DE102009031342A1

DE102009031342A1 - Verwendung von Schmierölen mit mikrogekapselten Schmierstoffadditiven, Verwendung derselben in Schmierölen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und Verbrennungsmotor mit mikrogekapselte Schmierstoffadditive enthaltenden Schmieröl

Info

Publication number: DE102009031342A1
Application number: DE102009031342A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.Rer.Nat. Holdik; Maria-Theresia Dr. Sailer; Thomas Dipl.-Ing.(FH) Stengel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verwendung eines Schmieröls, das zumindest ein mikrogekapseltes Schmierstoffadditiv enthält, bereit, wobei das Schmieröl ein Motoröl oder ein Getriebeöl ist. Eine Schmierstoffadditiv-Konzentration wird in dem Schmieröl aufrechterhalten, indem das Schmierstoffadditiv aus den Mikrokapseln (1) durch zumindest einen Freisetzungsmechanismus freigesetzt wird, der in der Gruppe: eine Zerstörung der Mikrokapseln (1) durch Scherung (a), eine thermische Zerstörung (b) der Mikrokapseln (1) und/oder ein Freisetzen des Schmierstoffadditivs durch Diffusion (c) aus den Mikrokapseln (1) enthalten ist. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung eine Verwendung von zumindest einem mikrogekapselten Schmierstoffadditiv in einem Schmieröl für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor und einen Verbrennungsmotor mit einem Motoröl, das mikrogekapselte Schmierstoffadditive enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung von Schmierölen mit mikrogekapselten Schmierstoffadditiven und eine Verwendung von mikrogekapselten Schmierstoffadditiven in Schmierölen für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit mikrogekapselte Schmierstoffadditive enthaltenden Schmieröl.
Aus der WO 2007/024590 A1 ist ein Verfahren zum Schmieren einer mechanischen Vorrichtung bekannt, das ein Freigabesystem für Additive zur gesteuerten Freisetzung der Additive aus einem Additivgel in einem Funktionsfluid umfasst, um die Funktionsfluide sowohl besser lagern als auch handhaben zu können und um das Nachdosieren der Additive zu verbessern.
Die DE 10 2005 061 195 A1 offenbart ein Kühlmittel mit variabler Wärmekapazität für Verbrennungsmotoren, das ein Phasenwechselmaterial enthält, welches mikroverkapselt sein kann, das ein verbessertes Wärmemanagement von Verbrennungsmotoren ermöglicht.
In der DE 10 2006 058 224 A1 ist ein Verfahren zur Verringerung eines Reibungskoeffizienten durch die Bereitstellung einer Menge einer öllöslichen nanosphärischen Komponenten beschrieben, die aus einem lichtvernetzbaren Poly(2-cinnamoyloxyalkylacrylat)-Kern und einer Diblockacrylatcopolymer-Corona in einer Schmiermittelzusammensetzung abgeleitet ist. Damit wird der Reibungskoeffizient der Schmiermittelzusammensetzung signifikant verbessert, so dass der Verschleiß beim Einsatz von Schmiermittelzusammensetzungen mit relativ geringer Viskosität verringert werden kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein veredeltes Schmieröl mit Schmierstoffadditiven zu verwenden, das eine Auffrischung des allmählich an Additiven verarmenden Schmieröls bereitstellt, ohne dass ein zusätzliches Abgabesystem zur Nachdosierung von frischem Additiv erforderlich ist und die Nachdosierung somit automatisch während des Betriebs erfolgt. Ferner soll die gesamte benötigte Additivmenge verringert werden, wodurch auch die gebildete Menge an Veraschungsprodukten reduziert werden kann, so dass die Schmierölqualität über einen längeren Zeitraum konstant gehalten werden kann, und damit eine Emissions- und Verbrauchsreduzierung des Schmieröls beziehungsweise eine Verlängerung der Ölwechselintervalle erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird zum Einen durch eine Verwendung eines Schmieröls mit mikrogekapselten Schmierstoffadditiven mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Verwendung von mikrogekapselten Schmierstoffadditiven in einem Schmieröl für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Die Aufgabe der Schaffung eines Verbrennungsmotors mit einem Motoröl, das mikrogekapselte Schmierstoffe enthält, wird durch den Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Weiterbildungen der jeweiligen Erfindungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Schmieröls, das ein Motoröl oder ein Getriebeöl sein kann, und das ein oder mehrere Schmierstoffadditive enthält, die in Mikrokapseln enthalten sind. Eine Schmierstoffadditivkonzentration, respektive ein erforderlicher Gehalt an Schmierstoffadditiv in dem Öl, der für die optimale Schmierölqualität erforderlich ist, wird dabei während des Betriebs aufrecht erhalten, indem die Schmierstoffadditive durch unterschiedliche Freisetzungsmechanismen aus den Mikrokapseln freigesetzt werden können, wobei diese Freisetzung automatisch während des Betriebs erfolgt. Die bei der Herstellung des Schmieröls zugegebenen mikrogekapselten Schmierstoffadditive ermöglichen über die automatische Nachdosierung durch die Freisetzungsmechanismen eine Reduzierung der Gesamtadditivmenge, und in Folge dessen auch der aus den Additiven entstehenden Veraschungsprodukte.
