DE60222353T2

DE60222353T2 - Verwendung eines Diesters in eine magnetorheologische Flüssigkeit

Info

Publication number: DE60222353T2
Application number: DE60222353T
Authority: DE
Inventors: Vardarajan Raj Macomb Iyengar; Robert Thomas Rochester Hills Foister
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: US20030057395A1; EP1296335A3; US6638443B2; DE60222353D1; EP1296335A2; EP1296335B1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetorheologische Fluide und insbesondere auf für magnetorheologische Fluidformulierungen geeignete Grundflüssigkeiten.
Hintergrund der Erfindung
Magnetorheologische (MR) Fluide sind Verbindungen, welche die Fähigkeit aufweisen, unter dem Einfluss eines angelegten magnetischen Feldes ihre Fließeigenschaften um mehrere Größenordnungen zu verändern, und zwar in Reaktionszeiten in der Größenordnung von Millisekunden. Eine analoge Klasse von Fluiden sind elektrorheologische (ER) Fluide, welche eine ähnliche Eigenschaft aufweisen, nämlichen ihre Fließ- oder rheologischen Eigenschaften unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes zu verändern. In beiden Fällen sind diese induzierten rheologischen Veränderungen vollständig reversibel. Die Nützlichkeit dieser Materialien rührt daher, dass geeignet konfigurierte elektromechanische Stellglieder, welche magnetorheologische oder elektrorheologische Fluide verwenden, als eine schnell antwortende aktive Grenzfläche zwischen computerbasierenden Abtasten oder Steuern und einer gewünschten mechanischen Ausgangsgröße antworten. Im Hinblick auf Kraftfahrzeuganwendungen werden solche Materialien als ein geeignetes Arbeitsmedium in Schockabsorbern, für steuerbare Suspensionssysteme, für Vibrationsdämpfer in steuerbarem Antriebssystemen und Motoranbauten und in zahlreichen elektronisch gesteuerten Kraft/Drehmoment-Transfergeräten, wie beispielsweise Kupplungen oder Bremsen, gesehen.
MR-Fluide sind nicht kolloidale Suspensionen von fein verteilten magnetisierbaren Partikeln (typischerweise mit einem Durchmesser zwischen ein und 100 Mikrometern) geringer Koerzitivkraft aus einem Material, wie beispielsweise Eisen, Nickel, Kobalt und deren magnetischen Legierungen, welche in einer Grundflüssigkeit oder in einem Flüssigkeitsträger, wie beispielsweise einem Mineralöl, einem synthetischen Kohlenwasserstoff, Wasser, einem Silikonöl, einer veresterten Fettsäure oder einer anderen geeigneten organischen Flüssigkeit, dispergiert sind. MR-Fluide weisen in der Abwesenheit eines magnetischen Feldes eine akzeptabel niedrige Viskosität auf, zeichnen sich aber durch große Zunahmen in ihrer dynamischen Grenzscherspannung aus, wenn diese einem magnetischen Feld von beispielsweise ungefähr einem Tesla ausgesetzt werden. Bei dem derzeitigen Entwicklungsstand scheinen MR-Fluide gegenüber ER-Fluiden beträchtliche Vorteile aufzuweisen, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, weil die MR-Fluide weniger empfindlich gegenüber herkömmlichen, in solchen Umgebungen gefundenen Kontaminanten sind und diese in der Gegenwart eines angelegten mäßigen Feldes größere Unterschiede in ihren rheologischen Eigenschaften aufweisen. Beispiele für magnetorheologische Fluide sind beispielsweise in den US Patenten Nr. 4,992,190 , erteilt am 12. Februar 1991 mit dem Titel "Fluid Responsive to a Magnetic Field", 5,167,850 , erteilt am 1. Dezember 1992 mit dem Titel "Fluid Responsive to a Magnetic Field", 5,354,488 , erteilt am 11. Oktober 1994 mit dem Titel "Fluid Responsive to a Magnetic Field", 5,382,373 , erteilt am 17. Januar 1995 mit dem Titel "Magnetorheological Particles Based an Alloy Particles" und 5,667,715 , erteilt am 16. September 1997 mit dem Titel "Magnetorheological Fluids" illustriert, welche ein MR-Fluid offenbaren, das Eisencarbonylpartikel und einen Dimer von 1-Decen und Dioctylsebacat enthaltenden Fluidträger enthält.
