DE3788570T2 - Traktionsflüssigkeit. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Antriebsflüssigkeit. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einer Antriebsflüssigkeit, die die Einbringung eines Diesters, der zwei Cyclohexylringe aufweist, oder eines Derivats hiervon als Grundöl umfaßt.
• Zugantriebskraftübertragungen, die Kraft durch einen Zugantriebsmechanismus auf ein angetriebenes Teil übertragen, haben im Gebiet der Kraftfahrzeuge und gewerblichen Maschinen die Aufmerksamkeit auf sich gezogen, und in den letzten Jahren war ein Fortschritt in der Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet zu verzeichnen. Der Zugantriebsmechanismus ist ein kraftübertragender Mechanismus, der eine Rollreibung verwendet. Im Gegensatz zu konventionellen Antriebsmechanismen verwendet er kein Getriebe, was eine Verringerung der Vibration und des Lärms sowie eine gleichmäßige Geschwindigkeitsveränderung in der Hochgeschwindigkeitsrotation ermöglicht. Ein wichtiges Ziel in der Automobilindustrie ist die Verbesserung der Kraftstoffersparnis von Automobilen. Es ist vorgeschlagen worden, daß, wenn der Zugantrieb auf das Getriebe von Kraftfahrzeugen angewandt wird, um das Getriebe in ein kontinuierliches, stufenlos stellbares Getriebe umzuwandeln, im Vergleich mit konventionellen Getriebesystemen der Kraftstoffverbrauch um 20% oder mehr verringert werden kann, da der Antrieb immer im optimalen Geschwindigkeitsverhältnis ablaufen kann. Bisherige Untersuchungen führten zu der Entwicklung von Materialien, die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung haben, und zur theoretischen Analyse von Zugmechanismen. In Hinsicht auf die Antriebsflüssigkeit wird die Korrelation der Traktionskoeffizienten allmählich auf einer Ebene der Molekularstruktur der Komponenten verstanden. Der Ausdruck "Traktionskoeffizient", wie er hier verwendet wird, ist definiert als das Verhältnis der Zugkraft, die durch Schlupf an den Kontaktpunkten zwischen Rotatoren, die miteinander in Kontakt sind, in einer Kraftübertragung vom Rollreibungstyp verursacht wird, zu der Normallast.
• Es ist erforderlich, daß die Antriebsflüssigkeit aus einem Schmieröl besteht, das einen hohen Traktionskoeffizienten hat. Es ist gesichert, daß eine Antriebsflüssigkeit, die eine Molekularstruktur besitzt, die einen Naphthenring aufweist, eine hohe Leistung zeigt. "Santotrack" , hergestellt von der Monsanto Chemical Company, ist allgemein als eine kommerziell erhältliche Antriebsflüssigkeit bekannt. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 47-35763 offenbart Di(cyclohexyl)alkan und Dicyclohexan als Antriebsflüssigkeiten, die einen Naphthenring aufweisen. Diese Patentveröffentlichung offenbart, daß eine Flüssigkeit, die durch Einbringen der oben genannten Alkanverbindung in ein perhydriertes (α-Methyl)styrolpolymer, eine Hydrindanverbindung oder dergleichen erhalten wird, einen hohen Traktionskoeffizienten hat. Weiterhin offenbart die japanische Patent-offenlegungs-Nr. 59-191797 eine Antriebsflüssigkeit, die eine Esterverbindung, die einen Naphthenring aufweist, enthält. Es lehrt, daß ein Ester, der durch die Hydrierung des aromatischen Kerns von Dicyclohexyl-cyclohexandicarboxylat oder Dicyclohexylphthalat erhalten wird, als Antriebsflüssigkeit vorzuziehen ist.