Die Freisetzungsmechanismen ermöglichen eine gezielte Freisetzung der Schmierstoffadditive, indem jeweils bei Erreichen eines entsprechenden Belastungswerts während des Betriebs des Motors beziehungsweise Getriebes das Additiv entweder durch thermische oder mechanische Zerstörung der Mikrokapseln, etwa in Folge der Erhitzung des Öls oder durch auftretende Scherkräfte, oder durch Diffusion des Schmierstoffadditivs durch die Mikrokapselwände freigesetzt wird.
Während des Betriebs von Motor und Getriebe wird kontinuierlich Additiv verbraucht, so dass einerseits Veraschungsprodukte entstehen können, andererseits die Fließfähigkeit des Schmieröls verändert wird. Hierdurch steigt die Viskosität an und in Folge dessen treten vermehrt Scherkräfte im Ölkreislauf auf, sobald ein Temperaturanstieg im Schmieröl durch die vermehrte Reibung auftritt. Die Öltemperatur, die den thermischen Freisetzungsmechanismus beeinflusst, lenkt somit vom Alterungszustand des Schmieröls ab, ebenso wie die die Scherkräfte beeinflussende Viskosität, die ebenfalls in Folge der Ölalterung zunimmt.
In einer weiteren Ausführungsform können die zur Zerstörung der Mikrokapselwände nötigen Scherkräfte auch durch einen Notlauf des Getriebes oder des Motors bereitgestellt sein.
Um nun den Ort und/oder den Zeitpunkt festzulegen, bei denen die verschiedenen Freisetzungsmechanismen stattfinden, kann einerseits eine Beschaffenheit der Mikrokapseln verändert werden, die Einfluss auf die Freisetzungsmechanismen nehmen, wie eine Mikrokapselwandstärke, eine Mikrokapselwanddichte, Material der Mikrokapselwand sowie Größe und Form der Mikrokapseln. Die Additiveigenschaften, die die Diffusion durch die Mikrokapselwand beeinflussen, sind die Molekülgröße und Polarität des Schmierstoffadditivs sowie ein Konzentrationsgradient zwischen dem Inneren der Mikrokapsel und dem umgebenden Schmieröl. Die zuvor genannten Merkmale der Mikrokapseln, wie Wandstärke, Wanddichte und Wandmaterial, beeinflussen ebenfalls die Diffusionsgeschwindigkeit.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform bezieht sich auf die Verwendung von mikrogekapselten Schmierstoffadditiven in einem Schmieröl für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, wobei die mikrogekapselten Schmierstoffadditive Antioxidantien, Hochdruck-Additive, Verschleißschutz-Additive, Reibungsminderer und/oder einen organischen pH-Stabilisator umfassen. Das Schmierstoffadditiv wird während des Fahrzeugbetriebs aus der Mikrokapsel in das Schmieröl durch einen der oben genannten Freisetzungsmechanismen freigesetzt, so dass die Schmierstoffadditiv-Konzentration im Schmieröl aufrecht erhalten wird, die für eine Verringerung von Reibung, Verschleiß, Korrosion, Oxidation, Oberflächenspannung und Viskosität sowie eine Erhöhung der Flockungs- und/oder Stocktemperatur des Schmieröls sorgt.