Wie in den zuvor genannten Patenten und anderswo vorgeschlagen, ist die Viskosität eines typischen MR-Fluids in der Abwesenheit eines magnetischen Feldes eine Funktion von Variablen, wie beispielsweise der Grundflüssigkeitszusammensetzung, der Partikelzusammensetzung, der Partikelgröße, der Partikelbeladung, der Temperatur und dergleichen. In der Gegenwart eines angelegten magnetischen Feldes allerdings agglomerieren die suspendierten magnetisierbaren Partikel, um das MR-Fluid zu verdicken oder zu gelieren und seine effektive Viskosität drastisch zu erhöhen. In der Abwesenheit eines magnetischen Feldes muss die Grundflüssigkeit über einen breiten Bereich von kontinuierlichen Betriebstemperaturen eine akzeptable Viskosität aufweisen. Die Viskosität des MR-Fluids ist akzeptabel, wenn die Grundflüssigkeit bei allen Temperaturen innerhalb des Bereichs der kontinuierlichen Betriebstemperaturen fließfähig ist. Beispielsweise sollte eine geeignete Grundflüssigkeit bei kontinuierlichen Betriebstemperaturen von ungefähr 20 °C eine Viskosität in einem Bereich von ungefähr 13 mPa·s (Centipoise (cp)) bis ungefähr 16 mPa·s (cp) aufweisen und bei einer kontinuierlichen Betriebstemperatur von ungefähr –20 °C eine Viskosität in dem Bereich zwischen ungefähr 90 mPa·s (cp) und ungefähr 120 mPa·s (cp) aufweisen.
Die Grundflüssigkeit muss ebenfalls eine Kompatibilität mit jeglichen Elastomerdichtungen aufweisen, welche von dem MR-Fluid in der MR-Vorrichtung befeuchtet werden und welche die MR-Vorrichtung flüssigkeitsdicht halten. Ferner muss die Grundflüssigkeit eine niedrige Flüchtigkeit aufweisen, so dass keine beträchtlichen Mengen an MR-Fluid verdampft oder verflüchtigt werden. Die Elastomerdichtungen in MR-Vorrichtungen sind weder dazu ausgelegt, noch dazu beabsichtigt, eine gasdichte Passform zu liefern. Als ein Ergebnis hiervon kann verflüchtigte Grundflüssigkeit durch Durchdringen zwischen den elastomeren Abdichtungen und ihren entsprechenden Dichtungsflächen aus der MR- Vorrichtung entweichen. Schließlich muss die Grundflüssigkeit einen Stockpunkt aufweisen, welcher niedriger als die minimale kontinuierliche Betriebstemperatur ist. Der Stockpunkt der Grundflüssigkeit bezeichnet die niedrigste Umgebungstemperatur, bei der die MR-Vorrichtung arbeiten kann.
In in bestimmten Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzten MR-Vorrichtungen ist das MR-Fluid kontinuierlichen Betriebstemperaturen in einem Bereich zwischen ungefähr –40 °C und ungefähr 100 °C ausgesetzt. Synthetische Kohlenwasserstoffgrundflüssigkeiten, welche derzeit für solche MR-Fluide eingesetzt werden, enthalten typischerweise eine Mischung von synthetischen Kohlenwasserstoffen, welche als Polyalphaolefine oder PAO bekannt sind, welche sich von dem C₁₀-Monomer 1-Decen, H₂C:CH(CH₂)₇CH₃, ableiten. Das Dimer von 1-Decen Polyalphaolefin bzw. das 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer weist eine Kettenlänge von 20 Kohlenstoffatomen auf und ist aus dem Monomer oligomerisiert. 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer weist über den Betriebstemperaturbereich solcher MR-Vorrichtungsanwendungen eine akzeptable Viskosität auf. Allerdings weist 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer eine inakzeptabel hohe Flüchtigkeit auf, wenn dieses auf eine Temperatur nahe dem oberen Ende des Betriebstemperaturbereichs der vorgenannten MR-Vorrichtungen erhitzt wird. 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer ist ein Molekül mit einer Kettenlänge von 30 Kohlenstoffatomen, das durch eine Oligomerisationsreaktion aus dem Monomer gebildet wird. 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer weist eine vernachlässigbare Flüchtigkeit auf, wenn dieses auf eine Temperatur nahe dem oberen Ende des Betriebstemperaturbereichs erhitzt wird, weist jedoch über den Betriebstemperaturbereich solcher MR-Vorrichtungen eine inakzeptabel hohe Viskosität auf. Um eine Grundflüssigkeit mit einer akzeptablen Flüchtigkeit und Viskosität sowie mit einer für die Verwendung in in solchen MR-Vorrichtungen eingesetzten Fluidformulierungen als geeignet betrachteten Flüchtigkeit bereitzustellen, werden 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer und 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer miteinander vermischt.
