequemlichkeit halber wurde die Zahl mit 1000 malgenommen, um sie in eine ganze Zahl umzuwandeln. Eine Flüssigkeit erhält die Beurteilung "Verlust des Vibrationsdämpfungsschutzes", wenn der dMu/dV einen wert von minus drei (–3) erreicht. Das Ergebnis wird als "Stunden bis zum Ausfall" angegeben. Mehrere kommerzielle ATFs ohne die Charakteristika der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung sind nach diesem Prüfungsverfahren bewertet worden. Sie ergeben "Stunden bis zum Ausfall" im Bereich von 15 bis 25.
Für erfindungsgemäße Zwecke zeigt das Erreichen von mindestens 30 Stunden beim "Stunden bis zum Ausfall" verbesserte Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung an.
Beispiel 1 – Auswirkung des niedrigpotenten Reibungsmodifizierungsmittels mit der Struktur (I)
Neun (9) Prüfflüssigkeiten wurden für die Dauerhaftigkeitsbewertung der Vibrationsdämpfung nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt und sind in Tabelle 1 als Gemische 1 bis 9 gezeigt. Gemische 1 bis 6, die die Reibungsmodifizierungsmittel der Struktur (I) enthielten, ergaben alle eine Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung, die erheblich über der Ausfallzeit von 30 Stunden lag. Gemisch 1 ergab mehr als das Sechsfache der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung des Basiswerts von 30 Stunden Ausfallzeit. Gemische 1, 7, 8 und 9 zeigen die Auswirkung der Reibungsmodifizierungsmittelkonzentration. In einer Konzentration von 1,5 Gew.% ergab das Produkt aus Beispiel A einen Dauerhaftigkeitswert der Vibrationsdämpfung, der sich dem Ausfallwert von 30 Stunden näherte, ist jedoch immer noch etwa 1,5 Mal besser als eine versagende Vibrationsdämpfungsflüssigkeit. Die Erhöhung der Konzentration des Produkts aus Beispiel A führte zu erheblich besserer Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung, d. h. der Vergleich der Gemische 1 und 9.
Beispiel 2 – Auswirkung der Phosphorquelle
Acht (8) Gemische wurden für die Dauerhaftigkeitsbewertung der Vibrationsdämpfung nach dem gleichen vorhergehen Verfahren hergestellt und sind als Gemische 10 bis 17 in Tabelle 2 gezeigt. Gemische 10 bis 16 enthielten verschiedene aschefreie Phosphorquellen. Gemisch 10 verwendete Dibutylhydrogenphosphit (Struktur IV, R₁ = R₂ = C₄H₉, X = O). Gemisch 11 verwendete Dilaurylhydrogenphosphit (Struktur IV, R₁ = R₂ = C₁₂H₂₅, X = O). Gemisch 12 verwendete Trilaurylphosphit (Struktur V, R₁ = R₂ = R₃ = C₁₂H₂₅, X = O). Gemisch 13 verwendet Triphenylphosphit (Struktur V, R₁ = R₂ = R₃ = C₆H₅, X = O). Gemisch 14 verwendete ein komplexes Phosphit, das wie in US-A-5 185 090, Beispiel 13, beschrieben hergestellt worden ist. Gemisch 15 verwendete Trilauryltrithiophosphit (Struktur V, R₁ = R₂ = R₃ = C₁₂H₂₅, X = S) . Gemisch 16 verwendet ein Polyisobutenylbernsteinsäureanhydrid- Polyamin (PIBSA-PAM) mit einem Molekulargewicht von 450, das mit Phosphorigsäure (H₃PO₃) behandelt worden war. Gemisch 17 verwendete wieder Trilauryltrithiophosphit in einer höheren Konzentration. Gemische 10 bis 17 enthielten ungefähr 300 ppm Phosphor.
Die Prüfungsergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass alle der obigen aschefreien Phosphorquellen eine hervorragende Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung lieferten, mindestens vier (4) Mal besser als der Ausfallwert von 30 Stunden.
Beispiel 3 – Auswirkung des metallischen Detergens
Sechs (6) Gemische wurden für die Dauerhaftigkeitsbewertung der Vibrationsdämpfung nach dem vorhergehen Verfahren hergestellt und sind als Gemische 18 bis 23 in Tabelle 3 gezeigt. Die sechs Gemische enthielten verschiedene Typen und Konzentrationen metallischer Detergentien. Die Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen, dass im Vergleich zu Gemischen ohne metallisches Detergens (Gemisch 18) jene Gemische, die metallische Detergentien enthielten (Gemische 19 bis 23), sich erheblich besser verhielten. Alle sechs Gemische ergaben eine Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung, die erheblich besser als die Ausfallmarke von 30 Stunden war, und Gemische mit hohen Gehalten an metallischen Detergentien, z. B. Gemisch 21, ergaben außergewöhnlich starke Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung von 192 Stunden.
Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Arbeitsweisen der vorliegenden Erfindung sind in der genannten Beschreibung beschrieben worden. Die hier zu schützende Erfindung soll jedoch nicht als auf die speziellen offenbarten Formen beschränkt angesehen werden, da diese als illustrierend statt als einschränkend angesehen werden. Tabelle 1 Auswirkung des Reibungsmodifizierungsmittels
Tabelle 2 Auswirkung der Phosphorquelle
Tabelle 3 Auswirkung von metallischem Detergens

Claims

Kraftübertragungsflüssigkeit, enthaltend: (1) eine größere Menge Schmieröl, und (2) eine Additivkombination, enthaltend: (a) 0,5 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Kraftübertragungsflüssigkeit, eines Reaktionsprodukts von einem isomerisierten alkenylsubstituierten Bernsteinsäureanhydrid und einem Polyamin, gekennzeichnet durch Struktur (I), wobei Struktur (I)
ist, worin x und y unabhängig ganze Zahlen sind, deren Summe 1 bis 30 beträgt, und z eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist; (b) eine öllösliche phosphorhaltige Verbindung, die 10 bis 1000 ppm Phosphor zu der Flüssigkeit beiträgt; und (c) gegebenenfalls ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem metallischen Detergens, einem Polyolester-Reibungsmodifizierungsmittel und Mischungen derselben.
Flüssigkeit nach Anspruch 1, bei der das Schmieröl Mineralöl, Poly-α-olefin oder Mischungen derselben ist.
Flüssigkeit nach Anspruch 1 oder 2, bei der die phosphorhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phosphat, Thiophosphit, Phosphat, Thiophosphat, Zinkdithiophosphat, Aminphosphat, aminhaltigen Verbindungen, die mit anorganischem Phosphor oder deren Thioanaloga oder Bor behandelt worden sind, und Mischungen derselben.
Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Summe von x + y 13 oder 15 ist.
Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das metallische Detergens überalkalisiertes Calciumsulfonat ist.
Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Polyolester eine Mischung aus Glycerinmono- und -dioleaten ist.
Flüssigkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Flüssigkeit eine Automatikgetriebeflüssigkeit ist.
Additivkonzentrat, das eine größere Menge der Additivkombination gemäß Anspruch 1 zusammen mit anderen erwünschten Schmieröladditiven und einer geringen Menge Schmieröl enthält.
Verfahren zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung von einer Kraftübertragungsflüssigkeit, in dem in die Flüssigkeit eine die Dauerhaftigkeit der Vibrationsdämpfung verbessernde wirksame Menge des Additivkonzentrats gemäß Anspruch 8 eingebracht wird.
Verfahren zur Herstellung der Flüssigkeit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Additivkombination von 2(a) und 2(b) bei Temperaturen vorgemischt worden ist, die ausreichen, um eine homogene Zusammensetzung zu erzeugen.
Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die isomerisierte Alkenylgruppe zu ihrem gesättigten Alkylanalog hydriert ist.
Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 11, bei der das Reaktionsprodukt durch Borierung, Maleierung oder Säurebehandlung mit einer anorganischen Säure, die aus der aus Phosphorsäure, Phosphorigsäure und Schwefelsäure bestehenden Gruppe ausgewählt ist, nachbehandelt worden ist.
Kraftübertragungsflüssigkeit, enthaltend; (1) eine größere Menge eines Schmieröls, und (2) eine Additivkombination, enthaltend: (a) 0,5 bis 10 Gew.% eines Reaktionsprodukts von einem isomerisierten alkenylsubstituierten Bernsteinsäureanhydrid und einem Polyamin, gekennzeichnet durch Struktur (I), wobei Struktur (I)
ist, worin x und y unabhängig ganze Zahlen sind, deren Summe 1 bis 30 beträgt, und z eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist; (b) eine öllösliche phosphorhaltige Verbindung, die 10 bis 1000 ppm Phosphor zu der Flüssigkeit beiträgt; und (c) gegebenenfalls ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,01 bis 2,0 Gew.% eines metallischen Detergens, 0,01 bis 10,0 Gew.% eines Polyolester-Reibungsmodifizierungsmittels und Mischungen derselben.