Schließlich bezieht sich eine Ausführungsform auf einen Verbrennungsmotor, der mit einem Motoröl, das mikrogekapselte Schmierstoffadditive enthält, geschmiert wird. Die in einem Ölkreislauf des Verbrennungsmotors auftretenden Scherkräfte, Temperaturen und/oder Schmierstoffadditiv-Konzentrationen im Motoröl stellen dabei eine Freisetzung der Schmierstoffadditive aus den Mikrokapseln bereit, wobei die Schmierstoffadditive Antioxidantien, Hochdruck/Verschleiß-Additive, Reibungsminderer und/oder organische pH-Stabilisatoren umfassen. Das mikrogekapselte Schmierstoffadditiv selbst kann dabei in flüssiger Form als Schmierfluid vorliegen, es kann jedoch auch ein in einem Öl gelöstes Schmierstoffadditiv oder in einem Öl dispergiertes Schmierstoffadditiv sein.
Der organische pH-Stabilisator kann vorzugsweise eine organische, rückstandsfrei verbrennbare Base sein.
Das Material der Mikrokapselwand kann aus einem Polymer bestehen, welches ölunlöslich und bis zu einer Temperatur von mindestens 130°C stabil ist. Vorzugsweise kann ein solches Mikrokapselwandmaterial ein Melaminharz sein.
Ein wesentlicher Anteil eines oder mehrerer der Schmierstoffadditive liegt in mikrogekapselter Form im Schmieröl vor, so dass eine verringerte Additivmenge für eine über einen längeren Zeitraum konstant bleibende Ölqualität ohne Nachdosierung bereitgestellt werden kann, da die „Nachdosierung” automatisch durch die Freisetzung der Additive aus den Mikrokapseln während des Betriebs erfolgt. Die Effizienz der Additive kann auf diese Weise gesteigert werden. Ebenso kann damit eine Verlängerung der Ölwechselintervalle erreicht werden.
Die Mikrokapseln liegen dabei in einer Gewichtskonzentration von 0.5 bis 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kapseln, in dem Schmieröl vor.
Eine mittlere Partikelgröße der Mikrokapseln kann bei 100 nm bis 10 μm liegen, vorzugsweise haben die Mikrokapseln eine mittlere Partikelgröße von 0,5 μm bis 5 μm. Die Schmierstoffadditiv enthaltenden Mikrokapseln können insbesondere eine runde beziehungsweise kugelförmige Form aufweisen.
Das Schmieröl, das die schmierstoffadditivhaltigen Mikrokapseln umfasst, kann ein Motoröl für eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Getriebeöl sein, wobei das Schmieröl ein Grundöl umfasst, das aus einer der Gruppen 1 bis 5 ausgewählt ist und ein Mineralöl, ein synthetisches oder ein teilsynthetisches Öl sein kann.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren weiter verdeutlicht. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung Kurbelwelle und Kolben eines Motors mit schematisch dargestellter Freisetzung von frischem Additiv,
2a–d schematisch verschiedene Freisetzungsmechanismen.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Schmieröls, das mikrogekapselte Schmierstoffadditive enthält und die Verwendung von mikrogekapselten Schmierstoffadditiven in einem Schmieröl für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor beziehen sich auf mikrogekapselte Schmierstoffadditive, die in einem Schmieröl enthalten sind, das ein Motoröl oder ein Getriebeöl sein kann.
Übliche Schmierstoffadditive, die in mikrogekapselter Form in der Erfindung verwendet werden und die normalerweise mit einer Additivkonzentration von 1 bis 99 Gew.-% in einem geeigneten Lösungsmittel, wie einem Kohlenwasserstofföl, z. B. einem Mineralschmieröl gelöst und/oder dispergiert vorliegen, umfassen Viskositätsverbesserer, Reibungsminderer, Detergenzien, Cloudpoint-Verbesserer, Pourpoint-Verbesserer, Demulgatoren (Trennungshilfsmittel), Fließverbesserer, antistatische Mittel, Dispergenzien wie Polyalkylen-succinimid-Dispergiermittel (beschrieben in US-A-5,851,965 , 5,853,434 und 5,729,729 ), Antioxidanzien, Schaumdämpfer, Korrosions-/Rostinhibitoren, Hochdruck-/Verschleißminderungsmittel, Dichtungsquellmittel, Schmierhilfsmittel, Anti-Beschlagmittel und Mischungen davon. Mehrere dieser Komponenten sind Fachleuten bekannt und werden in herkömmlichen Mengen mit den hier beschriebenen Additiven und Zusammensetzungen verwendet.