Die Viskosität und die Flüchtigkeit dieser Mischungen von 1-Decen Polyalpholefin-Dimer und 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer, wie beispielsweise einer typischen 50:50 Mischung pro Volumen, sind in diesen MR-Vorrichtungsanwendungen gegenüber einer Grundflüssigkeit enthaltend jeweils eines der 1-Decen Polyalphaolefine alleine überlegen. Die Zugabe von 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer zu der Mischung verringert die effektive Viskosität der Mischung auf einen akzeptablen Wert. Allerdings trägt die signifikante Flüchtigkeit des 1-Decen Polyalphaolefin-Dimers bei Temperaturen von weniger als ungefähr 100 °C zu einem zunehmend signifikanten Verlust der Grundflüssigkeit des MR-Fluids bei. Folglich würde eine MR-Vorrichtung, welche ein MR-Fluid enthält, das aus einer Grundflüssigkeit bestehend aus einer 50:50-Mischung des 1-Decen Polyalphaolefin-Dimers und des 1-Decen Polyalphaolefin-Trimers formuliert ist, über dessen Elastomerdichtungen einen beträchtlichen Verlust an Grundflüssigkeit aufweisen, wenn die MR-Vorrichtung bei einer kontinuierlichen Betriebstemperatur nahe von 100 °C betrieben wird.
Bei gewissen MR-Vorrichtungen, welche in Kraftfahrzeuganwendungen zum Vibrationsdämpfen eingesetzt werden, werden ringförmige Elastomerdichtungen verwendet, um eine dynamische Abdichtung für eine an einem Kolben befestigte Pleuelstange zu schaffen, welche sich als Antwort auf die angelegten Vibrationen hin- und herbewegt. Die inneren und äußeren Durchmesser solcher ringförmiger Elastomerdichtungen können so dimensioniert sein, dass diese flüssigkeitsdichte Abdichtungen mit dem Äußeren der sich bewegenden Pleuelstange und mit der Anschluss- oder Abdichtnut, in der die Dichtung angeordnet ist, liefern. Allerdings würde eine solche Bemessung zu einer hohen Reibung zwischen der Pleuelstange und der Elastomerdichtung führen, wenn die Abdichtung eine volumetrische Expansion erfährt, wenn diese einem MR-Fluid ausgesetzt wird.
Ein Dichtungsquellen bzw. Dichtungsschwellen ist das Aufquellen bzw. Anschwellen von Elastomerdichtungen oder -abdichtungen als ein Ergebnis der Aussetzung gegenüber Petroleum, synthetischen Schmierstoffen oder anderen hydraulischen Fluiden. Elastomere Dichtungsmaterialien unterscheiden sich bezüglich ihres Widerstandes gegenüber der Wirkung solcher Fluide beträchtlich. Um Vorteil aus der volumetrischen Expansion aufgrund des Dichtungsaufquellens zu ziehen, werden die Elastomerdichtungen in MR-Vorrichtungen absichtlich unterdimensioniert, um die Reibung zwischen der Pleuelstange und der Dichtung zu minimieren, und, um ein nicht zu hohes Ausmaß an Aufquellen zu gewährleisten, wodurch bezweckt wird, dass die Abdichtwirkung verbessert wird. Insbesondere diese MR-Vorrichtungen erfordern, dass die Elastomerdichtungen, wie, durch ein 70 Stunden langes Eintauchen in einem bestimmten MR-Fluid bei 100 °C gemessen, um ungefähr 2 bis ungefähr 6 Volumenprozent aufquellen. Andererseits ist ein exzessives Aufquellen der Elastomerdichtungen um mehr als ungefähr 6 Prozent gleichermaßen unerwünscht, weil die Leistungsfähigkeit der MR-Vorrichtung vermindert sein wird. Das Dichtungsaufquellen liefert eine wirksame Abdichtung des Reservoirs oder des Dämpfungskörpers, welcher das MR-Fluid beinhaltet, und ist beim Minimieren des Fluidverlustes auf der MR-Vorrichtung beteiligt.
