GETRIEBEÖL

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Getriebeöl.

[0002] Mechanische Getriebe werden im Maschinenbau sowie Kraftfahrzeugbau verwendet zur Drehzahl- und Drehmomentwandlung. Im Kraftfahrzeugbau dienen sie insbesondere der Anpassung eines geeigneten Betriebsfensters der verwendeten Antriebsmaschine (in der Regel ein Verbrennungsmotor) an den Betriebszustand des Fahrzeugs.

[0003] In Kraftfahrzeugen kommen manuelle Getriebe sowie verschiedene Varianten von automatischen Getrieben zum Einsatz. Gemeinsam ist allen Getrieben, dass ein Getriebeöl sowohl der Schmierung und damit dem Schutz bewegter Teile vor mechanischem Verschleiß als auch gegebenenfalls der Kühlung dient.

[0004] Bei automatischen Getrieben übernimmt das Getriebeöl regelmäßig eine Zusatzfunktion bei denjenigen Bauteilen, die den Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe herstellen bzw. trennen. Es kann sich dabei um einen hydraulischen Drehmomentwandler handeln, alternativ kommen mechanische Reibkupplungen zum Einsatz, beispielsweise bei den sogenannten Doppelkupplungsgetrieben. Beim Einsatz eines Drehmomentwandlers im Automatikgetriebe wird dieser häufig nur zum Zwecke des Anfahren und Wiederherstellen des Kraftschlusses nach einem Schaltvorgang eingesetzt, im stabilen Betrieb wird der Wandler häufig durch eine mechanische Reibkupplung überbrückt (Wandlerüberbrückung) um Wirkungsgradverluste durch den dauernden Betrieb eines hydraulischen Wandlers zu vermeiden.

[0005] In allen diesen Getriebevarianten muss das Getriebeöl neben der Schmierung und Kühlung der bewegten Teile zusätzlich als Hydrauliköl einsetzbar sein (hydraulischer Drehmomentwandler) oder aber zur Einstellung definierter Reibwerte bei nasslaufenden (im Getriebeöl laufenden) mechanischen Kupplungen, beispielsweise in Doppelkupplungsgetrieben oder bei der Wandlerüberbrückung eines Drehmomentwandlers.

[0006] Getriebeöle weisen regelmäßig ein Grundöl und Zusätze/Additive zur Einstellung der gewünschten Eigenschaften auf. Es ist aus offenkundiger Vorbenutzung bereits bekannt, synthetisch hergestellte Grundöle zu verwenden, die eine genauere Definition bzw. Einstellung der gewünschten Eigenschaften des Öles erlauben.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Getriebeöl zu schaffen, das sich insbesondere eignet zum Einsatz in Fahrzeuggetrieben und dabei gute Schmiereigenschaften mit hoher Energieeffizienz verbindet.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Getriebeöl als Grundöl ein Polyalphaolefin (PAO) mit einer Viskosität kV100 von 3 mm²/s oder weniger und einem Verdampfungsverlust (DIN ISO 51 581 Teil 1, 200°C, 1h; Noack-Test) von 15 Masse% oder weniger aufweist.

[0009] Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.

[0010] Der Begriff Getriebeöl bezeichnet ein zum Einsatz in mechanischen Getrieben geeignetes Öl, insbesondere zum Einsatz in Getrieben von Fahrzeugen, weiter bevorzugt Straßenfahrzeugen, weiter bevorzugt PKW und leichte Nutzfahrzeuge.

[0011] Ein erfindungsgemäßes Getriebeöl kann insbesondere ausgebildet sein als DCTF (Double Clutch Transmission Fluid; Doppelkupplungsgetriebeöl), ATF (Automatic Transmission Fluid, Öl für Automatikgetriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler) und MTF (Manual Transmission Fluid, Öl für manuelle Schaltgetriebe). Bei der Ausbildung als DCTF kann es erfindungsgemäß sowohl ausgebildet sein für Doppelkupplungsgetriebe mit nasslaufender als auch mit trockenlaufender Kupplung. Besonders bevorzugt ist es erfindungsgemäß ausgebildet als ein Getriebeöl für Getriebe, bei denen das Öl zusätzlich eine Funktion bei der Herstellung des Kraftschlusses in der Kupplung ausübt, also Doppelkupplungsgetriebe mit nasslaufender Kupplung, sowie Automatikgetriebe mit hydraulischem Drehmomentwandler und gegebenenfalls zusätzlich Reibkupplungen zur Wandlerüberbrückung. Ebenfalls in diese Kategorie fallen (in der Praxis selten vorkommende) Getriebeöle für automatisierte Schaltgetriebe mit lediglich einer mechanischen Kupplung.