Antioxidanzien beziehungsweise Oxidationsinhibitoren verlängern die Qualität des Schmieröls, indem sie die Entstehung von Oxidationsprodukten wie Schlamm und lackartige Ablagerungen und damit eine Zunahme der Viskosität unterdrücken. Übliche Antioxidanzien umfassen allgemein gehinderte Phenole, sulfurierte gehinderte Phenole, Erdalkalimetallsalze von Alkylphenolthioestern mit C5-C12-Alkylseitenketten, sulfurierte Alkylphenole, Metallsalze von sulfurierten oder unsulfurierten Alkylphenolen, z. B. Calciumnonyl-phenolsulfid, aschefreie öllösliche Phenate und sulfurierte Phenate, phosphosulfurierte oder sulfurierte Kohlenwasserstoffe, Phosphorester, Metallthiocarbamate und öllösliche Kupferverbindungen wie in US-A-4,867,890 beschrieben, sowie sterisch gehinderte Phenole und Diarylamine, alkylierte Phenothiazine, geschwefelte Verbindungen und aschefreie Dialkyldithiocarbamate.
Antioxidationen können Alkyl-substituierte Phenole sein wie 2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol, oder Phenatsulfide, phosphosulfurierte Terpene, sulfurierte Ester, aromatische Amine, Diphenylamine, alkylierte Diphenylamine und gehinderte Phenole, bis-nonyliertes Diphenylamin, Nonyl-Diphenylamin, Octyl-Diphenylamin, bis-octyliertes Diphenylamin, bis-decyliertes Diphenylamin, Decyl-Diphenylamin sowie Mischungen davon.
Beispielhaft genannte sterisch gehinderte Phenole umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, 2,6-Di-tert-butylphenol, 4-Methyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Ethyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Propyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Butyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Pentyl-2-6-di-tert-butylphenol, 4-Hexyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Heptyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-(2-Ethylhexyl)-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Octyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Nonyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Decyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Undecyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Dodecyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Tridecyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4-Tetradecyl-2,6-di-tert-butylphenol.
Methylen-verbrückte, sterisch gehinderte Phenole umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, 4,4-Methylen-bis-(6-tert-butyl-o-cresol), 4,4-Methylen-bis-(2-tert-amyl-o-cresol), 2,2-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert-butylphenol), 4,4-Methylen-bis-(2,6-di-tert-butylphenol) und Mischungen davon, wie in der U.S. Offenlegungsschrift 2004/0266630 beschrieben.
Übliche EP-(Hochdruck)/Verschleißminderer umfassen Schwefel- oder Chlorschwefel-EP-Additive, ein EP-Additiv basierend auf einem chlorierten Kohlenwasserstoff oder ein Phosphor-EP-Additiv oder Mischungen davon. Beispiele für solche EP-Additive sind Aminsalze von Phosphorsäure, chloriertes Wachs, organische Sulfide und Polysulfide, wie Benzyldisulfid, Bis-(Chlorbenzyl)-disulfid, Dibutyltetrasulfid, sulfuriertes Walratöl, sulfurierter Methylester von Ölsäure-sulfuriertem Alkylphenol, sulfuriertes Dipenten, sulfuriertes Terpen, und sulfurierte Diels-Alder-Addukte; phosphosulfurierte Kohlenwasserstoffe, wie das Reaktionsprodukt von Phosphorsulfid mit Terpentin oder Methyloleat, Phosphorester, wie das Dihydrocarbon- und Trihydrocarbon-Phosphat, d. h., Dibutyl-Phosphat, Diheptyl-Phosphat, Dicyclohexyl-Phosphat, Pentylphenyl-Phosphat; Dipentylphenyl-Phosphat, Tridecyl-Phosphat, Distearyl-Phosphat und Polypropylen-substituiertes Phenol-Phosphat, Metall-Thiocarbamate, wie Zink-Dioctyldithiocarbamat und Barium-Heptylphenol-Diazid, wie Zink-Dicyclohexyl-Phosphordithioat und die Zinksalze einer Phosphordithio-Säurekombination; auch Mischungen davon können verwendet werden.
Verschleißadditive/Hochdruckadditive können ferner ein Aminsalz einer Phosphorestersäure, Dialkyl-dithiophosphorsäureester und Salze davon umfassen; Phosphite und Phosphor-haltige Carboxylester, Ether und Amide sowie Mischungen davon.