Polyalphaolefine verursachen, dass durch das MR-Fluid in einer MR-Vorrichtung befeuchtete Elastomerdichtungen schrumpfen oder bestenfalls in einem Ausmaß aufquellen, welches ungenügend ist, um den Verlust der Grundflüssigkeit des MR-Fluids über die Dichtungen zu verhindern. Daher kann eine Grundflüssigkeit, welche aus einer Mischung aus 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer und 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer gebildet ist, nicht das erforderliche Ausmaß an Dichtungsquellen liefern, um die MR-Vorrichtungsanforderungen zu erfüllen. Als ein Ergebnis hiervon kann der Verlust an MR-Fluid über die Elastomerdichtungen in diesen MR-Vorrichtungen, welche eine Mischung aus 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer und 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer als eine Grundflüssigkeit nutzen, beträchtlich sein und kann zu einer verfrühten Fehlfunktion solcher MR-Vorrichtungen beitragen.
Ein Dichtungsquellen bewirkt ebenfalls, dass die Elastomerdichtungen in einer MR-Vorrichtung zunehmende Verluste der äußeren Oberfläche aufgrund von Reibungsverschleiß, wenn sich die Pleuelstange hin und her bewegt, reparieren kann. Wenn das Material von der äußeren Oberfläche entfernt wird, kann das Aufquellen des neu freigelegten Teilstücks der Oberfläche die lokale Abdichtung wenigstens teilweise wiederherstellen und eine Leckage vermeiden oder verringern. Eine Grundflüssigkeit, wie beispielsweise eine Mischung aus 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer und 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer, weist diese Eigenschaft nicht auf, weil die Menge an Dichtungsaufquellen von befeuchteten Elastomerdichtungen unzureichend ist. Die Unfähigkeit, eine flüssigkeitsdichte Abdichtung aufrechtzuerhalten, wenn die Elastomerdichtung erodiert, würde zu einem beschleunigten Fluidverlust aus dem Dämpfungsreservoir beitragen.
In nahezu allen MR-Vorrichtungen, welche in Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden, tritt aufgrund des Verlustes von verflüchtigter Grundflüssigkeit, inhärenten Aspekten von dynamischen Elastomerdichtungen und den Effekten von Reibungsverschleiß ein Fluidverlust auf. Idealerweise sollte der Verlust an Grundflüssigkeit über die Lebensdauer eines MR-Stoßdämpfers unbeträchtlich sein. Grundflüssigkeiten für MR-Fluidformulierungen, welche eine beträchtliche Flüchtigkeit und/oder eine unzureichende Dichtungsaufquellfähigkeit aufweisen, wie beispielsweise Mischungen aus 1-Decen Polyalphaolefin-Dimer und 1-Decen Polyalphaolefin-Trimer, können den Verlust an Grundflüssigkeit aus der MR-Vorrichtung beschleunigen und können verursachen, dass die MR-Vorrichtung vor der geplanten Lebensdauer ausfällt.
