DE602004005932T2

DE602004005932T2 - Kettenantrieb

Info

Publication number: DE602004005932T2
Application number: DE602004005932T
Authority: DE
Inventors: Takashi Murata; Takuya Hirata; Makoto Kano; Yutaka Mabuchi; Takahiro Hamada; Masashi Yamaguchi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: US20050037879A1; DE602004005932D1; JP4117553B2; EP1507099B1; CN1580611A; US7572200B2; CN1318780C; JP2005061441A; EP1507099A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kettenantriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und der Offenbarung der EP 1300608 A , die Teile umfasst, die mit einem geringeren Reibungswiderstand und Verschleiß aufeinander gleiten, um die Lebensdauer zu erhöhen, säkulare Verschlechterungen in Bezug auf die Systemleistung zu verhindern und, wenn das System zum Übertragen der Drehung einer Kurbelwelle an eine Ventilantriebsnockenwelle in einer Verbrennungsmaschine verwendet wird, die Maschinenleistung und die Brennstoffeffizienz zu verbessern.
Die Druckschrift JP 06264993A offenbart eine Kettenantriebssystemart zum Übertragen der Drehung einer Kurbelwelle auf ein Paar von Ventilantriebsnockenwellen in einer Verbrennungsmaschine, wobei das Kettenantriebssystem ein Kurbelwellenkettenrad, das mit der Kurbelwelle verbunden ist, Nockenwellenkettenräder, die mit entsprechenden Nockenwellen verbunden sind, einer Kette, die über das Kurbelwellenkettenrad und die Nockenwellenkettenräder geführt ist, eine Kettenführung, welche die Kette in einer ordnungsgemäßen Kettenantriebsrichtung führt, und eine Kettenspanneinheit umfasst, die eine Spannung der Kette hydraulisch steuert. Bei der zuvor beschriebenen Kettenantriebssystemart kann entweder eine Rollenkette oder eine geräuscharme Kette verwendet werden, wie es in dem Dokument JP 11190406 A vorgeschlagen ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Kette umfasst allgemein eine Mehrzahl von Kettenplatten, die mit Hilfe von Stiften miteinander verbunden sind. Aufgrund der Gleitreibung zwischen dem Stift und der Kettenplatte und zwischen jeweils zwei benachbarten Kettenplatten bestehen jedoch verschiedene Probleme, wie beispielsweise Energieverlust, Lärm, Verschleiß und Kettenverlängerung. Außerdem können durch die Kettenverlängerung Leistungsverschlechterungen (wie beispielsweise eine Steuerzeitverzögerung) des Kettenantriebssystems verursacht werden.
Ferner umfasst die Kettenspanneinrichtungseinheit eine Durchhangsführung, einen Spanneinrichtungskörper und einen Kolben, der gleitbar mit dem Spanneinrichtungskörper in Eingriff ist, um die Durchhangsführung gegen die Kette zu drücken, um auf diese Weise die Bewegung der Kette zu steuern, eine Anfangsspannung auf die Kette auszuüben und entsprechend ein Schlagen der Kette beim Anlassen der Maschine zu verhindern. Obwohl es wünschenswert ist, einen Zwischenraum zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben zu minimieren, um eine Ölleckage während eines Anhaltens der Maschine zu vermeiden und um das Aufbringen einer Anfangsspannung auf die Kette zu vereinfachen, nimmt die Gleitreibung zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben mit der Verkleinerung des Zwischenraums zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben zu. Wenn die Gleitreibung zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben erhöht wird, werden der Spanneinrichtungskörper und der Kolben einem starken Verschleiß ausgesetzt, so dass die Wahrscheinlichkeit einer Ölleckage zunimmt. Zudem wird die Reaktion der Spanneinrichtung auf die Energiezufuhr seitens der Kette verschlechtert. Somit kann die Kettenspanneinrichtungseinheit die Kettenbewegung nicht ordnungsgemäß steuern, was zu einem Schlagen der Kette führt.
Es entstehen noch weitere Probleme, wie beispielsweise Energieverlust, Lärm und Verschleiß, der durch die Gleitreibung zwischen der Kette und dem Kettenrad und zwischen der Kette und der Kettenführung erzeugt wird, eine Festigkeitsverringerung und ein früher Ersatz von Teilen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kettenantriebssystem zu schaffen, das gegenüberliegende Teile aufweist, die mit geringerem Reibungswiderstand und Verschleiß aufeinander gleiten, um einen Energieverlust und Lärm zu verhindern und um die Lebensdauer zu erhöhen, so dass die Betriebsleistung und Effizienz jedes Gerätes, wie beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, die mit dem Kettenantriebssystem ausgerüstet ist, zu verbessern.
Als Ergebnis umfangreicher Untersuchungen stellten die vorliegenden Erfinder fest, dass ein Paar von gegenüberliegenden Gleitteilen stark verbesserte Eigenschaft in Bezug auf geringe Reibung und eine stark verbesserte Lebensdauer in Gegenwart eines spezifischen Schmieröls zeigt, wenn eines oder beide der Gleitteile mit dünnen Be schichtungsfilmen aus hartem Karbon beschichtet sind. Die vorliegende Erfindung basiert auf der zuvor genannten Feststellung.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Kettenantriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines Kettenantriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Draufsicht einer geräuscharmen Kette, die in dem in 1 dargestellten Kettenantriebssystem verwendet werden kann.
2B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Kettenteils der in 2A dargestellten geräuscharmen Kette.
3A ist eine Draufsicht einer Rollenkette, die bei dem in 1 dargestellten Kettenantriebssystem verwendet werden kann.
3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Kettenteils der in 3A dargestellten Rollenkette.
Die 4A, 4B, 4C und 4D sind Beispiele der Ausbildung von dünnen Beschichtungsfilmen aus hartem Karbon auf der in 2A dargestellten geräuscharmen Kette.
Die 5A, 5B, 5C und 5D sind Beispiele der Ausbildung von dünnen Beschichtungsfilmen aus hartem Karbon auf der in 3A dargestellten Rollenkette.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend genauer beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich alle Prozentangaben (%) auf Masse-%, außer wenn es explizit anders angezeigt ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst ein Kettenantriebssystem 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein erstes Kettenrad 2 (als ein Antriebs-Kettenrad), ein Paar von zweiten und dritten Kettenrädern 3 und 4 (als angetriebene Kettenräder) und eine geräuscharme Kette 5 oder Rollenkette 6. Die Kette 5 oder 6 ist aus Kettenteilen gebildet und über die ersten und zweiten Kettenräder 2, 3 und 4 geführt, so dass sie in einer Kettenantriebsrichtung (wie es durch einen Pfeil in 1 angezeigt ist) bewegbar ist. Das Kettenantriebssystem 1 umfasst ferner eine Kettenführung 7 und eine Kettenspanneinrichtungseinheit mit einer Durchhangsführung 8 und einer Spanneinrichtung 9, um eine auf die Kette 5 oder 6 ausgeübte Spannung zu steuern, wie es in 1 gezeigt ist. Die Kettenführung 7 ist zwischen ersten und dritten Kettenrädern 2 und 4 angeordnet, um die Bewegung der Kette 5 oder 6 ordnungsgemäß in der Kettenantriebsrichtung zu führen. Die Durchhangsführung 8 ist zwischen ersten und zweiten Kettenrädern 2 oder 3 angeordnet und schwenkbar durch eine Schwenkwelle 8a gehalten. Die Spanneinrichtung 9 umfasst einen Kolben 9a, der gleitbar in dem Spanneinrichtungskörper in Eingriff ist, so dass der Kolben 9a vorsteht, um die Durchhangsführung 8 gegen die Kette 5 oder 6 zu drücken. Diese Systemteile 2, 3, 4, 5 oder 6, 7, 8 und 9 werden mit einem Schmieröl geschmiert, um die Gleitreibung zwischen diesen Teilen zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform haben wenigstens die Gleitflächen zwischen den Kettenrädern 2, 3, 4 und der Kette 5, 6, wenigstens eine der Gleitflächen zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Kettenkomponenten der Kette 5, 6, wenigstens eine der Gleitflächen zwischen der Kette 5, 6 und der Führung 7, 8, wenigstens eine der Gleitflächen zwischen der Durchhangsführung 8 und der Schwenkwelle 8a und wenigstens eine der Gleitflächen zwischen dem Kolben 9a und dem Spanneinrichtungskörper dünne Beschichtungen aus hartem Karbon Fc.