[0012] Das Grundöl ist die Basis des Getriebeöls und in der Regel der Träger für die übrigen Inhaltsstoffe, die eine Einstellung der gewünschten Eigenschaften ermöglichen. Das Grundöl nimmt hier selbst an der Einstellung der gewünschten Eigenschaften teil. Das Grundöl kann, muss aber nicht, den wesentlichen Bestandteil der Inhaltsstoffe ausmachen. Fachüblich wird das Grundöl auch als Stellöl bezeichnet.

[0013] Als Grundöl wird erfindungsgemäß eine bestimmte Kategorie von Polyalphaolefinen (PAO) eingesetzt. Diese sind definiert durch eine im Anspruch angegebene Obergrenze der Viskosität und des Verdampfungsverlustes.

[0014] Die kinematische Viskosität bei 100°C wird im Labor gemäß DIN EN ISO 3104:1999-12 bestimmt. Dabei wird die Durchflusszeit eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens unter dem Einfluss der Schwerkraft durch die Kapillare eines kalibrierten Viskosimeters gemessen, unter reproduzierbarem Druckgefälle und bei genau geregelter Temperatur. Die kinematische Viskosität ist das Produkt der gemessenen Durchflusszeit und der Kalibrierungskonstante des Viskosimeters.

[0015] Der Verdampfungsverlust wird im Labor gemäß DIN ISO 51 581 Teil 1 bestimmt. Bei diesem so genannten Noack-Test wird der prozentuale Masseverlust eines Öles nach 1h bei 200°C bestimmt. Eine bevorzugte Obergrenze des Verdampfungsverlusts ist 10 Masse%.

[0016] Die Erfindung hat erkannt, dass ein Grundöl mit der beanspruchten Kombination von Eigenschaften einen sehr energieeffizienten Betrieb eines Getriebes ermöglicht. Dies ist insbesondere von Bedeutung bei der Ermittlung der CO2-Emission von Kraftfahrzeugen in einem Testzyklus wie beispielsweise dem in Europa zur Fahrzeugabnahme vorgeschriebenen NEDC (New European Driving Cycle). Überraschend ist insbesondere die erfindungsgemäße Erkenntnis, dass es dabei nicht lediglich auf die Viskosität des gesamten Getriebeöls ankommt, sondern die Viskosität des verwendeten Grundöls eine wesentliche Rolle spielt. Ein nicht bindender und die Erfindung nicht beschränkender Erklärungsversuch besteht darin, dass ein großer Teil der Energie in den schnelllaufenden Lagern der Getriebe verbraucht wird. Getriebeöle gleicher kV100, aber mit geringerer Grundölviskosität verbrauchen hier deutlich weniger Energie, da sie regelmäßig hoch polymere VI-Verbesserer enthalten, die sich bei den hohen Fließgeschwindigkeiten in den modernen Gleit- und Wälzlagern in Fließrichtung stellen und damit zu einer Absenkung der dynamischen Viskosität beitragen. Dies ist der bekannte temporäre Scherverlust, der reversibel ist und bei abnehmender Fließgeschwindigkeit wieder zu einem Anstieg zurück zur ursprünglichen Viskosität führt.

[0017] Der erfindungsgemäß ebenfalls definierte geringe Verdampfungsverlust führt dazu, dass ein Getriebeöl auf Basis eines solchen Grundöls eine hohe Langzeitbeständigkeit auch bei regelmäßig hohen Betriebstemperaturen aufweist. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Getriebeöl ein DCTF oder ATF ist. Es wird dann regelmäßig einer hohen thermischen Beanspruchung ausgesetzt, da es Reibungswärme aus Kupplungsbelägen aufnehmen und abführen muss. Andererseits muss es über die gesamte Betriebsdauer im Wesentlichen konstante und definierte Reibwerte aufweisen, da nur so ein definierter Betrieb der Kupplung und somit des Fahrzeugs bei Anfahr- und Schaltvorgängen möglich ist.