Ein üblicher Reibungsminderer kann ein Phosphatester oder ein Salz, aber auch ein Phosphit sein, beispielsweise ein Ester oder Salz eines Monohydrocabyl-, Dihydrocarbyl- oder ein Trihydrocarbyl-Phosphats, beziehungsweise das entsprechende Phosphit, wobei jede Hydrocarbyl-Gruppe gesättigt ist. Jede Hydrocarbyl-Gruppe enthält zwischen 8 und 30 Kohlenstoffatome. Ferner können Hydrocarbyl-Gruppen Alkyl-Gruppen sein. Beispiele für Hydrocarbylgruppen umfassen Tridecyl-, Tetradecyl-, Pentadecyl-, Hexadecyl-, Heptadecyl-, Octadecyl-Gruppen und Mischungen davon.
Weiterhin kann ein Reibungsminderer ein Fettimidazolin sein, das Fettsubstituenten mit etwa 8 bis 30 Kohlenstoffatomen enthält. Der Substituent kann ungesättigt sein, ist aber vorzugsweise gesättigt. Ein Fettimidazolin kann durch Reaktion einer Fettcarboxylsäure mit einem Polyalkylenpolyamin hergestellt werden.
In der DE 10 2006 058 224 A1 ist die Verwendung einer schwefel- und phosphorfreie Organomolybdänverbindung als zusätzliches Reibungsmodifiziermittel beschrieben, die durch Umsetzen einer schwefel- und phosphorfreien Molybdänquelle (bspw. Molybdäntrioxid, Ammoniummolybdat, Natri-ummolybdat und Kaliummolybdat) mit einer Amino-(bspw. Monoamine, Diamine oder Polyamine) und/oder Alkoholgruppen (bspw. monosubstituierte Alkohole, Diole oder bis-Alkohole bzw. Polyalkohole) enthaltenden organischen Verbindung hergestellt werden kann. Die Darstellung von schwefel- und phosphorfreien Organomolybdängruppen kann durch Umsetzung bestimmter basischer Stickstoffverbindungen mit einer Molybdänquelle durchgeführt werden werden, wie in US-A-4,259,195 und 4,261,843 beschrieben; alternativ können schwefel- und phosphorfreien Organomolybdängruppen durch Umsetzung eines mit Hydrocarbyl substituierten hydroxyalkylierten Amins mit einer Molybdänquelle hergestellt werden, wie in US-A-4,164,473 beschrieben.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Umsetzung eines Phenolaldehydkondensationsprodukts, eines monoalkylierten Alkylendiamins und einer Molybdänquelle, wie in US-A-4,266,945 beschrieben. Schließlich umfassen schwefel- und phosphorfreien Organomolybdängruppen Verbindungen, die durch Umsetzen eines Fettöls, Diethanolamins und einer Molybdänquelle hergestellt werden, wie in US-A-4,889,647 beschrieben, sowie Verbindungen, die durch Umsetzen eines Fettöls oder einer Fettsäure mit 2-(2-Aminoethyl)aminoethanol und einer Molybdänquelle hergestellt werden, wie in US-A-5,137,647 beschrieben. Ferner können durch Umsetzen eines sekundären Amins mit einer Molybdänquelle solche Verbindungen hergestellt werden, wie in US-A-4,692,256 beschrieben. Das Umsetzen eines Diols, einer Diamino- oder Aminoalkoholverbindung mit einer Molybdänquelle, wie in US-A-5,412,130 beschrieben und das Umsetzen eines Fettöls, eines monoalkylierten Alkylendiamins und einer Mo-lybdänquelle, wie in US-A-6,509,303 beschrieben, sowie das Umsetzen einer Fettsäure, eines monoalkylierten Alkylendiamins und von Glyceriden mit einer Molybdänquelle, wie in US-A-6,528,463 beschrieben, ermöglichet ebenfalls die Herstellung einer schwefel- und phosphorfreien Organomolybdängruppen enthaltenden Verbindung.
Übliche Rostinhibitoren können aus einer Gruppe, umfassend nichtionische Polyoxyalkylenpolyole und deren Estern, Polyoxyalkylenphenole und anionische Alkylsulfonsäuren gewählt werden.
