DE102009004028A1

DE102009004028A1 - Achsantrieb-und Lastschaltwendegetriebeschmiermittel

Info

Publication number: DE102009004028A1
Application number: DE102009004028A
Authority: DE
Inventors: David B. Gray; Charles A. Passut; Lee D. Saathoff
Original assignee: Afton Chemical Corp
Current assignee: Afton Chemical Corp
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: DE102009004028B4

Abstract

Es wird eine Schmierzusammensetzung offenbart, umfassend ein Öl mit Schmierviskosität, formuliert mit einer Additivpackung, welche mindestens ein überbasisches Metalldetergenz, mindestens ein neutrales Metalldetergenz und mindestens ein Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis umfasst. Verfahren zur Verbesserung der Oxidationsleistung in einem TO-4-Fluid zur Verwendung in Schwerlastfahrzeugmaschinen werden auch offenbart.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der Priorität der U.S. Provisional Anmeldung Nr. 61/023,460, eingereicht am 25. Januar 2008, und der U.S. Nonprovisional Anmeldung Nr. 12/337,036, eingereicht am 17. Dezember 2008.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Schmierzusammensetzungen, Additivpackungen und Verfahren zum Schmieren sowohl eines Getriebes als auch eines Dieselmotors. Dieselmotorschmiermittel müssen eine Reihe von Tests bestehen. In ähnlicher Weise wird von Getriebeschmiermittel verlangt, eine andere Reihe von Tests zu bestehen. Überraschenderweise kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Erzeugung von Schmiermitteln für sowohl Motor- als auch Getriebeanwendungen verwendet werden.
HINTERGRUND
Moderne Schwerlastfahrzeugmaschinen, zum Beispiel Erdbaumaschinen, werden kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht, um den ständig steigenden Verbraucheranforderungen zu begegnen. Wesentliche Verbesserungen bei Getrieben und Achsantrieben bei Schwerlastfahrzeugmaschinen haben die Ausrüstungshaltbarkeit und -produktivität verbessert, und neue und diverse Reibungsmaterialien werden ständig entwickelt, um die Leistung weiter zu steigern. Das Bereitstellen der korrekten Schmiermittel, um diese neuen Designs zu unterstützen, spielt eine wesentliche Rolle beim Erreichen von maximaler Lebensdauer und Leistung für das Fahrzeug.
In den frühen Neunzehnhundertneunziger Jahren führte Caterpillar Corporation einen neuen Satz von Getriebe- und Antriebsstrangfluidanforderungen ein, welche als „Caterpillar TO-4" bezeichnet wurden, deren Spezifikation vom 23. Juni 2005 hier durch Bezugnahme aufgenommen wird, zur Verwendung in Schwerlastfahrzeugmaschinen von Caterpillar. Alle TO-4-Öle müssen eine Anzahl von Fluideigenschaften erfüllen, einschließlich bestimmte Verschleiß-, Viskosimetrie- und Reibungsbedingungen, wie in der TO-4-Spezifikation dargelegt. Viele der Additive, welche in den Achsantrieb- und Lastschaltwendegetriebe (FDPT)-Schmiermitteln verwendet werden, sind multifunktionell, und es besteht oft ein Konflikt, der zwischen Eigenschaften erzeugt wird. Diese Konflikte bedeuten zwangsläufig, dass die Additive sorgfältig ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden müssen. Demgemäß hat es sich für mit Additiven befasste Firmen als schwierig herausgestellt, die TO-4-Anforderungen zu erfüllen, umso weniger, sich auf irgendeinem der Leistungslevels signifikant zu verbessern. Überraschenderweise sind die Fluide der vorliegenden Erfindung in der Lage, die TO-4-Spezifikation zu erfüllen und in der FZG-Fressverschleißeinstufung eine wesentliche Verbesserung zu erzielen. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung in der Lage, diese Verbesserung mit einer Additivpackung zur niedrigen Dosierung zu erreichen, was Additiv-Transportkosten verringert, Anlagendurchsatz verbessert und einen ökonomischen Nutzen für Hersteller von Schmiermittelmischungen bietet, bezüglich niedrigerer Nettokosten des Additivversatzes.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß der Offenbarung betrifft die vorliegende Erfindung CAT TO-4-konforme Fluidzusammensetzungen, umfassend eine Ölgrundlage, mindestens ein Metallphenolat, mindestens ein Metalldialkylnaphthalinsulfonat und mindestens ein Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte TO-4-Fluidzusammensetzung ein, wobei das mindestens eine Metallphenolat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumphenolat, Magnesiumphenolat, Zinkphenolat und Gemischen davon besteht. In anderen Ausführungsformen ist das Metallphenolat Calciumphenolat.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte TO-4-Fluidzusammensetzung ein, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumdialkylnaphthalinsulfonat, Magnesiumdialkylnaphthalinsulfonat, Zinkdialkylnaphthalinsulfonat und Gemischen davon besteht. In anderen Ausführungsformen umfasst das Metalldialkylnaphthalinsulfonat ein Zinkdinonylnaphthalinsulfonat.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen TO-4-Fluidzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ein, wobei das mindestens eine Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis mindestens eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung umfasst. In anderen Ausführungsformen umfasst die mindestens eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung mindestens eine Zinkdihydrocarbyldithiophosphatverbindung.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen TO-4-Fluide der vorliegenden Erfindung ein, wobei die Zusammensetzung etwa 200 bis etwa 800 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält. Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen TO-4-Fluide ein, wobei die Zusammensetzung etwa 200 bis 400 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen irgendeine der vorstehend erwähnten Schmiermittelzusammensetzungen ein, wobei die Schmierzusammensetzung TO-4-konform mit einer FZG-Fresstragstufeneinstufung (FZG suffing load stage score) von 12 ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Additivpackung offenbart, welche mindestens ein Metallphenolat, mindestens ein Metalldialkylnaphthalinsulfonat und mindestens ein Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis umfasst.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei das mindestens eine Metallphenolat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumphenolat, Magnesiumphenolat, Zinkphenolat und Gemischen davon besteht.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei das Metallphenolat Calciumphenolat ist.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumdialkylnaphthalinsulfonat, Magnesiumdialkylnaphthalinsulfonat, Zinkdialkylnaphthalinsulfonat und Gemischen davon besteht.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat ein Zinkdinonylnaphthalinsulfonat umfasst.