• Wie oben erwähnt, sind in der Automobilindustrie in den letzten Jahren Fortschritte in der Entwicklung kontinuierlicher, stufenlos stellbarer Getriebe gemacht worden. Je höher der Traktionskoeffizient der Antriebsflüssigkeit ist, um so größer ist die Übertragungskraft in der Vorrichtung. Dies trägt zu einer Verringerung der Größe der Vorrichtung mit einer entsprechenden Verringerung des Abgases und damit der Umweltprobleme bei. Daher besteht ein Bedarf nach einer Flüssigkeit, die einen Traktionskoeffizienten hat, der so hoch wie möglich ist. Allerdings liefert sogar die Verwendung von Santotrack®, die die höchste Leistung von allen derzeit kommerziell erhältlichen Flüssigkeiten zeigt, in einer solchen Zugantriebseinrichtung eine ungenügende Leistung in Bezug auf den Traktionskoeffizienten, und ist außerdem teuer. Die Antriebsflüssigkeit, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 47-35763 vorgeschlagen wurde, enthält Santotrack® oder dergleichen als eine Komponente, die in Bezug auf Leistung und Wirtschaftlichkeit nicht befriedigend ist.
• Die Erfinder haben extensive und intensive Untersuchungen in Hinblick auf die Entwicklung einer Antriebsflüssigkeit vorgenommen, die nicht nur einen hohen Traktionskoeffizienten zeigt, sondern auch relativ preiswert ist. Als Ergebnis haben die Erfinder gefunden, daß die Einbringung eines Diester mit zwei Cyclohexylringen oder eines Derivats hiervon eine wirtschaftliche Hochleistungs-Grundölflüssigkeit schaffen kann, und haben die vorliegende Erfindung eingereicht.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsflüssigkeit, die durch die Einbringung eines Diester mit der Formel
• wobei A' eine Esterbindung von -COO- oder -OOC- ist; n eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist; R&sub1; ein oder zwei Mitglieder ausgewählt aus Wasserstoff und Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist bzw. sind, und R&sub2; eine oder zwei Mitglieder ausgewählt aus Alkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist bzw. sind, oder eines Derivats hiervon gekennzeichnet ist.
• Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Hochleistungs-Antriebsflüssigkeit mit einem hohen Traktionskoeffizienten zu liefern. Die zweite Aufgabe der Erfindung ist, eine Antriebsflüssigkeit zu liefern, die nicht nur wirtschaftlich ist, sondern auch leicht erhältlich und in einfacher Weise auf Vorrichtungen anwendbar ist.
• Die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit umfaßt einen Diester der zuvor beschriebenen Strukturformel mit zwei Cyclohexylringen oder dessen Derivat. A' von der Esterbindung ist -COO- oder -OOC-, und die Anzahl, n, der sich wiederholenden Einheiten in der gem-Dialkylstruktur ist 1 bis 3. Wenn n gleich 0 ist, ist der Traktionskoeffizient ungünstig niedrig. Dieser Diester oder dessen Derivat hat eine Viskosität von 20 bis 50 cSt (2·10&supmin;&sup5; bis 5·10&supmin;&sup5; m²/s), vorzugsweise 24 bis 30 cSt (2,4·10&supmin;&sup5; bis 3·10&supmin;&sup5; m²/s) bei 40ºC und 4 bis 10 cSt (4·10&supmin;&sup6; bis 1·10&supmin;&sup5; m²/s), vorzugsweise 4 bis 6 cSt (4·10&supmin;&sup6; bis 6·10&supmin;&sup6; m²/s) bei 100ºC. Außerdem liegt der Viskositätsindex vorzugsweise im Bereich von 40 bis 100, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 80.
• Der Diester kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Insbesondere kann der Diester durch eine Veresterungsreaktion einer Glykolverbindung mit einer Cyclohexancarbonsäureverbindung erhalten werden. Die zu verwendende Glykolverbindung hat 1 bis 6 gem-Dialkylstruktureinheiten. Eine bevorzugte Glykolverbindung ist Neopentylglykol. Beispiele für die Cyclohexancarbonsäureverbindung schließen neben Cyclohexancarbonsäure solche ein, die eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen aufweisen, z. B. Methylcyclohexancarbonsäure, Ethylcyclohexancarbonsäure, etc. Cyclohexancarbonsäure