[0018] Bevorzugt enthält das Grundöl ein PAO erhältlich durch Dimerisierung und Hydrierung eines C12- und/oder C14-α-Olefins. Weiter bevorzugt basiert es darauf bzw. besteht daraus. Während im Stand der Technik bekannte PAOs durch Oligomerisierung von 1-Decen - Kohlenwasserstoffen hergestellt werden, die anschließend hydriert und dann durch fraktionierte Destillation in die verschiedenen kV100 - Fraktionen von 2,0; 4,0; 6,0 und 8,0 mm²/s etc. zerlegt werden, handelt es sich beim erfindungsgemäßen PAO um eine definierte Spezies, die aus dem Dimeren zweier C12 und/oder C14-α-Olefine aufgebaut ist, so dass nach anschließender Hydrierung ein gesättigter C24H50- bzw. C26H54-Kohlenwasserstoff entsteht.

[0019] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Grundöl ein PAO, erhältlich durch Trimerisierung und Hydrierung eines C8-α-Olefins. Man erhält so ebenfalls einen gesättigten C24H50-Kohlenwasserstoff.

[0020] Grundöle auf Basis dieser PAOs besitzen die erfindungsgemäße Kombination aus geringer Viskosität und hoher Beständigkeit gegenüber Verdampfung. Sie erlauben die Herstellung erfindungsgemäßer Getriebeöle, die hohe Energieeffizienz mit Langzeitbeständigkeit bei definierten, über die Lebensdauer im Wesentlichen konstanten Eigenschaften, insbesondere Reibeigenschaften, kombinieren.

[0021] Bevorzugt sind die eingesetzten α-Olefine unverzweigte Olefine. Dies trägt zur Einstellung definierter, gleichbleibender Eigenschaften des Grundöls bei.

[0022] Bevorzugt beträgt der der PAO-Gehalt eines erfindungsgemäßen Getriebeöls 10 bis 95 Masse%, weiter vorzugsweise 30 bis 95 Masse%, 50 bis 95 Masse%, 70 bis 95 Masse%, 70 bis 90 Masse% und 75 bis 90 Masse%.

[0023] Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung weist das Getriebeöl insgesamt eine Viskosität kV100 von 7 mm²/s oder weniger und einen Verdampfungsverlust (DIN ISO 51 581 Teil 1, 200°C, 1h; Noack-Test) von 10 Masse% oder weniger auf. Weitere bevorzugte obere Grenzwerte für die Viskosität kV 100 sind 7,0; 5,5; 4,0; 3,5 und 3,3 mm²/s unter den oben angegebenen Messbedingungen. Die Kombination der genannten Viskosität für das Grundöl einerseits und das gesamte Getriebeöl andererseits führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich der Energieeffizienz.

[0024] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Polyalphaolefins (PAO) mit einer Viskosität kV100 von 3 mm²/s oder weniger und einem Verdampfungsverlust (DIN ISO 51 581 Teil 1, 200°C, 1h; Noack-Test) von 15 Masse% oder weniger als Grundöl bei der Herstellung eines Getriebeöls. Hinsichtlich vorteilhafter Varianten dieser Verwendung wird auf die Ausführungen oben zum erfindungsgemäßen Getriebeöl verwiesen.

[0025] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.

Beispiel 1

[0026] In diesem Beispiel wird der Verdampfungsverlust eines erfindungsgemäßen Grundöls verglichen mit dem Stand der Technik.

[0027] Als erfindungsgemäßes Öl wird ein als PAO 2.5 bezeichnetes PAO eingesetzt, das durch Dimerisierung und Hydrierung eines C12-α-Olefins erhalten wurde. Es weist eine kV 100 von 2,5 mm²/s auf.

[0028] PAOs des Standes der Technik werden durch Oligomerisierung von 1-Decen-Kohlenwasserstoffen hergestellt, die anschließend hydriert und dann durch fraktionierte Destillation in die verschiedenen kV100-Fraktionen von 2,0; 4,0; 6,0 und 8,0 mm²/s etc. zerlegt werden.

[0029] Kommerziell erhältliches PAO 2 weist eine kV 100 von 2 mm²/s auf, also ebenfalls eine geringe Viskosität wie das Grundöl der vorliegenden Erfindung.