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei das mindestens eine Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis mindestens eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung umfasst. In einer anderen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung mindestens eine Zinkdihydrocarbyldithiophosphatverbindung.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei die Additivpackung etwa 200 bis etwa 800 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen die vorstehend erwähnte Additivpackung ein, wobei die Additivpackung etwa 200 bis 400 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung schließt ein Verfahren zum Verbessern des FZG-Fressverschleißschutzes eines Fahrzeugmotors oder -getriebes ein, umfassend die Schritte (1) Hinzufügen einer der vorstehend vorgeschlagenen Fluidzusammensetzungen zu einem Fahrzeugmotor oder Getriebe; und (2) Betreiben des Fahrzeugs.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung schließt ein Verfahren zum Schmieren eines Maschinenteils ein, umfassend das Schmieren des Maschinenteils mit einer der vorstehend erwähnten Schmiermittelzusammensetzungen. Der Maschinenteil kann ein Zahnrad oder Getriebe (engl. gear), eine Achse, ein Differentialgetriebe, einen Motor, eine Kurbelwelle, ein Transmissions-Getriebe oder eine Kupplung umfassen, wobei das Transmissions-Getriebe aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem Automatikgetriebe, einem Schaltgetriebe, einem automatisierten Schaltgetriebe, einem halbautomatischen Getriebe, einem Doppelkupplungsgetriebe, einem stufenlosen Getriebe und einem Toroidgetriebe besteht. In einigen Ausführungsformen umfasst das Transmissions-Getriebe eine kontinuierliche Drehmomentwandler-Gleitkupplung, einen Gleitdrehmomentwandler, einen Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückung, eine Anfahrkupplung, eine oder mehrere Schaltkupplungen oder eine elektronisch gesteuerte Wandlerkupplung. In anderen Ausführungsformen ist das Zahnrad oder -Getriebe (engl. gear) aus der Gruppe ausgewählt, welche aus einem Kraftfahrzeug-Zahnrad oder -Getriebe (engl. gear), einem stationären Getriebegehäuse und einer Achse besteht. In anderen Ausführungsformen ist das Zahnrad aus der Gruppe ausgewählt, welche aus einer Hypoidverzahnung, einer Geradverzahnung, einer Schrägverzahnung, einer Kegelverzahnung, einer Schneckenverzahnung, einer Zahnstangenverzahnung, einem Planetengetriebe und einer Evolventenverzahnung besteht. In anderen Ausführungsformen ist das Differentialgetriebe aus der Gruppe ausgewählt, welche aus einem Stirnrad-Differential, einem Drehdifferential, einem Selbstsperrdifferential, einem Selbstsperrdifferential vom Kupplungstyp und einem Sperrdifferential besteht. In anderen Ausführungsformen ist der Motor aus der Gruppe ausgewählt, welche aus einem internen Verbrennungsmotor, einem Dieselmotor, einem Wankelmotor, einem Gasturbinenmotor, einem Viertaktmotor und einem Zweitaktmotor besteht. In anderen Ausführungsformen umfasst der Motor einen Kolben, ein Lager, eine Kurbelwelle und/oder eine Nockenwelle.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung schließt ein Verfahren zum Testen der Schmiermitteleigenschaften einer Zusammensetzung unter Verwendung eines Testgeräts ein, umfassend das Schmieren des Testgeräts mit einer der vorstehend offenbarten Schmiermittelzusammensetzungen, wobei das Testgerät aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus: einem Brookfield-Viskosimeter, jedwedem Vickers-Testgerät, einer SAE Nr. 2-Reibungstest-Maschine, einem mit einem Elektromotor angetriebenen Hydra-Matic 4L60-E-Automatiktransmissions-Getriebe, ASTM D471- oder D676-Elastomerkompatibilitätstest-Ausrüstung, NOACK-Flüchtigkeitsverfahren-Maschine, jedwedem Testgerät, welches für ASTM D2882-, D5182-, D4172-, D3233- und D2782-Verschleißverfahren notwendig ist, ASTM-Schaumbildungsverfahren-Gerät, Testgerät, welches für den ASTM D130-Kupferkorrosionstest notwendig ist, Testausrüstung, welche spezifiziert ist durch den International Harvester Procedure Method BT-9-Rostkontrolltest, Testgerät, welche für den ASTM D892-Schaumbildungstest erforderlich ist, Testgerät, welches für den ASTM D4998-Zahnrad- oder Getriebe(engl. gear)antiverschleißleistungstest erforderlich ist, Link M1158-Öl/Reibung-Maschine, L-33-1-Testgerät, L-37-Testgerät, L-42-Testgerät, L-60-1-Testgerät, mit einem Elektromotor angetriebener Strama 4-Square-Verfahren-Maschine, FZG-Testgerät und -Teilen, SSP-180-Verfahren-Maschine, Testgerät für ASTM D5579-Hochtemperaturzyklus-Haltbarkeitsverfahren, Sauer-Danfoss Reihe 22- oder Reihe 90-Axialkolbenpumpe, John Deere Synchro-Plus-Transmissions-Getriebe, einem SRV-Reibungsverschleiß-Testgerät, einem 4-Kugel-Testgerät, einem LFW-1-Testgerät, einem Freilaufkupplung-Durchdrehverschleißtest-(SCOWT)-Gerät, API CJ-4-Motortests, CF- und CF-2-Motortests, L-33-Feuchtigkeitskorrosionstest, zyklischen Hochtemperatur-Haltbarkeitstest (ASTM D5579), 288-Stunden-VE-Motorölleistungstest, L-38-Standardschmiermitteltest, Denison P46-Kolbenpumpenprüfstand, Sundstrand-Prüfstand für dynamische Korrosion, einem Block-auf-Ring-Testgerät und jedwedem Testgerät, welches erforderlich ist zum Durchführen einer Testanalyse unter Mercon^®, Mercon V, Dexron^® III, Dexron^® III-H, Caterpillar^® TO-4, Allison^® C-4, JASO, GF-4, GF-5, MIL-E, MIL-L und Sequenzen II bis VIII.
Andere Ausführungsformen der Erfindung schließen Schmierzusammensetzungen ein, welche eine Ölgrundlage, mindestens ein Calciumphenolat, mindestens ein Zinkdinonylnaphthalinsulfonat, mindestens ein Zinkdihydrocarbyldithiophosphat umfassen, wobei das Fluid TO-4-konform mit einer FZG-Fresstragstufeneinstufung von 12 ist.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Offenbarung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und/oder können durch die Praxis der Offenbarung erkannt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Offenbarung werden durch die Elemente und Kombinationen verwirklicht und erzielt, welche insbesondere in den angefügten Patentansprüchen beschrieben sind.
Es gilt als selbstverständlich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und nur zur Erklärung dienen und die Offenbarung, wie beansprucht, nicht einschränken.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie hier verwendet, wird der Ausdruck „Hydrocarbylsubstituent" oder „Hydrocarbylrest" in seinem gewöhnlichen Sinn verwendet, welcher dem Fachmann bekannt ist. Speziell betrifft er eine Gruppe mit einem direkt an den Rest eines Moleküls gebundenen Kohlenstoffatom und mit einem überwiegenden Kohlenwasserstoffcharakter. Beispiele von Hydrocarbylresten schließen ein:

(1) Kohlenwasserstoffsubstituenten, das heißt aliphatische (z. B. Alkyl oder Alkenyl), alicyclische (z. B. Cycloalkyl, Cycloalkenyl) Substituenten und aromatisch, aliphatisch und alicyclisch substituierte aromatische Substituenten sowie cyclische Substituenten, wobei der Ring durch einen anderen Teil des Moleküls vervollständigt wird (z. B. zwei Substituenten bilden zusammen einen alicyclischen Rest);
(2) substituierte Kohlenwasserstoffsubstituenten, das heißt Substituenten, welche Nicht-Kohlenwasserstoffreste enthalten, welche im Kontext dieser Erfindung nicht den überwiegenden Kohlenwasserstoffsubstituenten verändern (z. B. Halogen (insbesondere Chlor und Fluor), Hydroxy, Alkoxy, Mercapto, Alkylmercapto, Nitro, Nitroso und Sulfoxy);
(3) Heterosubstituenten, das heißt Substituenten, welche, während sie einen überwiegenden Kohlenwasserstoffcharakter aufweisen, im Kontext dieser Erfindung anderes als Kohlenstoff in einem Ring oder einer Kette, welche ansonsten aus Kohlenstoffatomen zusammengesetzt sind, enthalten. Heteroatome schließen Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff ein und es werden Substituenten wie Pyridyl, Furyl, Thienyl und Imidazolyl umfasst. Im allgemeinen werden nicht mehr als zwei, zum Beispiel nicht mehr als ein Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituent pro jeweils zehn Kohlenstoffatomen in dem Hydrocarbylrest vorhanden sein; wobei typischerweise keine Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituenten in dem Hydrocarbylrest vorhanden sein werden.

Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „Gewichtsprozent", wenn nicht eindeutig Anderweitiges angegeben ist, dass der Prozentsatz der aufgeführten Komponente auf das Gewicht der Gesamtzusammensetzung bezogen ist.
Die Ausdrücke „öllöslich" oder „dispergierbar", welche hier verwendet werden, zeigen nicht notwendigerweise an, dass die Verbindungen oder Additive löslich, auflösbar, mischbar oder in der Lage sind, in dem Öl in allen Anteilen suspendiert zu werden. Sie bedeuten jedoch, dass sie zum Beispiel in Öl in einem solchen Ausmaß löslich oder stabil dispergierbar sind, ausreichend ihre beabsichtigte Wirkung in der Umgebung auszuüben, in welcher das Öl verwendet wird. Darüber hinaus kann falls gewünscht, die zusätzliche Einbringung von anderen Additiven auch die Einbringung von höheren Levels eines besonderen Additivs ermöglichen.
Wie hier verwendet, zeigt der Ausdruck „CAT TO-4-konform" an, dass ein Fluid in der Lage ist, alle der Spezifikationsanforderungen der Caterpillar Inc. TO-4-Transmission-And-Drivetrain-Fluid-Requirements-Spezifikation vom 23. Juni 2005 zu erfüllen.
Schmiermitteladditive, welche zur Formulierung von Traktorenölen verwendet werden
Öl mit Schmierviskosität
Öle mit Schmierviskosität (d. h. Ölgrundlagen), welche zur Verwendung bei der Formulierung von Ausführungsformen hier geeignet sind, können aus jedweden der synthetischen Öle, Mineralöle oder Gemische davon ausgewählt sein. In einem Aspekt kann die Zusammensetzung eine Kombination eines Pflanzenöls und eines synthetischen Öls umfassen, wie in U.S. Patentanmeldung Nr. 2005/0059562, veröffentlicht am 17. März 2005, offenbart. Mineralöle schließen Tieröle und Pflanzenöle (z. B. Castoröl, Lardöl) sowie andere Mineralschmieröle wie Leichtöle auf Erdölbasis und lösungsmittelbehandelte oder säurebehandelte Mineralschmieröle der Paraffin-, Naphthen- oder Paraffin-Naphthen-Gemisch-Typen ein. Von Kohle oder Schiefer abgeleitete Öle sind auch geeignet. Ferner sind Öle geeignet, welche von einem Gas-Flüssigkeit-Verfahren abgeleitet sind.
Folglich kann die verwendete Ölgrundlage, welche zur Herstellung der Zusammensetzungen wie hier beschrieben verwendet werden kann, aus jedweden der Ölgrundlagen in den Gruppen I bis V wie in den American Petroleum Institute (API) Base Oil Interchangeability-Richtlinien spezifiziert ausgewählt werden.
Metalldetergenz
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können zwei Metalldetergenzien umfassen. Detergenzien umfassen im allgemeinen einen polaren Kopf mit einem langen hydrophoben Schwanz, wobei der polare Kopf ein Metallsalz einer sauren organischen Verbindung umfasst. Die Salze können eine im wesentlichen stöchiometrische Menge des Metalls enthalten, wobei sie in diesem Fall normalerweise als normale oder neutrale Salze beschrieben werden, und werden typischerweise eine Maßzahl für den Alkaligehalt oder TBN (gemessen nach ASTM D2896) von etwa 0 bis niedriger als etwa 150 aufweisen. Große Mengen einer Metallbase können durch Umsetzen eines Überschusses einer Metallverbindung wie eines Oxids oder Hydroxids mit einem sauren Gas wie Kohlendioxid aufgenommen werden. Das resultierende überbasische Detergenz umfasst Mizellen von neutralisiertem Detergenz, welche einen Kern von anorganischer Metallbase umgeben (z. B. hydratisierte Carbonate). Solche überbasischen Detergenzien können eine TBN von etwa 150 oder höher, wie etwa 150 bis etwa 450 oder höher aufweisen.
Detergenzien, welche in den vorliegenden Ausführungsformen verwendet werden können, schließen öllösliche neutrale und überbasische Sulfonate, Phenolate, sulfurierte Phenolate und Salicylate eines Metalls, insbesondere von Metallen wie z. B. Natrium, Kalium, Lithium, Calcium, Magnesium und Zink ein.
Zinksulfonate, welche zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen aromatische Zinkdihydrocarbylsulfonate wie Zinkdialkylnaphthalinsulfonat ein. Das Zinkdialkylnaphthalinsulfonat weist eine Sulfonatgruppe, gebunden an einen Ring des Naphthalinkerns, und einen Alkylrest, gebunden an jeden Ring, auf. Jeder Alkylrest kann unabhängig etwa sechs bis etwa zwölf Kohlenstoffatome enthalten, wobei es aber bevorzugt ist, dass sie etwa acht bis zwölf Kohlenstoffatome enthalten. Der Dialkylnaphthalinsulfonatrest ist an das Zink durch die Sulfonatgruppe gebunden. Ein besonders bevorzugtes Zinkdialkylnaphthalinsulfonat ist Zinkdinonylnaphthalinsulfonat, welches kommerziell als NA-SUL^® ZS von King Industries, Inc. erhältlich ist, oder alternativ Mischungen von Zinksulfonaten und Zinkcarboxylaten in einem Verhältnis von Zinksulfonat zu Zinkcarboxylat von etwa 1:3 bis etwa 3:1 Gewichtsteile. Solche Mischungen sind kommerziell von King Industries, Inc. unter dem Handelsnamen NA-SUL^® ZS-HT erhältlich.
Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphor-Basis
Das Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis kann eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung umfassen, wie beispielsweise, aber nicht eingeschränkt auf eine Zinkdihydrocarbyldithiophosphat-Verbindung. Geeignete Metalldihydrocarbyldithiophosphate können Dihydrocarbyldithiophosphatmetallsalze umfassen, wobei das Metall ein Alkali- oder Erdalkalimetall oder Aluminium, Blei, Zinn, Molybdän, Mangan, Nickel, Kupfer oder Zink sein kann. Die Zinksalze werden für gewöhnlich in Schmieröl verwendet.