Genauer gesagt umfasst die geräuscharme Kette 5 eine Mehrzahl von Kettenplatten 51, die mit Hilfe von Stiften 52 miteinander verbunden sind, wie es in den 2A und 2B gezeigt ist. (In diesem Fall wirken die Kettenplatten 51 und die Stifte 52 als die Kettenteile). Jede Kettenplatte 51 umfasst zwei Zähne 51a, die an der Innenradiusseite der Kette 5 angeordnet sind, d.h. an derjenigen Seite der Kettenplatte 51, die zu den Kettenrädern 2, 3 und 4 weist. Ein Stiftloch 51b ist in der Kettenplatte 51 ausgebildet, und der Stift 52 ist mit dem Stiftloch 51b in Eingriff, um eine Kettenplatte 51 mit einer anderen zu verbinden.
Der äußere zylindrische Bereich des Stiftes 52 kommt in Gleitkontakt mit dem inneren zylindrischen Bereich des Stiftloches 51b. Die äußeren zylindrischen Bereiche der Stifte 52 und die inneren zylindrischen Bereiche der Stiftlöcher 51b sind jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt, wie es in 4A gezeigt ist. Alternativ können entweder die äußeren zylindrischen Bereiche der Stifte 52 oder die inneren zylindrischen Bereiche der Stiftlöcher 51b mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt sein.
Der äußere laterale Bereich der Kettenplatte 51, der an der Außenradiusseite der Kette 5 (gegenüber der Zahnseite) angeordnet ist, kommt mit dem Führungsbereich der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 in Kontakt. Wie es in 4B gezeigt ist, sind die äußeren lateralen Bereiche der Kettenplatten 51 jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt. Alternativ ist es möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an den Führungsbereichen der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 aufzutragen, anstatt harte Karbonbeschichtungen Fc an den äußeren lateralen Bereichen der Kettenplatten 51 aufzutragen, oder es ist auch möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an sämtlichen Außenseitenlateralbereichen der Kettenplatten 51 und an den Führungsbereichen der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 aufzutragen.
Die gegenüberliegenden Plattenabschnitte jeder Kettenplatte 51 kommen mit den Plattenbereichen jeder benachbarten Kettenplatte 51 in Gleitkontakt. Die Plattenabschnitte der Kettenplatten 51 sind jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt, wie es in 4C gezeigt ist. Alternativ kann entweder einer der Plattenabschnitte jeder Kettenplatte 51 mit einer harten Karbonbeschichtung Fc bedeckt werden.
Der Zahnabschnitt der Kettenplatte 51 kommt mit den Zahnabschnitten der Kettenräder 2, 3 und 4 in Gleitkontakt. Wie es in 4D gezeigt ist, sind die Zahnabschnitte der Kettenplatten 51 jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt. Es ist alternativ möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an den Zahnabschnitten der Kettenräder 2, 3 und 4 aufzutragen, anstatt harte Karbonbeschichtungen Fc an den Zahnabschnitten der Kettenplatten 51 aufzutragen, oder es ist möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an sämtlichen der Zahnabschnitte der Kettenplatten 51 und der Zahnabschnitte des Kettenrades 2, 3 und 4 aufzutragen.
Wie es in den 3A und 3B gezeigt ist, umfasst die Rollenkette 6 eine Mehrzahl von ovalen Kettenplatten 51, die mit Hilfe von Buchsen 62 und Stiften 63 miteinander verbunden sind (in dem vorliegenden Fall wirken die Kettenplatten 51, die Buchsen 62 und die Stifte 63 als Kettenteile). Ein Stiftloch 61a ist in jeder Kettenplatte 61 ausgebildet, und eine Buchse 62 und ein Stift 53 sind gleitend in das Stiftloch 61a eingesetzt, um eine Kettenplatte 61 mit einer anderen zu verbinden.
Der äußere zylindrische Abschnitt des Stiftes 63 kommt mit dem inneren zylindrischen Abschnitt des Stiftloches 61a und dem inneren zylindrischen Abschnitt der Buchse 62 in Gleitkontakt. Die äußeren zylindrischen Abschnitte der Stifte 63, die inneren zylindrischen Abschnitte der Stiftlöcher 61a und die inneren zylindrischen Abschnitte der Buchsen 62 sind jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt, wie es in 5A gezeigt ist. Alternativ können entweder die äußeren zylindrischen Abschnitte der Stifte 63 oder die inneren zylindrischen Abschnitte der Stiftlöcher 61a und die Buchsen 62 mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt sein.
Der äußere laterale Abschnitt der Kettenplatte 61 kommt mit den Führungsabschnitten der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 in Gleitkontakt. Wie es in 5B gezeigt ist, sind die äußeren lateralen Abschnitte der Kettenplatten 61 jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt. Es ist alternativ möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an den Führungsabschnitten der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 aufzutragen, anstatt harte Karbonbeschichtungen Fc an den äußeren lateralen Abschnitten in den Kettenplatten 61 aufzutragen, oder es ist möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an sämtlichen in den äußeren lateralen Abschnitten der Kettenplatten 61 und der Führungsbereiche der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 aufzutragen.
Die gegenüberliegenden Plattenabschnitte der Kettenplatte 61 kommen mit den Plattenabschnitten jeder benachbarten Kettenplatte 61 in Gleitkontakt. Die Plattenabschnitte der Kettenplatten 61 sind jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt, wie es in 5C gezeigt ist. Alternativ kann einer der Plattenabschnitte jeder Kettenplatte 61 mit einer harten Karbonbeschichtung Fc bedeckt sein.
Der äußere zylindrische Abschnitt der Buchse 62 kommt mit den Zahnabschnitten der Kettenräder 2, 3 und 4 in Gleitkontakt. Wie es in 5D gezeigt ist, sind die äußeren zylindrischen Abschnitte der Buchsen 62 jeweils mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt. Es ist alternativ möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an den Zahnabschnitten der Kettenräder 2, 3 und 4 aufzutragen, anstatt harte Karbonbeschichtungen Fc an den äußeren zylindrischen Abschnitten der Buchsen 62 aufzutragen, oder es ist möglich, harte Karbonbeschichtungen Fc an sämtlichen der äußeren zylindrischen Abschnitte der Buchsen 62 und der Zahnabschnitte des Kettenrades 2, 3 und 4 aufzutragen.
Zudem sind der Lagerabschnitt der Durchgangsführung 8 und der äußere Abschnitt der Schwenkwelle 8a aufeinander gleitbar. Obwohl es in den Zeichnungen nicht speziell dargestellt ist, ist entweder der Lagerabschnitt der Durchgangsführung 8 oder der äußere zylindrische Abschnitt der Schwenkwelle 8a mit einer harten Karbonbeschichtung Fc bedeckt, oder beide der genannten Bauteile sind mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt.
Der äußere Abschnitt des Kolbens 9a und der Lagerabschnitt des Spanneinrichtungskörpers sind ebenfalls aufeinander gleitbar, und entweder der äußere Abschnitt des Kolbens 9a oder der Lagerabschnitt des Spanneinrichtungskörpers ist mit einer Karbonbeschichtung Fc bedeckt, oder beide der genannten Bauteile sind mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt.