Eine vorzeitige Fehlfunktion einer MR-Vorrichtung aufgrund von Fluidverlust kann von wenigstens zwei Mechanismen herrühren. Bei einem Mechanismus kann der Verlust an Grundflüssigkeit verursachen, dass die MR-Vorrichtung ihre Fähigkeit verliert, die Vibrationsenergie effektiv zu absorbieren und die Vibration zu dämpfen. Zweitens kann der Verlust an Grundflüssigkeit die Konzentration von magnetisierbaren Partikeln in dem MR-Fluid erhöhen. Als ein Ergebnis hiervon erhöht sich die Viskosität des MR-Fluids und die effektive Viskosität des MR-Fluids wird in der Gegenwart eines magnetischen Feldes gleichermaßen erhöht. Daraus folgt, dass die vibrationsdämpfende Antwort der MR-Vorrichtung verringert sein wird, weil der Kolben der MR-Vorrichtung, wenn sich dieser in dem durch Fluidverlust verdichteten MR-Fluid bewegt, einen großen Widerstand gegenüber Bewegung erfährt.
Es besteht daher ein Bedarf, eine Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung mit einer akzeptablen Viskosität, mit einem niedrigen Stockpunkt, mit einer geringen Flüchtigkeit sowie mit einem geeigneten Ausmaß an Dichtungsquellen zu entwickeln, um so den Verlust von Grundflüssigkeit aus einer MR-Vorrichtung zu verringern, zu inhibieren oder zu eliminieren, während über den Temperaturbereich, bei dem die MR-Vorrichtung betrieben wird, eine ausreichende Schmierung erreicht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung in ihren unterschiedlichen Aspekten ist wie in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung stellt die Verwendung eines Diesters in einer magnetorheologischen Fluidformulierung für eine magnetorheologische Vorrichtung mit einer akzeptablen Viskosität, mit einem niedrigen Stockpunkt, mit einer niedrigen Flüchtigkeit und mit einer effektiven Elastomerdichtungskompatibilität bereit. Die magnetorheologische Fluidformulierung enthält eine Suspension von magnetisierbaren Partikeln, welche in einer Grundflüssigkeit, die eine Mischung aus einem 1-Dodecen Polyalphaolefin-Dimer und aus einem Diester ist, dispergiert sind. Der Diester ist in einer Menge pro Volumen vorgesehen, wie beispielsweise zwischen ungefähr 10 % und ungefähr 45 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Grundflüssigkeit, welche effektiv ist, um die mit dem magnetorheologischen Fluid befeuchteten Elastomerdichtungen der magnetorheologischen Vorrichtung um einen vorgegebenen Prozentsatz, wie beispielsweise zwischen ungefähr 2 % und ungefähr 6 %, aufzuquellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, welche hier beigefügt sind und einen Teil der Beschreibung bilden, illustrieren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen, vorstehend wiedergegebenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung und zusammen mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
1 ist eine graphische Wiedergabe einer thermogravimetrischen Analyse einer Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung aus einer 50:50-Mischung pro Volumen eines 1-Decen Polyalphaolefin-Dimers und eines 1-Decen Polyalphaolefin-Trimers gemäß dem Stand der Technik,
2 ist eine graphische Wiedergabe einer thermogravimetrischen Analyse einer Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung aus einer 80:20-Mischung pro Volumen eines 1-Dodecen Polyalphaolefin-Dimers und eines Dioctylsebacats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die
3 ist eine graphische Wiedergabe einer thermogravimetrischen Analyse einer Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung aus einer 60:40-Mischung pro Volumen eines 1-Dodecen Polyalphaolefin-Dimers und eines Dioctylsebacats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung mit einer geeigneten Viskosität, mit einer verringerten Flüchtigkeit und mit einem geeigneten Stockpunkt, welche für die Verwendung in MR-Vorrichtungen akzeptabel sind, bereit. Die Grundflüssigkeit weist des Weiteren wirksame Quelleigenschaften für in solchen MR-Vorrichtungen eingesetzte Elastomerdichtungen auf. Zu diesem Zweck und im Einklang mit der vorliegenden Erfindung enthält die MR-Fluidformulierung magnetisierbare Partikel, welche in einer Grundflüssigkeit oder in einem flüssigen Träger aus einer Mischung eines 1-Dodecen Polyalphaolefins (PAO) und einer ausreichenden Menge eines dibasischen Säureesters oder -diesters, dass eine wirksame Aufquellung der durch das MR-Fluid befeuchteten Elastomerdichtungen bewirkt wird, um den Verlust von Grundflüssigkeit über die Dichtungen zu vermindern oder zu verringern, suspendiert sind.