Dihydrocarbyldithiophosphatmetallsalze können nach bekannten Techniken durch zuerst Bilden einer Dihydrocarbyldithiophosphorsäure (DDPA), normalerweise durch Umsetzen eines oder mehrerer Alkohole oder eines Phenols mit P₂S₅, und dann Neutralisieren der gebildeten DDPA mit einer Metallverbindung hergestellt werden. Zum Beispiel kann eine Dithiophosphorsäure durch Umsetzen von Gemischen von primären und sekundären Alkoholen hergestellt werden. Alternativ können multiple Dithiophosphorsäuren hergestellt werden, wobei die Hydrocarbylreste an einem von vollständig sekundärem Charakter sind und die Hydrocarbylreste an den anderen von vollständig primärem Charakter sind. Zur Herstellung des Metallsalzes kann jede basische oder neutrale Metallverbindung verwendet werden, aber die Oxide, Hydroxide und Carbonate werden am allgemeinsten verwendet. Kommerzielle Additive enthalten häufig aufgrund der Verwendung eines Überschusses der basischen Metallverbindung in der Neutralisationsreaktion einen Überschuss an Metall.
Die Zinkdihydrocarbyldithiophosphate (ZDDP) sind öllösliche Salze von Dihydrocarbyldithiophosphorsäuren und können durch die folgende Formel dargestellt werden:
wobei R und R' gleiche oder unterschiedliche Hydrocarbylreste sein können, die 1 bis 18, zum Beispiel 2 bis 12, Kohlenstoffatome enthalten und Reste wie Alkyl, Alkenyl, Aryl, Arylalkyl, Alkaryl und cycloaliphatische Reste einschließen. Reste R und R' können Alkylreste mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen sein. So können die Reste zum Beispiel Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, sec-Butyl, Amyl, n-Hexyl, i-Hexyl, n-Octyl, Decyl, Dodecyl, Octadecyl, 2-Ethylhexyl, Phenyl, Butylphenyl, Cyclohexyl, Methylcyclopentyl, Propenyl, Butenyl sein. Um Öllöslichkeit zu erhalten, wird die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome (d. h. R und R') in der Dithiophosphorsäure im allgemeinen etwa 5 oder höher sein. Das Zinkdihydrocarbyldithiophosphat kann deshalb Zinkdialkyldithiophosphate umfassen.
Andere geeignete Komponenten, welche als das Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis verwendet werden können, schließen jede geeignete phosphororganische Verbindung ein wie beispielsweise aber nicht beschränkt auf Phosphate, Thiophosphate, Phosphite und Salze davon und Phosphonate. Geeignete Beispiele sind Tricresylphosphat (TCP), Dialkylphosphit (wie Dibutylhydrogenphosphit) und Amylsäurephosphat.
Zusätzliche Komponenten
Zusätzlich zu den anderen hier beschriebenen Komponenten kann eine Additivpackung zum Beispiel eines oder mehrere umfassen von: aschefreies Dispergiermittel, Rostinhibitor, Antischaummittel, Antioxidationsmittel und Verdünnungsmittelöl. Weitere optionale Komponenten können Viskositätsmodifizierungsmittel, Kupfer- und Blei beinhaltende Korrosionsinhibitoren, Demulgiermittel und Fließpunktemiedrigungsmittel.
BEISPIELE
Diese Erfindung wird detaillierter durch erfindungsgemäße und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die Erfindung soll durch diese Beispiele nicht eingeschränkt werden; vielmehr werden sie dazu dienen, die Nützlichkeit der Erfindung zu zeigen. Der Test, welcher zur Unterscheidung der erfindungsgemäßen FDPT-Schmiermittelzusammensetzungen von kommerziell erhältlichen TO-4-Schmiermitteln verwendet wurde, ist das FZG-Fressverschleiß-Testverfahren, ein Verschleißtest, welcher nachstehend eingehender beschreiben wird.
FZG-Fressverschleiß
Das FZG-Fressverschleiß-Testverfahren wird zur Bewertung der Fresstragfähigkeit von CAT TO-4-Fluiden verwendet. Das Testverfahren ist ASTM D5182, welches hier durch Bezugnahme aufgenommen wird, welches ein Standardverfahren ist, das verwendet wird, um die Fresstragfähigkeit von Fluiden zu bewerten. Das Testverfahren bewertet Zahnradzahnflächen-Fressverschleißbeständigkeit von Fluiden unter Verwendung von „A"-Profil-Zahnrädern. Die Anlage wird bei 1450 UpM durch bis zu 12 progressive Tragstufen in 15-Minuten-Interallen betrieben. Standardtests lässt man bei einer Fluidtemperatur von 90°C laufen. Das Testverfahren beginnt mit einer vergleichsweise kleinen Vorlast der Maschenzahnräder und nach einer Testdauer von 15 Minuten werden die Zahnradzähne auf Fressverschleiß untersucht. Wenn bestimmt wird, dass die Zahnradzähne einen zuvor festgelegten Umfang von Fressverschleiß aufweisen, wird der Test als ein Fehlschlag bei dieser Tragstufe betrachtet, und der Test wird an diesem Punkt abgebrochen. Wenn die Zahnradzähne nicht das zuvor festgelegte Ausmaß an Fressverschleiß aufweisen, wird eine zusätzliche Last auf die Maschenzahnradzähne gegeben, und man lässt den Test weitere 15 Minuten laufen. Diese Arbeitsweise wird fortgesetzt, bis bestimmt wird, dass einer der Zahnradzähne bei einer besonderen Tragstufe versagt hat, oder Tragstufe 12 ohne Fehlschlag erreicht ist. Es gibt keine Tragstufen über Tragstufe 12, deshalb wird der Test nach Tragstufe 12 abgebrochen, wenn man annimmt, dass ein Fluid eine akzeptable Leistung aufweist. Zusätzlich zu einer visuellen Bewertung des Zahnradzahnzustandes wird der Zahnradgewichtsverlust gemessen.
Damit ein Fluid die Anforderungen von CAT TO-4 erfüllt, muss die Leistung im ASTM D5182 FZG-Fressverschleiß-Test das Minimum, welches für Leistungsstandards erforderlich ist, wie folgt erfüllen:

SAE-Viskositätsbereich Minimum von absolvierten Tragstufen

10W 8

30W 8

40W 10

50W 10
Erfindungsgemäße und Vergleichsbeispiele:
Erfindungsgemäßes FDPT-Fluid
2,7 Gew.-% eines überbasischen Metallphenolats und 0,3 Gew.-% eines Metalldialkylnaphthalinsulfonats werden mit 1,55 Gew.-% einer Kernpackung, welche einen Rostinhibitor, ein Fließpunkterniedrigungsmittel, ein Antioxidationsmittel und Prozessöl enthält, kombiniert. Diese Mischung wird bei oder unter 85°C gehalten und eine phosphorhaltige Antiverschleißverbindung, 1,1 Gew.-%, wird zugegeben, gefolgt von 0,75 Gew.-% eines aschefreien Dispergiermittels. Die Additivmischung wird ungefähr zwei Stunden lang gemischt, gefolgt von der Zugabe einer Ölgrundlage, um eine Gesamtadditivdosierung (engl. treat rate) von 6,4 Gew.-% zu ergeben.
Vergleichs-FDPT-Fluid 1
2,7 Gew.-% eines überbasischen Metallphenolats und 0,3 Gew.-% eines überbasischen Metallsulfonats werden mit 1,55 Gew.-% einer Kernpackung, welche einen Rostinhibitor, ein Fließpunkterniedrigungsmittel, ein Antioxidationsmittel und Prozessöl enthält, kombiniert. Diese Mischung wird bei oder unter 85°C gehalten und eine phosphorhaltige Antiverschleißverbindung, 1,1 Gew.-%, wird zugegeben, gefolgt von 0,75 Gew.-% eines aschefreien Dispergiermittels. Die Additivmischung wird ungefähr zwei Stunden lang gemischt, gefolgt von der Zugabe einer Ölgrundlage, um eine Gesamtadditivdosierung (engl. treat rate) von 6,4 Gew.-% zu ergeben.
Vergleichs-FDPT-Fluid 2

Das Vergleichs-FDPT-Fluid 2 wurde durch Kaufen eines kommerziell erhältlichen CAT TO-4-konformen Fluids erhalten.

TABELLE 1	Erfindungsgemäßes FDPT	Vergleichs-FDPT 1 (Afton-Fluid ohne Sulfonat)	Vergleichs-FDPT 2 (kommerzielles Fluid)
Überbasisches Metallsulfonat	0,0	0,3	N/A
Überbasisches Metallphenolat	2,7	2,7	N/A
Metalldialkylnaphthalinsulfonat	0,3	0,0	N/A
ZDDP	1,1	1,1	N/A
Kernpackung	1,55	1,55	N/A
Behandlungsrate	6,4	6,4	N/A
Ölgrundlagen-Mischung	Rest	Rest	N/A
FDPT-Tests
CAT TO-4-konform	Y	N	Y
FZG-Fresstragstufe	12	12	8