Ein Demulgator kann in kleiner Menge, die 0,1 Gew.-% des aktiven Bestandteils nicht übersteigt und vorzugsweise 0,001 bis 0,05 Gew.-% beträgt, zum Einsatz kommen. In der EP 0 333 522 ist ein bevorzugter Demulgator beschrieben, der durch Umsetzung eines Alkylenoxids mit einem Addukt aus einem bis-Epoxid und einem mehrwertigen Alkohol gebildet wird.
Pourpoint-Verbesserer sind allgemein bekannt und werden zur Verbesserung der Fließfähigkeit des Schmieröls bei niedrigen Temperaturen durch Senken der Stocktemperatur verwendet. Typische Pourpoint-Additive umfassen C8-C18-Dialkylfumarat/Vinylacetat-Copolymere, Polyalkylmethacrylate und dergleichen.
Als Schaumdämpfer kommt eine Vielzahl von Verbindungen in Frage, beispielsweise vom Polysiloxantyp, wie Silikonöl oder Polydimethylsiloxan.
Die erfindungsgemäße vorteilhafte Aufrechterhaltung der Schmierstoff-Konzentration in dem Schmieröl erfolgt durch verschiedene Freisetzungsmechanismen, die in 2a, 2b, 2c und 2d verdeutlicht sind.
In 2a deuten die beiden Blockpfeile a im Ölkreislauf vorhandene Scherkräfte an, so dass aus den im Schmieröl vorhandenen Mikrokapseln 1 Schmierstoffadditiv 2 freigesetzt wird, wie auf der rechten Seite von 2a zu sehen ist. Dies geschieht, sobald durch Viskositätserhöhung die Scherkräfte im Ölkreislauf zunehmen, so dass lediglich dann frisches Additiv „nachdosiert” wird, wenn dies erforderlich ist, so dass eine geringere Additivkonzentration als im Stand der Technik (bis zu 30 Gew.-% Additive im Schmieröl) erreicht werden kann, wodurch auch die Menge an Veraschungsprodukten sinkt, was wiederum die Ölwechselintervalle erhöht, in denen das Schmieröl optimale Eigenschaften besitzt.
2b stellt einen Notlaufzustand von Motor oder Getriebe dar, der ebenfalls eine Freisetzung von Schmierstoffadditiv 2 aus den Mikrokapseln 1 bewirkt. Während eines Notlaufzustands wird der Lagerbetrieb auch bei Mangelschmierung zumindest eine Zeitlang aufrechterhalten Die Verkapselung der Additive ermöglicht damit auch eine Kombination unverträglicher Additive, es können beispielsweise in einer Mikrokapsel Hochdruck-/Verschleißschutzadditive verkapselt sein, die einen verbesserten Schutz von Kraftfahrzeuglagern bereitstellen. Andere Kapseln können Antioxidantien umfassen, die die gesamte Additivmenge, die für ein Kraftfahrzeug erforderlich ist, verringern. In einem Nutzfahrzeug können die Antioxidans-Mikrokapseln zur Verlängerung der Ölwechselintervalle führen.
Insgesamt ermöglichen die Verwendung von Mikrokapseln mit Schmierstoffadditiven eine Verringerung der Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungsmotoren dadurch, dass die verbesserte Ölqualität einen reibungsfreieren Lauf der beweglichen Motor- beziehungsweise Getriebeteile ermöglicht. Der thermische Freisetzungsmechanismus ist in 2c dargestellt, indem die vermehrte Wärmezufuhr durch die schlangenförmigen Pfeile b angedeutet wird. Die thermische Freisetzung erfolgt, wenn die Öltemperatur durch vermehrte Reibung in Folge der Verarmung an Additiv ansteigt, so dass hier an Stellen erhöhter Öltemperatur beziehungsweise zum Zeitpunkt erhöhter Öltemperatur gezielt Additiv freigesetzt wird.
2d zeigt auf der rechten Seite die Freisetzung des Schmierstoffadditivs 2 durch Diffusion aus dem Kapselinneren 4 durch die Kapselwand 3 in das Schmieröl 5.