Die hier beschriebenen magnetorheologischen Fluidformulierungen sind insbesondere zum Vibrationsdämpfen in einer Vielzahl von MR-Vorrichtungen für Kraftfahrzeuganwendungen, einschließlich Bremsen, Kolben, Kupplungen, Aufhängungen und Stoßdämpfer, welche in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr –40 °C und ungefähr 100 °C arbeiten, geeignet. Gewisse MR-Vorrichtungen, welche in Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden, enthalten eine oder mehrere dynamische Fluiddichtungen, welche den Verlust von MR-Fluid aus dem MR-Dämpfer während des Betriebs verhindern. Beispielsweise weisen MR-Dämpfer und MR-Aufhängungen typischerweise einen Kolben auf, welcher für eine gleitende Bewegung in einer röhrenförmigen Kammer ausgelegt ist und welcher als Dämpfungskörper bekannt ist. Der röhrenförmige Körper definiert ein mit einem MR-Fluid gefülltes Reservoir, welches durch den Kolben in zwei Kompartimente aufgeteilt wird. Die zwei Abschnitte sind durch einen Fluiddurchgang innerhalb des Kolbens flüssigkeitsleitend verbunden. Als Antwort auf Vibration wird MR-Fluid dazu veranlasst, durch den Fluiddurchgang zu passieren, um die Bewegung des Kolbens wiederzugeben, was das relative Fluidvolumen der zwei Kompartimente verändert. In der Nachbarschaft des Fluiddurchgangs wird ein magnetisches Feld angelegt, welches die lokale Viskosität des fließenden MR-Fluids verändert und dadurch die Dämpfantwort der MR-Vorrichtung gegenüber der angelegten Vibration modifiziert. Ein Ende einer Pleuelstange ist an dem Kolben an geordnet und erstreckt sich durch eine Öffnung in der röhrenförmigen Kammer, welche durch eine typischerweise aus einem Polyurethan oder einem Nitrilkautschuk gebildete Elastomerdichtung abgedichtet wird. Das gegenüberliegende Ende der Pleuelstange ist an einem Befestigungspunkt des Kraftfahrzeugs befestigt, für das die Vibration gedämpft werden soll. Die röhrenförmige Kammer solcher MR-Vorrichtungen kann auch einen inneren Gaskolben aufweisen, der durch eine Elastomerdichtung, welche typischerweise aus einem Polyurethan oder einem Nitrilkautschuk gebildet ist, gegen das Innere des Reservoirs abgedichtet ist. Der Gaskolben isoliert ein Gasvolumen, welches komprimiert und expandiert, um die Veränderungen in dem Volumen des MR-Fluids, welches während des Betriebs der Vorrichtung durch die sich bewegende Pleuelstange verdrängt worden ist, aufzunehmen.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem des Verlusts von MR-Fluid aus einer MR-Vorrichtung aufgrund der Emission von verflüchtigter Grundflüssigkeit an dem oberen Ende des Bereichs der Betriebstemperaturen und aufgrund der Leckage der Grundflüssigkeit über Elastomerdichtungen durch Verwenden einer Grundflüssigkeit, welche eine Mischung eines PAO-Dimers hergestellt aus 1-Dodecen, H₂C:CH(CH₂)₉CH₃, und eines dibasischen Säureesters oder -diesters, wie beispielsweise Dioctylsebacat, enthält. Diese Grundflüssigkeitsmischung weist bei kontinuierlichen Betriebstemperaturen in einem Bereich zwischen ungefähr –40 °C und ungefähr 100 °C eine akzeptable Viskosität, eine geringe Flüchtigkeit bei kontinuierlichen Betriebstemperaturen nahe dem oberen Ende dieses Bereiches und einen Stockpunkt von signifikant unterhalb von –40 °C auf. Die Grundflüssigkeit weist ebenfalls die Fähigkeit auf, die Elastomerdichtungen der MR-Vorrichtung, welche durch das MR-Fluid befeuchtet werden, aufzuquellen, und zwar in einem Ausmaß, das wirksam ist, um den Verlust an Grundflüssigkeit über die Dichtungen signifikant zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die aus 1-Dodecen PAO und Diester vermischte Grundflüssigkeit die Betriebs- oder Funktionslebensdauer der MR-Vorrichtung durch Verringern des Verlustes an MR-Fluid, während die Fähigkeit aufrechterhalten wird, die sich bewegenden Komponenten der MR-Vorrichtung über den Betriebstemperaturbereich von ungefähr –40 °C bis ungefähr 100 °C zu schmieren. Insbesondere enthalten die MR-Fluidformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Grundflüssigkeit, die durch Vermischen des 1-Dodecen PAO-Dimers und des Diesters hergestellt wird, um unter Verwendung der dem Fachmann bekannten herkömmlichen Verfahren eine homogene Mischung zu erzeugen.