Harte Karbonbeschichtungen Fc sind normalerweise aus amorphem Karbonmaterial hergestellt, wie beispielsweise diamantartiges Karbon(DLC)-Material, indem Karbon elemente in beiden sp² und sp³-Hybridisierungen vorhanden sind, um eine Verbundstruktur von Graphit und Diamant zu erzeugen. Spezifische Beispiele des DLC-Materials umfassen wasserstofffreies, amorphes Karbon (a-C), wasserstoffhaltiges amorphes Karbon (a-C:H) und/oder Metallkarbid oder Metallkarbon (MeC), das als ein Bestandteil ein Metallelement aus Titan (Ti) oder Molybdän (Mo) enthält.
Der Reibungskoeffizient zwischen jeweils zwei benachbarten Gleitflächen der Kettenräder 2, 3, 4 der Kette 5 oder 6, der Kettenführung 7, der Durchhangsführung 8 und der Spanneinrichtung 9 erhöht sich mit dem Wasserstoffgehalt der harten Karbonbeschichtung Fc. Es wird daher bevorzugt, dass die harten Karbonbeschichtungen Fc einen Wasserstoffgehalt von 10 Atom-% oder weniger aufweisen, besser noch 1,0 Atom-% oder weniger, um die Gleitreibung zwischen entsprechenden zwei benachbarten Gleitflächen der Kettenräder 2, 3, 4, der Kette 5 oder 6, der Kettenführung 7, der Durchhangsführung 8 und der Spanneinrichtung 9 zu verringern und auf diese Weise stabile Gleiteigenschaften für die Kettenräder 2, 3, 4, die Kette 5 oder 6, die Kettenführung 7, die Durchhangsführung 8 und die Spanneinrichtung 9 zu schaffen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Wasserstoffgehalt jeder harten Karbonbeschichtung Fc auf 1,0 Atom-% oder weniger eingestellt. Derartige harte Karbonbeschichtungen Fc, die einen geringen Wasserstoffgehalt aufweisen, können mit Hilfe eines Abscheidungsverfahrens aus der Dampfphase (PVD) ausgebildet werden, beispielsweise Lichtbogenionenplattierung, bei dem die Beschichtungsatmosphäre im wesentlichen kein Wasserstoff und wasserstoffhaltige Verbindungen enthält. Um den Wasserstoffgehalt von harten Karbonbeschichtungen Fc zu senken, kann es hilfreich sein, einen Reaktionsbehälter und Trageeinbauten zu brennen und die Basisabschnitte der Kettenräder 2, 3, 4, der Kette 5 oder 6, der Kettenführung 7, der Durchhangsführung 8 und der Spanneinrichtung 9 (d.h., die Zahnabschnitte der Kettenräder 2, 3 und 4, den Zahnabschnitt, den äußeren lateralen Abschnitt und die Plattenabschnitte der Kettenplatte 51, den äußeren zylindrischen Abschnitt des Stiftes 52, den inneren zylindrischen Abschnitt des Stiftloches 51b, den äußeren lateralen Abschnitt und die Plattenabschnitte der Kettenplatte 61, den äußeren zylindrischen Abschnitt des Stiftes 63, den inneren zylindrischen Abschnitt des Stiftloches 61a, die inneren und äußeren zylindrischen Abschnitte der Buchse 62, den Führungsabschnitt der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8, den Lagerabschnitt der Durchhangsführung 8, den äußeren Abschnitt der Schwenkwelle 8a, den äußeren Abschnitt des Kolbens 9a, den Lagerabschnitt des Spanneinrichtungskörpers) zu reinigen, bevor die harten Karbonbeschichtungen Fc erzeugt werden.
Zudem werden die Basisabschnitte der Kettenräder 2, 3, 4, die Kette 5 oder 6, die Kettenführung 7, die Durchhangsführung 8 und die Spanneinrichtung 9 bevorzugt endbearbeitet, so dass sich eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit Ra von mehr als 0,3 μm in einem Zustand ergibt, bevor die harten Karbonbeschichtungen Fc auf den Basisabschnitten der Kettenräder 2, 3, 4, der Kette 5 oder 6, der Kettenführung 7, der Durchhangsführung 8 und der Spanneinrichtung 9 ausgebildet. Wenn die Oberflächenrauhigkeit Ra 0,3 μm übersteigt, erhöhen die Oberflächenrauhigkeitsvorsprünge der harten Karbonbeschichtung Fc einen lokalen Hertz-Kontaktdruck an der gegenüberliegenden Gleitfläche. Dies führt zu einem Anstieg des Auftretens von Rissbildung in der harten Karbonbeschichtung Fc. Hierin wird die Oberflächenrauhigkeit Ra als eine Mittellinien-Durchschnittsoberflächenrauhigkeit "Ra₇₅" gemäß JIS B0601 bei der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Das Schmieröl wird bevorzugt hergestellt, indem ein Basisöl mit wenigstens einem aschelosen Reibwertveränderer aus Fettester und ein ascheloser Reibwertveränderer aus aliphatischem Amin gemischt werden, um die Reibung zwischen den Gleitteilen effektiv zu verringern.
Das Basisöl ist nicht speziell beschränkt, so dass es aus herkömmlich verwendeten Gleitmittelbasiszusammensetzungen ausgewählt werden kann, wie beispielsweise Mineralöle, synthetische Öle und Fette.
Spezifische Beispiele der Mineralöle umfassen normale Paraffinöle und auf Paraffin- basierende oder auf Naphthen basierende Öle, die durch Extrahieren von Schmierölfraktionen aus Petroleum mittels atmosphärischer Destillation oder Niederdruck-Destillation erzeugt werden, woraufhin die erzielten Schmierölfraktionen durch eine der nachfolgend genannten Behandlungen gereinigt werden: Lösungsmittel-„Deasphalting", Lösungsmittelextraktion, Hydrocracking, Lösungsmittel-Entparaffinieren, Hydro-Refining, Wachs-Isomerisation, Schwefelsäurebehandlung und Ton-Raffination. Obwohl die Schmierölfraktion normalerweise durch Hydro- oder Lösungsmittel-Raffination gereinigt wird, ist es bevorzugt, das Mineralöl zu verwenden, das durch Reinigungen der Schmierölfraktion mit Hilfe eines tiefen Hydrocracking-Prozesses oder eines GTL(Gas-to-Liquid)-Wachs-Isomerisationsprozesses zur Reduzierung eines Aromastoffgehaltes in dem Öl erzeugt wird.
Spezifische Beispiele der synthetischen Öle umfassen: Poly-α-Olefine (PAO), wie beispielsweise 1-Octen-Oligomer, 1-Decen-Oligomer und Ethylenpropylen-Oligomer, und hydrierter Produkte von diesen; Isobuten-Oligomer und hydrierte Produkte von diesem; Isoparaffine; Alkylbenzol; Alkylnaphthalene; Diester, wie beispielsweise Ditridecyl-Glutarat, Dioctyladipat, Diisodecyl-Adipat, Ditridecyl-Adipat und Dioctyl-Sebacinsäurester; Polyalkoholester, wie beispielsweise Trimethylolpropan-Ester (beispielsweise Trimethylolpropan-Caprylat, Trimethylolpropan-Pelargonat und Trimethylolpropan-Isostearat) und Pentaerythritol-Ester (beispielsweise Pentaerythritol-2-Ethyl-Hexanoat und Pentaerythritol-Pelargonat)); Polyoxyalkylen-Glykole; Dialkyl-Diphenylester; und Polyphenyl-Ether. Unter anderem sind Poly-α-Olefine, wie beispielsweise ein 1-Octen-Oligomer und ein 1-Decen-Oligomer, und hydrierte Produkte von diesen bevorzugt.
Die zuvor genannten Basisölverbindungen können alleine oder in Kombination verwendet werden. Wenn als Basisöl eine Mischung von zwei oder mehreren Basisölzusammensetzungen verwendet wird, gibt es keine besondere Grenze in Bezug auf das Mischverhältnis der Basisölverbindungen.