Die Diffusion wird sowohl durch die Beschaffenheit der Mikrokapseln, nämlich der Wandstärke, der Wanddichte oder des Wandmaterials beeinflusst, als auch durch Eigenschaften des Schmierstoffadditivs selbst, wie dessen Molekülgröße und Polarität. Die Diffusionsgeschwindigkeit wird darüber hinaus durch den Schmierstoffadditiv-Konzentrationsgradienten bestimmt, der zwischen dem Inneren der Mikrokapsel und dem umgebenden Schmieröl vorhanden ist, so dass die Diffusion verstärkt dann auftritt, wenn das Schmieröl an Additiv verarmt. Die Freisetzungsmechanismen der Zerstörung durch Scherkräfte beziehungsweise der thermischen Zerstörung werden durch die Mikrokapselwandstärke, -dichte und -material bestimmt. Des Weiteren spielt hierbei die Größe und Form der Mikrokapseln eine Rolle. Die mittlere Partikelgröße der Mikrokapseln kann zwischen 100 nm und 10 μm liegen, vorzugsweise jedoch zwischen 0,5 μm und 5 μm. Die Mikrokapseln sind dabei vorzugsweise rund.
Das Schmieröl, das aus einem Grundöl durch Zugabe der mikrogekapselten Schmierstoffadditive hergestellt wird, dient auch zur Schmierung eines Verbrennungsmotors, dessen Kurbelwelle 10 und Kolben 11 in 1 dargestellt sind. Die Freisetzung des Schmierstoffadditivs 2 aus den Mikrokapseln erfolgt dabei direkt an Stellen, die erhöhter Belastungen ausgesetzt sind.
Der Gesamtanteil der bei der Herstellung des Schmieröls in das Grundöl hinzugefügten Mikrokapseln kann bei 0.5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kapsel, liegen.
Das Grundöl kann ein Mineralöl, ein synthetisches oder teilsynthetisches Öl sein, und aus den Gruppen 1 bis 5 gewählt werden, die dem Fachmann bekannt sind, wobei Gruppe 1 eine Zusammensetzung von weniger als 90% gesättigte Kohlenwasserstoffe mit einem Schwefelgehalt von mehr als 0,03% m und einem Viskositätsindex von 80 bis 120 umfasst. Gruppe 2 bezeichnet Öle mit mehr als 90% gesättigten Kohlenwasserstoffen einem Schwefelgehalt von unter 0,03% m und einem Viskositätsindex von 80 bis 120, während Gruppe 3 eine einer Gruppe 2 entsprechenden Zusammensetzung und Schwefelgehalt enthält, aber einen Viskositätsindex von über 120 aufweist. Gruppe 4 bezeichnet Polyalphaolefine und Gruppe 5 alle anderen Grundölkomponenten, beispielsweise Ester.
Das ölunlösliche Mikrokapselwandmaterial ist vorzugsweise bis zu einer Temperatur von etwa 130°C stabil, so dass die thermische Freisetzung durch Zersetzung des Mikrokapselwand bereitstellenden Polymers bei Überschreiten dieser 130°C stattfindet. Ein solches Polymer kann ein Melaminharz sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/024590 A1 [0002]
- DE 102005061195 A1 [0003]
- DE 102006058224 A1 [0004, 0036]
- US 5851965 A [0027]
- US 5853434 [0027]
- US 5729729 [0027]
- US 4867890 A [0028]
- US 2004/0266630 [0031]
- US 4259195 A [0036]
- US 4261843 [0036]
- US 4164473 A [0036]
- US 4266945 A [0037]
- US 4889647 A [0037]
- US 5137647 A [0037]
- US 4692256 A [0037]
- US 5412130 A [0037]
- US 6509303 A [0037]
- US 6528463 A [0037]
- EP 0333522 [0039]

Claims

Verwendung eines Schmieröls, das zumindest ein mikrogekapseltes Schmierstoffadditiv enthält, wobei das Schmieröl ein Motoröl oder ein Getriebeöl ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmierstoffadditiv-Konzentration in dem Schmieröl aufrechterhalten wird, indem das Schmierstoffadditiv aus den Mikrokapseln (1) durch zumindest einen Freisetzungsmechanismus aus der Gruppe umfassend: – Zerstörung der Mikrokapseln (1) durch Scherung (a), – thermische Zerstörung (b) der Mikrokapseln (1), – Freisetzen des Schmierstoffadditivs durch Diffusion (c) aus den Mikrokapseln (1), freigesetzt wird.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Notlauf des Getriebes oder des Motors die Scherung zur Zerstörung der Mikrokapseln (1) bereitstellt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ort und/oder eine Zeit zur Ausführung des Freisetzungsmechanismus – durch eine vorgegebene Beschaffenheit der Mikrokapseln (1), die zumindest eine Mikrokapselwandstärke, eine Mikrokapselwanddichte, ein Mikrokapselwandmaterial und/oder eine Größe der Mikrokapseln, und/oder – durch eine vorgegebene Eigenschaft des Schmierstoffadditivs umfassend eine Schmierstoffadditiv-Molekülgröße, eine Schmierstoffadditiv-Polarität, einen Schmierstoffadditiv-Konzentrationsgradienten vorbestimmbar ist.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffadditiv zumindest ein Antioxidans, ein Hochdruck-Additiv, ein Verschleißschutz-Additiv, ein Reibungsminderer, und/oder ein organischer pH-Stabilisator, insbesondere eine organische Base ist.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffadditiv ein Schmierfluid, ein in einem Öl gelöstes Schmierstoffadditiv oder in einem Öl dispergiertes Schmierstoffadditiv ist.