ist besonders bevorzugt. Die Veresterungsreaktion wird unter Verwendung von im wesentlichen stöchiometrischen Mengen der Reaktanten oder in Gegenwart einer Überschußmenge an Säure durchgeführt. Das erstere Verfahren erfordert die Verwendung eines Katalysators und hat den zusätzlichen Nachteil, daß ein Monoalkohol als Nebenprodukt hergestellt wird. Daher ist es bevorzugt, daß die Veresterungsreaktion in Gegenwart einer Überschußmenge an Säure durchgeführt wird. Insbesondere wird 1 Mol der Glykolverbindung mit der Säure in einem 2 bis 5 fachen molaren Überschuß umgesetzt (besonders bevorzugt ist ein 2,5 bis 4facher molarer Überschuß). Die Reaktionstemperatur beträgt etwa 150 bis 250ºC, vorzugsweise 170 bis 230ºC, und die Reaktionszeit beträgt 10 bis 40 Stunden, vorzugsweise 15 bis 25 Stunden. Obwohl die Veresterungsreaktion unter entweder erhöhten oder verminderten Drücken durchgeführt werden kann, ist es vom Standpunkt der Leichtigkeit des Betreibens der Reaktion bevorzugt, daß die Reaktion unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird. Unter diesen Bedingungen dient die überschüssige Säure als Katalysator. Ein Alkylbenzol wie Xylol oder Toluol kann in einer geeigneten Menge als Lösungsmittel zugegeben werden. Die Zugabe des Lösungsmittel ermöglicht, daß die Reaktion und die Temperatur leicht kontrolliert werden können. Im Verlauf der Reaktion verdampft das Wasser, das sich während der Umsetzung bildet. Die Reaktion ist beendet, wenn die Menge des Wassers auf einer molaren Basis die Doppelte des Alkohols erreicht. Die überschüssige Säure wird mit einer wäßrigen, alkalischen Lösung neutralisiert und durch Waschen mit Wasser entfernt. Wenn eine Säure, die mit einer alkalischen Wäsche schwierig zu extrahieren ist, verwendet wird, wird die Reaktion unter Verwendung der Saure in einem 2 bis 2,5fachen molaren Überschuß gegenüber dem Alkohol in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt. Beispiele für den Katalysator schließen Phosphorsäure, p- Toluolsulfonsäure und Schwefelsäure ein. Der am meisten bevorzugte Katalysator ist Phosphorsäure, weil sie die Reaktionsgeschwindigkeit und die Ausbeute an Ester erhöht. Das Reaktionsprodukt wird schließlich unter reduziertem Druck destilliert, um Wasser und das Lösungsmittel zu entfernen, wodurch die erfindungsgemäße Diesterverbindung erhalten wird.
• Die erfindungsgemäßen Diester können auch durch die Veresterungsreaktion einer Cyclohexanolverbindung mit einer Dicarbonsäure mit einem quartären Kohlenstoffatom erhalten werden. In diesem Fall wird Cyclohexanol, Methylcyclohexanol oder dergleichen als die Cyclohexanolverbindung verwendet, während Neopentyldicarbonsäure oder dergleichen als die Dicarbonsäure verwendet wird.
• Der erfindungsgemäße Diester, z. B. Neopentylglykol-Cyclohexancarbonsäure-diester, zeigt einen hohen Traktionskoeffizienten von 0,100 bis 0,104. Daher führt sogar die Verwendung des Diesters allein in einer Zugantriebseinrichtung zu einer hohen Leistung. Eine zweite Komponente kann geeigneterweise in den Diester eingebracht werden. Als zweite Komponente wird eine Verbindung gewählt, die nicht nur durch eine synergistische Wirkung mit den Cyclohexylringen in dem Diester den Traktionskoeffizienten verbessert, sondern auch preiswert ist und hervorragende Viskositätseigenschaften zeigt. Die Zugabe der zweiten Komponente in einer Menge von 0,1 bis 70 Gew.% zu dem Diester ermöglicht, daß so eine Antriebsflüssigkeit in wirtschaftlicher Weise vorteilhaft erhalten werden kann. Normalerweise werden 0,01 bis 90 Gew.%, insbesondere 0,1 bis 70 Gew.% der zweiten Komponente zugesetzt.