Der Schwefelgehalt des Basisöls ist nicht besonders eingeschränkt und beträgt basierend auf der Gesamtmasse des Basisöls vorzugsweise 0,2% oder weniger, besser noch 0,1% oder weniger, noch besser 0,05% oder weniger. Es ist wünschenswert, das hydroraffinierte Mineralöl oder das synthetische Öl zu verwenden, da das hydro-raffinierte Mineralöl und das synthetische Öl jeweils einen Schwefelgehalt von nicht mehr als 0,005% oder im wesentlichen keinen Schwefelgehalt (nicht mehr als 5 ppm) aufweisen.
Der Anteil an Aromastoffen des Basisöls ist nicht besonders eingeschränkt. Vorliegend ist der Anteil an Aromastoffen als die Menge einer Fraktion von Aromastoffen definiert, die gemäß ASTM D2549 bestimmt wird. Um sicherzustellen, dass das Schmieröl seine Eigenschaften in Bezug auf eine geringe Reibung beibehält, um es für einen längeren Zeitraum in einer Verbrennungsmaschine zu verwenden, weist der Anteil an Aromastof fen des Basisöls basierend auf der Gesamtmasse des Basisöls vorzugsweise 15% oder weniger, besser noch 10% oder weniger, und noch besser vorzugsweise 5% oder weniger auf. Wenn der Anteil an Aromastoffen des Basisöls 15% überschreitet, wird die Oxidationsstabilität des Schmieröls unerwünscht verschlechtert.
Die kinematische Viskosität des Basisöls ist nicht besonders eingeschränkt. Um Schmieröl in einer Verbrennungsmaschine zu verwenden, beträgt die kinematische Viskosität des Basisöls gemessen bei 100°C bevorzugt 2 mm²/s oder mehr, besser noch 3 mm²/s oder mehr, gleichzeitig vorzugsweise 20 mm²/s oder weniger, besser noch 10 mm²/s oder weniger, noch besser 8 mm²/s oder weniger. Wenn die kinematische Viskosität des Basisöls weniger als 2 mm²/s bei 100°C beträgt, besteht die Möglichkeit, dass das Schmieröl keinen ausreichenden Verschleißwiderstand schafft und einen starken Verdampfungsverlust erzeugt. Wenn die kinematische Viskosität des Basisöls 20 mm²/s bei 100°C überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass das Schmieröl keine Eigenschaften in Bezug auf geringe Reibung aufweist und eine Verschlechterung im Bezug auf die Niedrigtemperaturleistung verursacht.
Wenn zwei oder mehr Basisölzverbindungen in Kombination verwendet werden, ist es erforderlich, die kinematische Viskosität jeder Basisölzusammensetzung innerhalb eines solchen spezifischen Bereiches derart zu beschränken, dass die kinematische Viskosität der Mischung der Basisölverbindungen bei 100°C in dem zuvor spezifizierten Bereich liegt.
Der Viskositätsindex des Basisöls ist nicht besonders eingeschränkt, und ist bevorzugt 80 oder höher, besser noch 100 oder höher, am besten 120 oder höher, um das Schmieröl in einer Verbrennungsmaschine zu verwenden. Wenn das Basisöl einen höheren Viskositätsindex aufweist, wird weniger Schmieröl verbraucht und das Schmieröl kann gute Niedrigtemperaturviskositätseigenschaften erzielen.
Als Reibwerteveränderer aus Fettester und als Reibwertveränderer aus aliphatischem Amin können Fettsäureester und aliphatische Amine verwendet werden, die jeweils gerade oder verzweigte C₆-C₃₀ Kohlenwasserstoffketten aufweisen, bevorzugt gerade oder verzweigte C₈-C₂₄ Kohlenwasserstoffketten, besser noch gerade oder verzweigte C₁₀-C₂₀ Kohlenwasserstoffketten. Wenn die Kohlenstoffanzahl der Kohlenwasserstoffkette des Reibwertveränderers nicht innerhalb des Bereiches von 6 bis 30 liegt, besteht die Möglichkeit, dass ein gewünschter Reibungsverringerungseffekt nicht erzeugt wird. Spezifische Beispiele der geraden oder verzweigten C₆-C₃₀ Kohlenwasserstoffketten der Fettester-Reibwertveränderer und der Reibwertveränderer aus aliphatischem Amin umfassen: Alkylgruppen, wie beispielsweise Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Icosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl, Tetracosyl, Pentacosyl, Hexacosyl, Heptacosyl, Octakosyl, Nonacosyl und Triacontyl; und Alkenylgruppen, wie beispielsweise Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl, Nonadecenyl, Icosenyl, Heneicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl, Tetracosenyl, Pentacosenyl, Hexacosenyl, Heptacosenyl, Octacosenyl, Nonacosenyl und Triacontenyl. Die zuvor genannten Alkyl- und Alkenyl-Gruppen umfassen sämtliche der möglichen Isomere.
Die Fettsäureester sind bevorzugt beispielsweise Ester von Fettsäuren mit den zuvor beschriebenen C₆-C₃₀ Kohlenwasserstoffgruppen und einwertigen oder mehrwertigen aliphatischen Alkoholen. Spezifische Beispiele solcher Fettsäureester umfassen Glycerol-monooleat, Glycerol-dioleat, Sorbitan-monooleat und Sorbitan-dioleat.
Die aliphatischen Amine sind bevorzugt beispielsweise aliphatische Monoamine und Alkenoxid-Addukte von diesen, aliphatische Polyamine, Imidazoline und Derivate von diesen, jeweils mit den zuvor beschriebenen C₆-C₃₀ Kohlenwasserstoffgruppen. Spezifische Beispiele solcher aliphatischen Amine umfassen: aliphatische Aminverbindungen, wie beispielsweise Laurylamin, Lauryldiethylamin, Lauryldiethanolamin, Dodecyldipropanolamin, Palmitylamin, Stearylamin, Stearyltetraethylenpentamin, Oleylamin, Oleylpropylendiamin, Oleyldiethanolamin und N-Hydroxyethyloleylimidazolin; Alkenoxid-Addukte der zuvor genannten aliphatischen Aminverbindungen, wie beispielsweise N,N-Dipolyoxyalkylen-N-alkyl- oder Alkenyl(C₆-C₂₈)-Amine; und säuremodifizierte Verbindungen, die durch eine Reaktion der zuvor genannten aliphatischen Aminverbindungen mit C₂-C₃₀-Monocarbonsäuren (wie beispielsweise Fettsäuren) oder C₂-C₃₀-Polycarbonsäuren (wie beispielsweise Oxalsäure, Phthalsäure, Trimellitsäure und Pyromellitsäure) zur Neutralisierung oder Amidierung der gesamten oder von Teilen der verbleibenden Amino- und/oder Imino-Gruppen hergestellt werden. Vor allem wird bevorzugt N,N-Dipolyoxyethylen-N-oleylamin verwendet.
Die Menge des Fettester-Reibwertveränderers und/oder des Reibwertveränderers aus aliphatischem Amin, die in dem Schmieröl enthalten ist, ist nicht besonders beschränkt, und sie beträgt basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls bevorzugt 0,05 bis 3,0%, besser noch 0,1 bis 2,0%, und am besten 0,5 bis 1,4%. Wenn die Menge des Fettester-Reibwertveränderers und/oder des Reibwertveränderers aus aliphatischem Amin in dem Schmieröl geringer als 0,05% ist, besteht die Möglichkeit, dass kein ausreichender reibungsverringernder Effekt erzielt wird. Wenn die Menge des Fettester-Reibwertveränderers und/oder des Reibwertveränderers aus aliphatischem Amin in dem Schmieröl 3,0% überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass die Löslichkeit des Reibwertveränderers oder der Reibveränderer in dem Basisöl so gering wird, dass sich die Lagerstabilität des Schmieröls verschlechtert und Abscheidungen erzeugt werden.