Erklärung der Testergebnisse von erfindungsgemäßen und Vergleichsbeispielen
Die vorliegende Erfindung ist eine einzigartige Kombination von Additiven zur Verwendung als ein Hochleistungsgetriebeöl. Diese Kombination stellt hohe Reibungskoeffizienten, ausgezeichnete Oxidationsstabilität, Korrosionsschutz und ein hohes Maß an Antiverschleißleistung bereit. Wie in vorsehender Tabelle 1 gezeigt, ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung CAT TO-4-konform, während sie auch eine außergewöhnliche FZG-Fressverschleißeinstufung von 12 bereitstellt. Vergleichs-FDPT 1-Fluid ist nicht CAT TO-4-konform, da es nicht in der Lage ist, ein passendes Maß an Haft- und Gleitreibung bereitzustellen, wie für CAT TO-4 erforderlich. Ohne an eine spezielle Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Abwesenheit von Zinksulfonat dazu führt, dass das FDPT 1-Fluid ungenügend in der notwendigen Reibungsleistung ist, um die CAT TO-4-Spezifikation zu erfüllen. Das Vergleichs-FDPT 2-Fluid ist ein kommerziell erhältliches CAT TO-4-Fluid. Obwohl das FDPT 2-Fluid CAT TO-4-konform ist, weist es im wesentlichen eine schlechtere Leistung als das erfindungsgemäße Fluid bezogen auf die Verschleiß- und Korrosions-/Oxidations-Leistung auf, wie durch die niedrigere FZG-Fresstragstufeneinstufung von 8 gezeigt.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann unter Berücksichtigung der hier offenbarten Beschreibung und Praxis der Erfindung offensichtlich sein. Wie überall in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet, können „ein" und/oder „einer" und/oder „eines" eins oder mehr als eins betreffen. Wenn nicht Anderweitiges angegeben ist, sollen alle in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendeten Zahlen, welche Mengen von Bestandteilen, Eigenschaften wie Molekulargewicht, Prozent, Gewichtsprozent, Verhältnis, Reaktionsbedingungen und so weiter ausdrücken, als in allen Fällen durch den Ausdruck „etwa" modifiziert angesehen werden. Demgemäß sind die numerischen Parameter, welche in der Beschreibung und den Patentansprüchen dargelegt sind, Näherungen, welche abhängig von den gewünschten Eigenschaften, welche versucht werden durch die vorliegende Erfindung zu erhalten, variieren können, wenn nicht Gegenteiliges angegeben ist. Schließlich und nicht als ein Versuch, die Anmeldung durch die Äquivalenzlehre auf den Umfang der Patentansprüche einzuschränken, sollte jeder numerische Parameter mindestens unter Berücksichtigung der Anzahl der angegebenen signifikanten Stellen und durch Verwenden von einfachen Rundungstechniken ausgelegt werden. Obwohl die numerischen Bereiche und Parameter, welche den breiten Umfang der Erfindung darlegen, Näherungen sind, sind die numerischen Werte, welche in den speziellen Beispielen dargelegt sind, so genau wie möglich angegeben. Jeder numerische Wert enthält jedoch inhärent bestimmte Fehler, welche notwendigerweise aus der Standardabweichung, die in ihren jeweiligen Testmessungen gefunden wird, resultieren. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Patentansprüche gezeigt wird.