• Verschiedene Additive können ebenfalls zu der erfindungsgemäßen Antriebsflüssigkeit in Abhängigkeit von deren Anwendungen gegeben werden. Insbesondere kann, wenn die Antriebseinrichtung hoher Temperatur und großer Last ausgesetzt ist, mindestens ein Additiv ausgewählt aus einem Antioxidans einem Verschleißschutzmittel und einem Korrosionsschutzmittel in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.% zugesetzt werden. In ähnlicher Weise wird, wenn ein hoher Viskositätsindex erforderlich ist, ein bekannter Viskositätsindexverbesserer in einer Menge von 1 bis 10 Gew.% zugesetzt.
• Das Ausdruck "Antriebsflüssigkeit", wie er in der vorliegen den Erfindung verwendet wird, bedeutet eine Flüssigkeit zur Verwendung in Einrichtungen, die ein Drehmoment durch Punktkontakt oder Leitungskontakt übertragen oder zur Verwendung in Getrieben, die eine ähnliche Struktur aufweisen. Die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit zeigt einen höheren Traktionskoeffizienten als konventionelle bekannte Flüssigkeiten, d. h. zeigt einen Traktionskoeffizienten, der 1 bis 5% höher als solche der konventionellen Flüssigkeiten ist, obwohl der Wert in Abhängigkeit von deren Eigenschaften wie der Viskosität variiert. Demzufolge können die erfindungsgemäßen Antriebsflüssigkeiten vorteilhafterweise für Antriebsübertragungen mit relativ großer Kraft, wie gewerbliche Maschinen, etc., sowie für Antriebsübertragungen mit relativ geringer Kraft einschließlich Verbrennungsmotoren kleiner Personenkraftwagen, Spinnmaschinen und Nahrungsmittel Produzierender Maschinen verwendet werden.
• Die erfindungsgemäßen Antriebsflüssigkeit zeigen einen Traktionskoeffizienten, der in bemerkenswerter Weise dem der konventionellen Flüssigkeiten überlegen ist. Der Grund, warum die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit einen hohen Traktionskoeffizienten zeigt, ist nicht vollständig bekannt. Es wird allerdings angenommen, daß der Grund hauptsächlich in der einzigartigen Molekularstruktur der erfindungsgemäßen Antriebsflüssigkeit liegt.
• Die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit umfaßt einen Diester. Die beiden Esterbindungen schaffen eine Interdipolarkraft zwischen den Molekülen, da der Ester zwei Cyclohexylgruppen in seinem Molekül aufweist, die durch zwei Esterbindungen aneinander gebunden sind. Es wird angenommen, daß die Interdipolarkraft dazu dient, die Flüssigkeit unter Hochlastbedingungen in einer Antriebsvorrichtung in einen stabilen, glasähnlichen Zustand zu überführen, wodurch die Scherfestigkeit erhöht wird. Weiterhin besitzt die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit ein quartäres Kohlenstoffatom des gem-Dialkyltyps, das über eine Methoxycarbonylbindung an die beiden Cyclohexylringe gebunden ist. Dies unterdrückt die innere Rotation. Daher werden, wenn die Zugkrafteinrichtung unter Hochlastbedingungen ist, die Cyclohexylringe mit den gem.-Dialkylabschnitten des quartären Kohlenstoffatoms in Eingriff gebracht, wie Zahnräder, während, wenn die Einrichtung von der Last befreit wird, dieser Eingriff schnell gelöst wird, wodurch die Verflüssigung hervorgerufen wird.
Beispiele 1 bis 3
• Erfindungsgemäße Diesterverbindungen aus Dicyclohexylneopentylglykol wurden unter Verwendung der folgenden Materialien synthetisiert.
• A1: Neopentylglykol und Cyclohexancarbonsäure
• A2: Neopentylglykol und Methylcyclohexancarbonsäure und
• A3: Neopentylglykol und eine Mischung aus Cyclohexancarbonsäure mit Methylcyclohexancarbonsäure (das Molverhältnis der Säuren ist 1 : 1).