Das Schmieröl kann bevorzugt Polybutenyl-Succinimid und/oder Derivate davon umfassen.
Als Polybutenyl-Succinimid können Zusammensetzungen verwendet werden, die durch die nachfolgenden allgemeinen Formeln (1) und (2) dargestellt sind.
In den Formeln (1) und (2) repräsentiert PIB eine Polybutenyl-Gruppe, die von Polybuten mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 900 bis 3.500, besser noch 1.000 bis 2.000, hergeleitet ist, die hergestellt werden kann, indem ein hochreines Isobuten oder eine Mischung eines 1-Buten und Isobutens in der Gegenwart eines Borfluorid-Katalysators oder Aluminiumchlorid-Katalysators polymerisiert wird. Wenn das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polybutens geringer als 900 ist, besteht die Möglichkeit, dass kein ausreichender Detergenzeffekt erzielt wird. Wenn das zahlenmittlere Molekulargewicht des Polybutens 3.500 überschreitet, neigt das Polybutenyl-Succinimid dazu, die Niedrigtemperaturfließeigenschaft zu verschlechtern. Das Polybuten kann gereinigt werden, bevor es für die Herstellung des Polybutenyl-Succinimids verwendet wird, indem Spurenmengen von Fluor- und Chlorresten, die aus dem zuvor beschriebenen Polybuten-Herstellungskatalysator resultieren, mit Hilfe einer geeigneten Behandlung (wie beispielsweise ein Adsorptionsprozess oder ein Auswaschprozess) derart entfernt werden, dass die Menge der Fluor- und Chlorreste in dem Polybuten 50 ppm oder weniger, besser noch 10 ppm oder weniger, am besten 1 ppm oder weniger betragen.
Ferner repräsentiert n eine ganze Zahl von 1 bis 5, vorzugsweise 2 bis 4, in den Formeln (1) und (2) in Bezug auf den Detergenzeffekt.
Das Herstellungsverfahren des Polybutenyl-Succinimids ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann das Polybutenyl-Succinimid hergestellt werden, indem ein Chlorid des Polybutens, oder das Polybuten, von dem die Fluor- und Chlorreste ausreichend entfernt wurden, mit Maleinsäure-Anhydrid bei 100 bis 200°C reagiert, um ein Polybutenyl-Succinat zu erzeugen, woraufhin das Polybutenyl-Succinat mit Polyamin reagiert (wie beispielsweise Diethylen-Triamin, Triethylen-Tetramin, Tetraethylen-Pentamin oder Pentaethylen-Hexamin).
Als Polybutenyl-Succinimid-Derivat können mit Bor- oder Säure modifizierte Verbindungen verwendet werden, die hergestellt werden, indem Polybutenyl-Succinimide der Formel (1) oder (2) mit Borverbindungen oder sauerstoffhaltigen organischen Verbindungen reagieren, um die gesamten oder Teile der verbleibenden Amino- und/oder Imidgruppen zu neutralisieren oder zu amidisieren. Unter anderem werden borhaltige Polybutenyl-Succinimide, insbesondere borhaltige Bis(Polybutenyl)Succinimide bevorzugt. Das Anteilverhältnis von Stickstoff zu Bor (B/N) in Bezug auf die Masse in der borhaltigen Polybutenyl-Succinimid-Verbindung beträgt bevorzugt 0,1 bis 3, besser noch 0,2 bis 1.
Die zur Herstellung des Polybutenyl-Succinimid-Derivats verwendete Borverbindung kann eine Borsäure, ein Borat oder ein Borsäureester sein. Spezifische Beispiele der Borsäure umfassen Orthoborsäure, Metaborsäure und Tetraborsäure. Spezifische Bei spiele des Borats umfassen: Ammoniumsalze, wie beispielsweise Ammoniumborate, beispielsweise Ammonium-Metaborat, Ammonium-Tetraborat, Ammonium-Pentaborat und Ammonium-Octaborat. Spezifische Beispiele des Borsäureesters umfassen: Ester von Borsäuren und Alkylalkoholen (vorzugsweise C₁-C₆-Alkylalkoholen), wie beispielsweise Monomethyl-Borat, Dimethyl-Borat, Trimethyl-Borat, Monoethyl-Borat, Diethyl-Borat, Triethyl-Borat, Monopropyl-Borat, Dipropyl-Borat, Tripropyl-Borat, Monobutyl-Borat, Dibutyl-Borat und Tributyl-Borat.
Die sauerstoffhaltige organische Verbindung, die zur Herstellung des Polybutenyl-Succinimid-Derivats verwendet wird, kann eine beliebige der folgenden sein: C₁-C₃₀-Monocarbonsäuren, wie beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Glykolsäure, Propionsäure, Milchsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Heptansäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Undecylsäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Nonadecansäure und Eicosansäure; C₂-C₃₀-Polycarbonsäuren, wie beispielsweise Oxalsäure, Phthalsäure, Trimellitsäure und Pyromellitsäure, und Anhydride und Ester von diesen; C₂-C₆-Alkylenoxide; und Hydroxy(poly)oxyalkylen-Carbonate.
Die Menge des Polybutenyl-Succinimids und/oder des Polybutenyl-Succinimid-Derivats, das in dem Schmieröl enthalten ist, ist nicht besonders beschränkt, und sie beträgt basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls bevorzugt 0,1 bis 15%, besser noch 1,0 bis 12%. Wenn die Menge des Polybutenyl-Succinimids und/oder des Polybutenyl-Succinimid-Derivats in dem Schmieröl weniger als 0,1% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass kein ausreichender Detergenz-Effekt erzielt wird. Wenn die Menge des Polybutenyl-Succinimids und/oder das Polybutenyl-Succinimid-Derivats in dem Schmieröl 15% überschreitet, kann die Demulgierungsfähigkeit des Schmieröls verschlechtert werden. Zudem ist es nicht ökonomisch, eine derart große Menge des Polybutenyl-Succinimids und/oder des Polybutenyl-Succinimid-Derivats dem Schmieröl hinzuzufügen.
Ferner umfasst das Schmieröl bevorzugt Zink-Dithiophosphat.
Als das Zink-Dithiophosphat können Verbindungen verwendet werden, die durch die nachfolgende allgemeine Formel (3) repräsentiert werden.