Claims

Schmierzusammensetzung, umfassend: a) eine Ölgrundlage; b) mindestens ein Metallphenolat; c) mindestens ein Metalldialkylnaphthalinsulfonat; und d) mindestens ein Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das mindestens eine Metallphenolat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumphenolat, Magnesiumphenolat, Zinkphenolat und Gemischen davon besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Metallphenolat Calciumphenolat ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumdialkylnaphthalinsulfonat, Magnesiumdialkylnaphthalinsulfonat, Zinkdialkylnaphthalinsulfonat und Gemischen davon besteht.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat ein Zinkdinonylnaphthalinsulfonat umfasst.
Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mindestens eine Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis mindestens eine Metalldihydrocarbylthiophosphatverbindung umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 6, wobei die mindestens eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung mindestens eine Zinkdihydrocarbyldithiophosphatverbindung umfasst.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei die Zusammensetzung etwa 200 bis etwa 800 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, wobei die Zusammensetzung etwa 200 bis 400 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Additivpackung, umfassend: a) mindestens ein Metallphenolat; b) mindestens ein Metalldialkylnaphthalinsulfonat; und c) mindestens ein Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis.
Additivpackung gemäß Anspruch 10, wobei das mindestens eine Metallphenolat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumphenolat, Magnesiumphenolat, Zinkphenolat und Gemischen davon besteht.
Additivpackung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Metallphenolat Calciumphenolat ist.
Additivpackung nach Anspruch 12, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Calciumdialkylnaphthalinsulfonat, Magnesiumdialkylnaphthalinsulfonat, Zinkdialkylnaphthalinsulfonat und Gemischen davon besteht.
Additivpackung nach Anspruch 13, wobei das Metalldialkylnaphthalinsulfonat ein Zinkdinonylnaphthalinsulfonat umfasst.
Additivpackung gemäß Anspruch 14, wobei das mindestens eine Verschleißverhinderungsmittel auf Phosphorbasis mindestens eine Metalldihydrocarbylthiophosphatverbindung umfasst.
Additivpackung gemäß Anspruch 15, wobei die mindestens eine Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung mindestens eine Zinkdihydrocarbyldithiophosphatverbindung umfasst.
Additivpackung gemäß Anspruch 16, wobei die Zusammensetzung etwa 200 bis etwa 800 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Additivpackung gemäß Anspruch 17, wobei die Zusammensetzung etwa 200 bis 400 ppm Phosphor von der Metalldihydrocarbyldithiophosphatverbindung enthält.
Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schmierzusammensetzung TO-4-konform mit einer FZG-Fresstragstufeneinstufung von 12 ist.
Verfahren zum Verbesserung des FZG-Fressverschleißschutzes eines Fahrzeugmotors oder -getriebes, umfassend die Schritte: (1) Geben einer Schmierölzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in den bzw. das Fahrzeugmotor oder -getriebe; und (2) Betreiben des Fahrzeugs.
Verfahren zum Schmieren eines Maschinenteils, umfassend das Schmieren des Maschinenteils mit einer Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Maschinenteil ein Zahnrad oder Getriebe (engl. gear), eine Achse, ein Differentialgetriebe, einen Motor, eine Kurbelwelle, ein Transmissions-Getriebe oder eine Kupplung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Transmissions-Getriebe aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem Automatikgetriebe, einem Schaltgetriebe, einem automatisierten Schaltgetriebe, einem halbautomatischen Getriebe, einem Doppelkupplungsgetriebe, einem stufenlosen Getriebe und einem Toroidgetriebe besteht.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Getriebe eine kontinuierliche Drehmomentwandler-Gleitkupplung, einen Gleitdrehmomentwandler, einen Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückung, eine Anfahrkupplung, eine oder mehr Schaltkupplungen oder eine elektronisch gesteuerte Wandlerkupplung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Zahnrad oder das Getriebe (engl. gear) aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem Kraftfahrzeug-Zahnrad oder -Getriebe (engl. gear), einem stationären Getriebegehäuse und einer Achse besteht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Zahnrad oder das Getriebe (engl. gear) aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einer Hypoidverzahnung, einer Geradverzahnung, einer Schrägverzahnung, einer Kegelverzahnung, einer Schneckenverzahnung, einer Zahnstangenverzahnung, einem Planetengetriebe und einer Evolventenverzahnung besteht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Differentialgetriebe aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem Stirnrad-Differential, einem Drehdifferential, einem Selbstsperrdifferential, einem Selbstsperrdifferential vom Kupplungstyp und einem Sperrdifferential besteht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Motor aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus einem internen Verbrennungsmotor, einem Dieselmotor, einem Wankelmotor, einem Gasturbinenmotor, einem Viertaktmotor und einem Zweitaktmotor besteht.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 28, wobei der Motor einen Kolben, ein Lager, eine Kurbelwelle und/oder eine Nockenwelle umfasst.
Verfahren zum Testen der Schmiermitteleigenschaften einer Zusammensetzung unter Verwendung eines Testgeräts, umfassend das Schmieren des Testgeräts mit einer Schmiermittelzusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert, wobei das Testgerät aus der Gruppe ausgewählt ist, welche besteht aus: einem Brookfield-Viskosimeter, jedwedem Vickers-Testgerät, einer SAE Nr. 2-Reibungstest-Maschine, einem mit einem Elektromotor angetriebenen Hydra-Matic 4L60-E-Automatikgetriebe, ASTM D471- oder D676-Elastomerkompatibilitätstest-Ausrüstung, NOACK-Flüchtigkeitsverfahren-Maschine, jedwedem Testgerät, welches für ASTM D2882-, D5182-, D4172-, D3233- und D2782-Verschleißverfahren notwendig ist, ASTM-Schaumbildungsverfahren-Gerät, Testgerät, welches für den ASTM D130-Kupferkorrosionstest notwendig ist, Testausrüstung, welche spezifiziert ist durch den International Harvester Procedure Method BT-9-Rostkontrolltest, Testgerät, welche für den ASTM D892-Schaumbildungstest erforderlich ist, Testgerät, welches für den ASTM D4998-Zahnradantiverschleißleistungstest erforderlich ist, Link M1158-Öl/Reibung-Maschine, L-33-1-Testgerät, L-37-Testgerät, L-42-Testgerät, L-60-1-Testgerät, mit einem Elektromotor angetriebener Strama 4-Square-Verfahren-Maschine, FZG-Testgerät und -teilen, SSP-180-Verfahren-Maschine, Testgerät für ASTM D5579-Hochtemperaturzyklus-Haltbarkeitsverfahren, Sauer-Danfoss Reihe 22- oder Reihe 90-Axialkolbenpumpe, John Deere Synchro-Plus-Getriebe, einem SRV-Reibungsverschleiß-Testgerät, einem 4-Kugel-Test-Gerät, einem LFW-1-Testgerät, einem Freilaufkupplung-Durchdrehverschleißtest(SCOWT)-Gerät, API CJ-4-Motortests, CF- und CF-2-Motortests, L-33-Feuchtigkeitskorrosionstest, Hochtemperaturzyklus-Haltbarkeitstest (ASTM D5579), 288-Stunden-VE-Motorölleistungstest, L-38-Standardschmiermitteltest, Denison P46-Kolbenpumpenprüfstand, Sundstrand-dynamische Korrosion-Prüfstand, einem Block-auf-Ring-Testgerät und jedwedem Testgerät, welches erforderlich ist zum Durchführen einer Testanalyse unter Mercon^®, Mercon^® V, Dexron^® III, Dexron^® III-H, Caterpillar^® TO-4, Allison^® C-4, JASO, GF-4, GF-5, MIL-E, MIL-L und Sequenzen II bis VIII.
Schmierzusammensetzung, umfassend: a) eine Ölgrundlage; b) mindestens ein Calciumphenolat; c) mindestens ein Zinkdinonylnaphthalinsulfonat; d) mindestens ein Zinkdihydrocarbyldithiophosphat; e) wobei die Schmierzusammensetzung TO-4-konform mit einer FZG-Fresstragstufeneinstufung von 12 ist.