• Die Diester wurden unter Verwendung von Xylol als Lösungsmittel bei einer Temperatur von 170ºC bis 230ºC während 15 bis 25 Stunden unter atmosphärischem Druck hergestellt.
• Der Traktionskoeffizient der so hergestellten Diester wurde unter den folgenden Bedingungen gemessen:
• Meßvorrichtung Vierwalzen-Traktionsuntersuchungsmaschine vom Sodatyp
• Untersuchungs- Flüssigkeitstemperatur 20ºC bedingungen Walzentemperatur 30ºC
• mittlerer Hertzscher Druck 1,2 GPa Walzgeschwindigkeit 3,6 m/s
• Schlupfverhältnis 3,0%
• Wie durch die Werte aus Tabelle I illustriert wird, war die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit in ihrer Traktionsleistung den konventionellen Flüssigkeiten in bemerkenswerter Weise überlegen.
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
• Eine kommerziell erhältliche Antriebsflüssigkeit B (Santotrack hergestellt von der Monsanto Chemical Company), im Handel erhältliche Naphthenverbindungen C1 und C2 (mit 1 bis 3 Cyclohexylringen) und Phthalsäuredicyclohexylester D wurden als Vergleichsproben verwendet. Die Traktionskoeffizienten dieser Vergleichsproben wurden unter denselben Bedingungen, wie sie in den obigen Beispielen beschrieben sind, gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigen alle Vergleichsproben Traktionskoeffizienten, die 10 bis 15% geringer sind als die der erfindungsgemäßen Diesterverbindungen. Tabelle 1 Probe kinematische Viskosität Viskositätsindex Traktionskoeffizient Beispiel Vergleichsbeispiel unmöglich zu messen aufgrund von zu hoher Viskosität
Gewerbliche Anwendbarkeit
• Die erfindungsgemäße Antriebsflüssigkeit umfaßt die Einbringung eines Diesters mit zwei Cyclohexylringen, und zeigt nicht nur einen extrem hohen Traktionskoeffizienten, sondern ist auch preiswert und zeigt hervorragende Viskositätseigenschaften Daher führt die Verwendung dieser Antriebsflüssigkeit in einer Kraftübertragungsvorrichtung, insbesondere einer Zugkraftvorrichtung, zu einer deutlichen Erhöhung der Scherkraft unter Schwerlast. Dies ermöglicht gleichzeitig die Verringerung der Größe der Vorrichtung und verringerte Kosten der Vorrichtung.

Claims (6)

1. Antriebsflüssigkeit, die als Grundöl einen Diester mit der Formel

wobei jede der Gruppen A', die gleich oder verschieden sein können, eine Esterbindung von -COO- oder -OOC- ist;

n eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist;

jede der Gruppen R&sub1;, die gleich oder verschieden sein können, unabhängig ausgewählt ist aus Wasserstoff und Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, und

jede der Gruppen R&sub2;, die gleich oder verschieden sein können, unabhängig ausgewählt ist aus Alkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, oder ein Derivat hiervon umfaßt.

2. Antriebsflüssigkeit nach Anspruch 1, bei der R&sub1; unabhängig ausgewählt ist aus Wasserstoff und C&sub1;- bis C&sub4;-Alkylgruppen.

3. Antriebsflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der jede der Gruppen R&sub2; eine Methylgruppe ist.

4. Antriebsflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin mindestens ein Additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Antioxidans, einem Verschleißschutzmittel und einem Korrosionsschutzmittel in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.% umfaßt.

5. Antriebsflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin einen Viskositätsindexverbesserer in einer Menge von 1 bis 10 Gew.% umfaßt.

6. Verwendung eines Diesters nach Anspruch 1 als Grundöl für eine Antriebsflüssigkeit.