In der Formel (3) repräsentieren R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ jeweils C₁-C₂₄ Kohlenwasserstoffgruppen. Die C₁-C₂₄ Kohlenwasserstoffgruppe ist bevorzugt eine gerade oder verzweigte C₁-C₂₄ Alkylgruppe, eine gerade oder verzweigte C₃-C₂₄ Alkenylgruppe, eine C₅-C₁₃ Cycloalkyl oder eine gerade oder verzweigte Alkyl-Cycloalkylgruppe, eine C₆-C₁₈ Aryl- oder eine gerade oder verzweigte Alkylarylgruppe oder eine C₇-C₁₉ Arylalkylgruppe. Die zuvor genannten Alkylgruppen oder Alkenylgruppen können primär, sekundär oder tertiär sein. Spezifische Beispiele von R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ umfassen: Alkylgruppen, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Octadecyl, Nonadecyl, Icosyl, Heneicosyl, Docosyl, Tricosyl und Tetracosyl; Alkenylgruppen, wie beispielsweise Propenyl, Isopropenyl, Butenyl, Butadienyl, Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, Nonenyl, Decenyl, Undecenyl, Dodecenyl, Tridecenyl, Tetradecenyl, Pentadecenyl, Hexadecenyl, Heptadecenyl, Octadecenyl(Oleyl), Nonadecenyl, Icosenyl, Heineicosenyl, Docosenyl, Tricosenyl und Tetracosenyl; Cycloalkylgruppen, wie beispielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl und Cycloheptyl; Alkylcycloalkylgruppen, wie beispielsweise Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl,
Ethylcyclopentyl, Propylcyclopentyl, Ethylmethylcyclopentyl, Trimethylcyclopentyl, Diethylcyclopentyl, Ethyldimethylcyclopentyl, Propylmethylcyclopentyl, Propylethylcyclopentyl, Di-propylcyclopentyl, Propylethylmethylcyclopentyl, Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl, Ethylcyclohexyl, Propylcyclohexyl, Ethylmethylcyclohexyl, Trimethylcyclohexyl, Diethylcyclohexyl, Ethyldimethylcyclohexyl, Propylmethylcyclohexyl, Propylethylcyclohexyl, Di-propylcyclohexyl, Propylethylmethylcyclohexyl, Methylcycloheptyl, Dimethylcycloheptyl, Ethylcycloheptyl, Propylcycloheptyl, Ethylmethylcycloheptyl, Trimethylcycloheptyl, Diethylcycloheptyl, Ethyldimethylcycloheptyl, Propylmethylcycloheptyl, Propylethylcycloheptyl, Di-propylcycloheptyl und Propylethylmethylcycloheptyl; Aryl-Gruppen, wie beispielsweise Phenyl und Naphthyl; Alkylaryl-Gruppen, wie beispielsweise Tolyl, Xylyl, Ethylphenyl, Propylphenyl, Ethylmethylphenyl, Trimethylphenyl, Butylphenyl, Propylmethylphenyl, Diethylphenyl, Ethyldimethylphenyl, Tetramethylphenyl, Pentylphenyl, Hexylphenyl, Heptylphenyl, Octylphenyl, Nonylphenyl, Decylphenyl, Undecylphenyl und Dodecylphenyl; und Arylalkyl-Gruppen, wie beispielsweise Benzyl, Methylbenzyl, Dimethylbenzyl, Phenethyl, Methylphenethyl und Dimethylphenethyl. Die zuvor genannten Kohlenwasserstoffgruppen umfassen sämtliche möglichen Isomere. Vor allem wird eine gerade oder verzweigte C₁-C₁₈ Alkylgruppe und eine C₆-C₁₈ Aryl- oder gerade oder verzweigte Alkylaryl-Gruppe bevorzugt.
Die Zink-Dithiophosphatverbindungen sind bevorzugt beispielsweise Zink-Diisopropyldithiophosphat, Zink-Diisobutyldithiophosphat, Zink-di-sec-butyldithiophosphat, Zink-di-sec-pentyldithiophosphat, Zink-di-n-hexyldithiophosphat, Zink-di-sec-hexyldithiophosphat, Zink-di-octyldithiophosphat, Zink-di-2-ethylhexyldithiophosphat, Zink-di-n-decyldithiophosphat, Zink-di-n-dodecyldithiophosphat und Zink-Diisotridecyldithiophosphat.
Die Menge des in dem Schmieröl enthaltenen Zink-Dithiophosphats ist nicht besonders beschränkt. Um einen großen Reibungsreduzierungseffekt zu erzielen, ist das Zink-Dithiophosphat basierend auf die gesamte Masse des Schmieröls vorzugsweise in einer Menge von 0,1% oder weniger, besser noch in einer Menge von 0,06% oder weniger, am besten in einer minimalen effektiven Menge in Bezug auf das Phosphorelement enthalten. Wenn die Menge des Zink-Dithiophosphats in dem Schmieröl 0,1% überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass der Reibungsverringerungseffekt des aschelosen Fettester-Reibwertveränderers und/oder des aschelosen Reibwertveränderers aus aliphatischem Amin blockiert wird.
Das Herstellungsverfahren des Zink-Dithiophosphats ist nicht besonders beschränkt, und das Zink-Dithiophosphat kann mit Hilfe eines bekannten Verfahrens hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Zink-Dithiophosphat durch Umsetzen von Alkoholen oder Phenolen mit den zuvor genannten R⁴-, R⁵-, R⁶- und R⁷-Kohlenwasserstoffgruppen mit Phosphorpentasulfid (P₂O₅) hergestellt werden, um Dithiophosphorsäure zu bilden, die anschließend mit Zinkoxid neutralisiert wird. Es sollte klar sein, dass sich die molekulare Struktur des Zink-Dithiophosphats gemäß den Alkoholen oder Phenolen, die als Rohmaterial für die Zink-Dithiophosphat-Herstellung verwendet werden, unterscheidet.
Die zuvor genannten Zink-Dithiophosphat-Verbindungen können alleine oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehreren Verbindungen verwendet werden. Wenn zwei oder mehrere Zink-Dithiophosphat-Verbindungen in Kombination miteinander verwendet werden, gibt es keine bestimmte Einschränkung in Bezug auf das Mischungsverhältnis der Zink-Dithiophosphat-Verbindungen.
Das zuvor spezifizierte Schmieröl erzeugt einen großen Reibungsverringerungseffekt in Bezug auf die Gleitreibung zwischen zwei einander gegenüber angeordneten Gleitflächen der Systemteile 2, 3, 4, 5 oder 6, 7, 8 und 9, insbesondere wenn eines oder beide der gegenüberliegenden Systemteile 2, 3, 4, 5 oder 6, 7, 8 und 9 mit harten Karbonbeschichtungen Fc bedeckt sind.
Um die Eigenschaften zu verbessern, die von dem Schmieröl zur Verwendung in einer Verbrennungsmaschine gefordert werden, kann das Schmieröl ferner ein oder mehrere Additive aufweisen, wie beispielsweise ein metallisches Detergenz, ein Antioxidationsmittel, ein Viskositätsindexverbesserer, ein Reibwertveränderer, der sich von dem zuvor beschriebenen Fettester-Reibwertveränderer und dem Reibwertveränderer aus aliphatischem Amin unterscheidet, ein ascheloses Dispergiermittel, das sich von dem zuvor beschriebenen Polybutenyl-Succinimid und dem Polybutenyl-Succinimid-Derivat unterscheidet, ein Antiverschleißmittel oder ein Extremdruckmittel, ein Rosthemmstoff, ein nichtionisches Netzmittel, ein Demulgator, ein Metalldeaktivator und/oder ein Antischaummittel.
Das metallische Detergenz kann aus jeder metallischen Detergenzzusammensetzung ausgewählt werden, die normalerweise für Maschinenschmiermittel verwendet wird. Spezifische Beispiele des metallischen Detergenz umfassen Sulfonate, Phenate und Salicylate von Alkalimetallen, wie beispielsweise Natrium (Na) und Potassium (K), oder Alkali-Erdmetallen, wie beispielsweise Calcium (Ca) und Magnesium (Mg); und eine Mischung von zwei oder mehr von diesen. Unter anderem können Natrium- und Calciumsulfonate, Natrium- und Calciumphenate und Natrium- und Calciumsalicylate geeignet verwendet werden. Die Gesamtbasenzahl und Menge des metallischen Detergenz kann gemäß dem für das Schmieröl erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden. Die Gesamtbasenzahl des metallischen Detergenz ist normalerweise 0 bis 500 mgKOH/g, vorzugsweise 150 bis 400 mgKOH/g, gemessen mit Hilfe eines Perchlorsäureverfahrens gemäß ISO 3771. Die Menge des metallischen Detergenz beträgt normalerweise 0,1 bis 10% basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls.
Das Antioxidationsmittel kann aus Antioxidationsmittelverbindungen ausgewählt werden, die normalerweise für Maschinenschmiermittel verwendet werden. Spezifische Beispiele des Antioxidationsmittels umfassen: Phenol-Antioxidationsmittel, wie beispielsweise 4,4'-Methylenbis(2,6-di-tert-butylphenol) und Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat; Amino-Antioxidationsmittel, wie beispielsweise Phenyl-α-naphthylamin, Alkylphenyl-α-naphthylamin und Alkyldiphenylamin; und Mischungen von zwei oder mehreren von diesen. Die Menge des Antioxidationsmittels beträgt normalerweise 0,01 bis 5% basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls.