Verwendung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der organische pH-Stabilisator eine organische, rückstandsfrei verbrennbare Base ist.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrokapselwandmaterial ein Öl-unlösliches, bis zu einer Temperatur von mindestens 130°C stabiles Polymer, insbesondere ein Melaminharz ist.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) in dem Schmieröl einen Gewichtsanteil von 3 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mikrokapseln (1), aufweisen.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 100 nm bis 10 μm, insbesondere im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm, aufweisen
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) kugelförmig sind.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl ein Grundöl umfasst, das aus den Grundöl-Gruppen 1 bis 5 ausgewählt ist und das ein Mineralöl, ein synthetisches oder ein teilsynthetisches Öl oder eine Mischung der vorgenannten ist.
Verwendung von zumindest einem mikrogekapselten Schmierstoffadditiv in einem Schmieröl für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrogekapselte Schmierstoffadditiv ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend ein Antioxidans, ein Hochdruck-Additiv, ein Verschleißschutz-Additiv, ein Reibungsminderer, und/oder ein organischer pH-Stabilisator, insbesondere eine organische Base, und dass das Schmierstoffadditiv aus der Mikrokapsel (1) während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs durch einen Freisetzungsmechanismus (a, b, c) freigesetzt wird, wobei eine Schmierstoffadditiv-Konzentration in dem Schmieröl aufrechterhalten wird, um eine Verringerung einer Reibung, eines Verschleißes, einer Korrosion, einer Oxidation, einer Oberflächenspannung oder einer Viskosität, und/oder um eine Erhöhung einer Flock- und/oder Stocktemperatur des Schmieröls bereit zu stellen.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffadditiv ein Schmierfluid, ein in einem Öl gelöstes Schmierstoffadditiv oder in einem Öl dispergiertes Schmierstoffadditiv ist.
Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der organische pH-Stabilisator eine organische, rückstandsfrei verbrennbare Base ist.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrokapselwandmaterial ein Öl-unlösliches, bis zu einer Temperatur von mindestens 130°C stabiles Polymer, insbesondere ein Melaminharz ist.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) in dem Schmieröl einen Gewichtsanteil von 0.5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mikrokapseln (1), aufweisen.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 100 nm bis 10 μm, insbesondere im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm aufweisen.
Verwendung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) kugelförmig sind.
Verbrennungsmotor mit einem Motoröl, dadurch gekennzeichnet, dass das Motoröl mikrogekapselte Schmierstoffadditive enthält, die durch zumindest einen Freisetzungsmechanismus aus der Gruppe umfassend: – Zerstörung der Mikrokapseln (1) durch Scherung (a), – thermische Zerstörung (b) der Mikrokapseln (1), – Freisetzen des Schmierstoffadditivs durch Diffusion (c) aus den Mikrokapseln (1), freisetzbar sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierstoffadditiv ein Schmierfluid, ein in einem Öl gelöstes Schmierstoffadditiv oder in einem Öl dispergiertes Schmierstoffadditiv ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der organische pH-Stabilisator eine organische, rückstandsfrei verbrennbare Base ist.
Verbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrokapselwandmaterial ein Öl-unlösliches, bis zu einer Temperatur von mindestens 130°C stabiles Polymer, insbesondere ein Melaminharz ist.
Verbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) in dem Schmieröl einen Gewichtsanteil im Bereich von 0.5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mikrokapseln (1), aufweisen.
Verbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 100 nm bis 10 μm, insbesondere im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm aufweisen
Verbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (1) kugelförmig sind.