[0030] Verdampfungsverlust nach DIN ISO 51 581 Teil 1 bei 200°C / 1h, Noack-Test:

PAO 2.5 (Erfindung):	8,7 Masse%
PAO 2 (Vergleich):	34,6 Masse%

[0031] Man erkennt, dass ein Grundöl mit einer niedrigen Viskosität des Standes der Technik einen unakzeptabel hohen Verdampfungsverlust aufweist.

Beispiel 2

[0032] In diesem Beispiel werden drei erfindungsgemäße Getriebeöle auf Basis des Grundöls PAO 2.5 hergestellt.

Tabelle 1

Name / Code	WF052-024	WF052-025	WF052-029
PAO 2.5 (Masse%)	85, 8	89,3	77,2
VI-Verbesserer 1) (Masse%)	3,5	0	12,1
Additive 2) (Masse%)	10,7	10,7	10,7
Dichte 15°C (kg/m3)	820,5	817,5	829,3
kV100 (mm2/s)	3, 997	3,258	7,024
kV40 (mm2/s)	14,36	11,99	24,59
dV -40°C (mPa*s)	1180	1040	2180
Verdampfungsverlust 1h/200°C (Masse%)	7,8	8, 3	7,4

1) Handelsüblichen Polymethacrylat VI-Verbesserer. Hersteller: Firma Rohmax Additives GmbH, Weiterstadt, Viscoplex - Serie. 2) DCTF - Additivtechnologie der Afton Chemical Corporation, Richmond, USA, aus der Hitec - Serie.

Beispiel 3

[0033] In diesem Beispiel wird dargestellt, inwieweit sich mittels eines erfindungsgemäßen Getriebeöls ein Verbrauchsvorteil in einem Fahrversuch gemäß NEDC erzielen lässt. Als Testfahrzeug eingesetzt wurde ein VW T5 Multivan 2.0 TSI, 150 kW, 350 Nm, mit dem VW Doppelkupplungsgetriebe DCT DQ500 mit nasslaufender Kupplung.

Tabelle 2)

	Referenz	Ultra Low Vis-2	Ultra Low Vis-3
Name/Code	1. DCTF Generation	WF052-024	WF052-025
Grundölkonzept	HC 4/PAO 6	PAO 2.5	PAO 2.5
kV100 (mm2/s)	7,2	4	3,3
VI-Verbesserer	+	+	-
Grundölviskosität (mm2/s)	4,46	2.5	2.5
FZG (A10/16.6R/90) SKS	6	7	5
NEDC (l/100 km)	10,81 / 10,83 = 10,82	10,61	10,56
Energieeinsparung (%)	Basis	1,94	2,4

Ansprüche

1. Getriebeöl, dadurch gekennzeichnet, dass es als Grundöl ein Polyalphaolefin (PAO) mit einer Viskosität kV100 von 3 mm2/s oder weniger und einem Verdampfungsverlust (DIN ISO 51 581 Teil 1, 200°C, 1h; Noack-Test) von 15 Masse% oder weniger aufweist.

2. Getriebeöl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsverlust 10 Masse% oder weniger beträgt.

3. Getriebeöl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundöl ein PAO aufweist erhältlich durch Dimerisierung und Hydrierung eines C12- und/oder C14-α-Olefins.

4. Getriebeöl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundöl ein PAO aufweist erhältlich durch Trimerisierung und Hydrierung eines C8-α-Olefins.

5. Getriebeöl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten α-Olefine unverzweigte Olefine sind.

6. Getriebeöl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der PAO-Gehalt 10 bis 95 Masse% beträgt.

7. Getriebeöl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es als DCTF, ATF oder MTF ausgebildet ist.

8. Getriebeöl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Viskosität kV100 von 7 mm²/s oder weniger und einen Verdampfungsverlust (DIN ISO 51 581 Teil 1, 200°C, 1h; Noack-Test) von 10 Masse% oder weniger aufweist.

9. Verwendung eines Polyalphaolefins (PAO) mit einer Viskosität kV100 von 3 mm²/s oder weniger und einem Verdampfungsverlust (DIN ISO 51 581 Teil 1, 200°C, 1h; Noack-Test) von 15 Masse% oder weniger als Grundöl bei der Herstellung eines Getriebeöls.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsverlust 10 Masse% oder weniger beträgt.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeöl ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus DCTF, ATF und MTF.