Als Viskositätsindexverbesserer kann verwendet werden: nicht-dispergierungsartige Polymethacrylat-Viskositätsindexverbesserer, wie beispielweise Copolymere von einer oder mehreren Arten von Methacrylaten und hydrierten Produkten von diesen; dispergierungsartige Polymethacrylat-Viskositätsindexverbesserer, wie beispielsweise Copolymere von Methacrylaten, die ferner Stickstoffverbindungen umfassen; und andere Viskositätsindexverbesserer, wie beispielsweise Copolymere von Ethylen und α-Olefinen (beispielsweise Propylen, 1-Buten und 1-Penten) und hydrierte Produkte derselben, Polyisobutylene und hydrierte Produkte von diesen, hydrierte Styrol-Dien-Copolymere, Styrol-Maleat-Anhydrid-Copolymere und Polyalkylstyrole. Das Molekulargewicht des Viskositätsindexverbesserers muss unter Berücksichtigung der Scher-Stabilität ausgewählt werden. Das zahlenmittlere Molekulargewicht des Viskositätsindexverbesserers liegt beispielweise bevorzugt in einem Bereich von 5.000 bis 1.000.000, besser noch 100.000 bis 800.000, für das dispergierungsartige oder nicht-dispergierungsartige Polymethacrylat; in einem Bereich von 800 bis 5.000 für das Polyisobutylen oder ein hydriertes Produkt von diesem; und in einem Bereich von 800 bis 300.000, besser noch von 10.000 bis 200.000 für das Ethylen/α-Olefin-Copolymer oder ein hydriertes Produkt von diesem. Die zuvor genannten Viskositätsindexverbesserer-Verbindungen können alleine oder in Form einer Mischung von zwei oder mehreren von diesen verwendet werden. Die Menge des Viskositätsindexverbesserers beträgt basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls bevorzugt 0,1 bis 40,0%.
Bei dem Reibwertveränderer, der sich von dem zuvor genannten Reibwertveränderer aus Fettester und dem Reibwertveränderer aus aliphatischem Amin unterscheidet, kann es sich beispielsweise um aschelose Reibwertveränderer handeln, wie beispielsweise Borsäureester, höhere Alkohole und aliphatische Ether, und metallische Reibwertveränderer, wie beispielsweise Molybdän-Dithiophosphat, Molybdän-Dithiocarbamat und Molybdän-Disulfid.
Bei dem aschelosen Dispergierungsmittel, das sich von dem zuvor genannten Polybutenyl-Succinimid und Polybutenyl-Succinimid-Derivat unterscheidet, kann es sich um Polybutenylbenzylamine und Polybutenylamine, die jeweils Polybutenyl-Gruppen aufweisen, deren zahlenmittleres Molekulargewicht 900 bis 3.500 beträgt, um Polybutenyl-Succinimide mit Polybutenyl-Gruppen, deren zahlenmittleres Molekulargewicht weniger als 900 beträgt, und um Derivate von diesem handeln.
Als Antireibmittel oder Extremdruckmittel können verwendet werden: Disulfide, sulfurierte Fette, Olefinsulfide, Phosphatester mit einer bis drei C₂-C₂₀ Kohlenwasserstoffgruppen, Thiophosphatester, Phosphitester, Thiophosphitester und Aminsalze dieser Ester.
Als rosthemmendes Mittel können verwendet werden: Alkylbenzol-Sulfonate, Dinonylnaphthalen-Sulfonate, Ester von Alkenylbernsteinsäuren und Ester von Polyalkoholen.
Als nicht-ionisches Netzmittel und Demulgator können verwendet werden: nicht-ionische Polyalkylenglykol-Netzmittel, wie beispielsweise Polyoxyethylen-Alkylether, Polyoxyethylen-Alkylphenylether und Polyoxyethylen-Alkylnaphthylether.
Bei dem Metall-Deaktivator kann es sich beispielsweise um Imidazoline, Pyrimidin-Derivate, Thiazol und Benzotriazol handeln.
Bei dem Anti-Schaummittel kann es sich beispielsweise um Silikone, Fluorosilikone und Fluoroalkylether handeln.
Jeder der Reibwertveränderer, bei dem es sich nicht um den Reibveränderer aus Fettester und den Reibveränderer als aliphatischem Amin handelt, das aschelose Dispergiermittel, bei dem es sich nicht um das Polybutenyl-Succinimid und das Polybutenyl- Succinimid-Derivat handelt, das Antiverschleißmittel oder Extremdruckmittel, das rosthemmende Mittel und der Demulgator sind normalerweise in einer Menge von 0,01 bis 5% basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls enthalten, der Metall-Deaktivator ist normalerweise in einer Menge von 0,005 bis 1% basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls enthalten, und das Anti-Schaummittel ist normalerweise in einer Menge von 0,0005 bis 1% basierend auf der Gesamtmasse des Schmieröls vorhanden.
Wie es zuvor beschrieben wurde, weist entweder eine oder weisen beide der gegenüberliegenden Gleitflächen zwischen den Kettenteilen 51, 52 oder 61, 62, 63 gemäß der vorliegenden Erfindung harte Karbonbeschichtungen Fc mit geringem Wasserstoffgehalt auf. Die Kettenteile 51, 52 oder 61, 62, 63 können somit relativ zueinander bei geringem Reibwiderstand und Verschleiß in Gegenwart des zuvor spezifizierten Schmieröls gleiten. Auf diese Weise können der Energieverlust und der Lärm, die durch die Bewegung der Kette 5, 6 erzeugt werden, reduziert werden, wodurch die Verlängerung der Kette 5, 6 aufgrund von Verschleiß verhindert und somit die Lebensdauer der Kette 5, 6 verbessert wird. Insbesondere wenn ein Kettenantriebssystem 1 verwendet wird, um die zeitliche Abfolge der Drehübertragung einer Antriebswelle (d.h. eine Kurbelwelle) auf eine angetriebene Welle (d.h. eine ventilantreibende Nockenwelle) in einer Verbrennungsmaschine zu steuern, können die Leistungsverschlechterungen (wie beispielsweise einer Steuerzeitverzögerung) der Maschine aufgrund der Kettenverlängerung verhindert werden. Außerdem erlaubt die Erzeugung einer harten Karbonbeschichtung Fc eine Verringerung der Druckaufnahmefläche der Kette 5, 6 in einem Fall, in dem das zulässige Niveau der Kettenverlängerung konstant eingestellt ist. Die Breite der Kette 5, 6 und der Durchmesser der Stifte 52, 63 können entsprechend zur Miniaturisierung des Kettenantriebssystems 1 kleiner ausgeführt werden. Obwohl eine herkömmliche Kette einer Oberflächenendbearbeitung (beispielsweise Feinstanzen) unterzogen wird, um eine Kettenverlängerung zu vermeiden, besteht kein Bedarf, eine solche Oberflächenendbearbeitung an der Kette 5, 6 gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Dies führt zu einer Kostenreduktion. Außerdem kann die Kette 5 oder 6 relativ zu den Kettenrädern 2, 3, 4, der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 mit weniger Reibung und Verschleiß in Gegenwart des zuvor spezifizierten Schmieröls gleiten. Auf diese Weise ist es möglich, einen Energieverlust und Lärm, die durch den Gleitkontakt der Kette 5, 6 mit den Kettenrädern 2, 3, 4, der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 erzeugt werden, zu reduzieren und den Verschleißwiderstandsgrad der Materialien der Kette 5 oder 6, der Kettenräder 2, 3, 4, der Kettenführung 7 und der Durchhangsführung 8 zur Kostenreduktion zu senken.
Ähnlich weisen wenigstens eine der gegenüberliegenden Gleitflächen zwischen der Durchhangsführung 8 und der Schwenkwelle 8a und wenigstens eine der gegenüberliegenden Gleitflächen zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben 9a gemäß der vorliegenden Erfindung harte Karbonbeschichtungen Fc mit geringem Wasserstoffgehalt auf. Auf diese Weise kann die Schwenkreibung der Durchhangsführung 8 verringert und die Reaktion der Spanneinrichtung 9 auf die Energiezufuhr von der Kette 5, 6 verbessert werden, wodurch die Leistung des Kettenantriebssystems 1 erhöht wird. Außerdem kann der Zwischenraum zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben 9a verringert werden, um das Auftreten einer Ölleckage während eines Anhaltens der Maschine zu vermeiden, wodurch die Reaktion der Spanneinrichtung 9 bei einem Anlassen der Maschine verbessert wird. Somit können abnormale Geräusche aufgrund des Schlagens der Kette 5, 6, etc. vermieden werden.
Das Kettenantriebssystem 1 kann somit gute Eigenschaften in Bezug auf geringe Reibung und in Bezug auf die Lebensdauer schaffen, und sie kann, wenn das Kettenantriebssystem 1 zur Steuerung des zeitlichen Ablaufes der Drehübertragung einer Antriebswelle (d.h. einer Kurbelwelle) auf eine angetriebene Welle (d.h. eine ventilantreibende Nockenwelle) in einer Verbrennungsmaschine verwendet wird, große Verbesserungen in Bezug auf die Maschinenleistung und Brennstoffeffizienz ohne säkulare Verschlechterungen herbeiführen.
Es sollte klar sein, dass harte Karbonbeschichtungen Fc an allen anderen leitenden Maschinenteilen aufgetragen werden können. Beispielsweise hat sich herausgestellt, dass, wenn harte Karbonbeschichtungen Fc an einem Gleitabschnitt zwischen einem Kurbelstift und der Kurbelstiftlagerung (als "großes Ende" bezeichnet) einer Verbindungsstange und an einem Gleitabschnitt zwischen einem Kurbelwellenlager und einem Kurbelzapfen aufgetragen werden, die Gleitreibung zwischen diesen Maschinenteilen um etwa 70% reduziert werden kann, wodurch eine nahezu 2,2%-ige Verbesserung in Bezug auf die Maschinenbrennstoffeffizienz ohne einen Verlust in Bezug auf die Anfressungsbeständigkeit (seizure resistant) der Maschinenteile zu erzielen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Änderungen der Ausführungsformen, die zuvor beschrieben wurden, werden Fachleuten im Rahmen der obigen Lehre klar sein. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist in den beiliegenden Ansprüchen definiert.

Claims

Kettenantriebssystem (1), das umfasst: einen Antriebs-Kettenrad (2), ein angetriebenes Kettenrad (3, 4); eine Kette (5; 6), die über das Antriebs-Kettenrad (2) und das angetriebene Kettenrad (3; 4) geführt ist, wobei die Kette (5; 6) und das Kettenrad (2; 3, 4) jeweilige Gleitflächen haben, die beim Vorhandensein von Schmieröl relativ zueinander gleiten können, und alle benachbarten Kettenteile (51; 52; 61; 62; 63) der Kette (5; 6) jeweilige Gleitflächen aufweisen, die beim Vorhandensein eines Schmieröls relativ zueinander gleiten können, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gleitflächen zwischen der Kette (5; 6) und dem Kettenrad (2; 3; 4) und wenigstens eine der Gleitflächen zwischen benachbarten Kettenteilen (51; 52, 61; 62; 63) harte Karbonbeschichtungen (Fc) aufweisen, die an Basisabschnitten derselben ausgebildet sind; wobei jede der harten Karbonbeschichtungen (Fc) einen Wasserstoffgehalt von 10 Atom-% oder weniger hat; und das Schmieröl wenigstens einen Reibwertveränderer enthält, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem aschelosen Reibwertveränderer aus Fettester und einem aschelosen Reibwertveränderer aus aliphathischem Amin besteht.
Kettenantriebssystem (1) nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Kettenführung (7) umfasst, die die Kette (5; 6) in einer Kettenantriebsrichtung führt; wobei die Kette (5; 6) und die Kettenführung (7) jeweilige Gleitflächen aufweisen, die mit dem Schmieröl geschmiert werden, so dass sie relativ zueinander gleiten; und wenigstens eine der Gleitflächen zwischen der Kette (5; 6) und der Kettenführung (7) eine an einem Basisabschnitt derselben ausgebildete harte Karbonbeschichtung (Fc) mit einem Wasserstoffgehalt von 10 Atom-% oder weniger aufweist.
Kettenantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren umfasst: eine Durchhangführung (8), die schwenkbar getragen wird; eine Spanneinrichtung (9), die einen Spanneinrichtungskörper und einen Kolben (9a), der mit dem Spanneinrichtungskörper in Eingriff ist, aufweist, um die Durchhangführung (8) an die Kette (5; 6) zu drücken; wobei die Kette (5; 6) und die Durchhangführung (8) jeweilige Gleitflächen aufweisen, die mit dem Schmieröl geschmiert werden, so dass sie relativ zueinander gleiten; und wenigstens eine der Gleitflächen zwischen Kette (5; 6) und der Durchhangführung (8) eine an einem Basisabschnitt derselben ausgebildete harte Karbonbeschichtung (Fc) mit einem Wasserstoffgehalt von 10 Atom-% oder weniger aufweist.
Kettenantriebssystem (1) nach Anspruch 3, das des Weiteren eine Schwenkwelle (8a) umfasst, die die Durchhangführung (8) so trägt, dass die Durchhangführung (8) um die Schwenkwelle (8a) geschwenkt wird; wobei die Durchhangführung (8) und die Schwenkwelle (8a) jeweilige Gleitflächen aufweisen, die mit dem Schmieröl geschmiert werden, so dass sie relativ zueinander gleiten; und wenigstens eine der Gleitflächen zwischen der Durchhangführung (8) und der Schwenkwelle (8a) eine an einem Basisabschnitt derselben ausgebildete harte Karbonbeschichtung (Fc) mit einem Wasserstoffgehalt von 10 Atom-% oder weniger aufweist.
Kettenantriebssystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Spanneinrichtungskörper und der Kolben (9a) jeweilige Gleitflächen aufweisen, die mit dem Schmieröl geschmiert werden, so dass sie relativ zueinander gleiten; und wenigstens eine der Gleitflächen zwischen dem Spanneinrichtungskörper und dem Kolben (9a) eine an einem Basisabschnitt derselben ausgebildete harte Karbonbeschichtung (Fc) mit einem Wasserstoffgehalt von 10 Atom-% oder weniger aufweist.
Kettenantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede der harten Karbonbeschichtungen (Fc) einen Wasserstoffgehalt von 1,0 Atom-% oder weniger hat.
Kettenantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wenigstens eine Reibwertveränderer eine C₆-C₃₀-Kohlenwasserstoffgruppe hat und in einer Menge von 0,05 bis 3,0 Masse-% auf Basis einer Gesamtmasse des Schmieröls enthalten ist.
Kettenantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schmieröl Polybutenyl-Succinimid und/oder ein Derivat davon enthält.
Kettenantriebssystem (1) nach Anspruch 8, wobei das Polybutenyl-Succinimid und/oder Derivat davon in einer Menge von 0,1 bis 15 Masse-% auf Basis einer Gesamtmasse des Schmieröls enthalten ist.
Kettenantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schmieröl Zink-Dithiophosphat in einer Menge von 0,1 Masse-% oder weniger in Form eines Phosphorelementes auf Basis einer Gesamtmasse des Schmieröls enthält.
Kettenantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die harten Karbonbeschichtungen (Fc) durch Lichtbogen-Ionenplattieren ausgebildet werden.
Kettenantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder der Basisabschnitte in einem Zustand, in dem die harte Karbonbeschichtung (Fc) noch nicht an dem Basisabschnitt ausgebildet worden ist, eine Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,03 μm oder weniger hat.