Das 1-Dodecen PAO-Dimer und der Diester sind bei den Betriebstemperaturen der angedachten MR-Vorrichtung Flüssigkeiten und weisen geeignete Viskositäten auf, wenn die MR-Vorrichtung inaktiviert ist, um eine Dispersion von magnetisierbaren Partikeln in einer Suspension aufrechtzuerhalten. Das 1-Dodecen PAO-Monomer weist eine gerade Kohlenstoffkette mit einer Länge von 12 Kohlenstoffatomen auf. Das 1-Dodecen PAO-Dimer wird durch eine Oligomerisationsreaktion von C₁₂-Monomer 1-Dodecen PAO Molekülen hergestellt, um 1-Dodecen PAO-Dimermoleküle mit einer Kohlenstoffkettenlänge von 24 Kohlenstoffatomen herzustellen. 1-Dodecen PAO-Dimer weist eine Viskosität, eine Flüchtigkeit und eine Schmierfähigkeit auf, welche für die Verwendung in einer Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung geeignet ist, während ein exzellenter Niedrigtemperaturfluss, wie durch den niedrigen Stockpunkt von ungefähr –52 °C manifestiert, aufrecht erhalten wird.
1-Dodecen PAO-Dimer weist, wie nachfolgend beschrieben, eine geringere Flüchtigkeit als entweder 1-Decen PAO-Dimer oder als eine 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen-PAO Dimer und 1-Decen PAO-Trimer auf. Das 1-Dodecen PAO-Dimer weist eine Viskosität auf, welche für die Verwendung in MR-Vorrichtungen, welche bei Temperaturen zwischen ungefähr –40 °C und ungefähr 100 °C arbeiten, gleichermaßen akzeptabel ist wie die einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer. Insbesondere weist das 1-Dodecen PAO-Dimer eine Viskosität bei 20 °C von ungefähr 13,03 mPa·s (cp) und bei –20 °C eine Viskosität von ungefähr 95,6 mPa·s (cp) auf. Eine Grundflüssigkeit für eine MR-Fluidformulierung gemäß dem Stand der Technik enthaltend eine 50:50-Mischung pro Volumen aus einem 1-Decen-PAO-Dimer und aus einem 1-Decen PAO-Trimer weist bei 20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 15,16 mPa·s (cp) und bei –20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 107,3 mPa·s (cp) auf. Es ist offensichtlich, dass diese Viskositäten des 1-Dodecen PAO-Dimers den effektiven Viskositäten der 50:50-Mischung aus dem 1-Decen PAO-Dimer und -Trimer ähnlich ist. Allerdings weist das 1-Dodecen PAO-Dimer über den Bereich der kontinuierlichen Betriebstemperaturen zwischen ungefähr –40 °C und ungefähr 100 °C eine akzeptable Viskosität auf, ohne die Notwendigkeit, 1-Decen-PAO'e zu vermischen.
1-Dodecen PAO-Dimer weist, wie nachfolgend beschrieben wird, bei Temperaturen von nahe 100 °C eine signifikant niedrigere Flüchtigkeit als 1-Decen PAO-Dimer auf. Daraus folgt, dass eine 1-Dodecen PAO-Dimer enthaltende Grundflüssigkeit für ein MR-Fluid bei Temperaturen von nahe 100 °C eine beträchtlich niedrigere Flüchtigkeit aufweisen wird als ein MR-Fluid, welches mit einer 1-Decen PAO-Dimer enthaltenden Grundflüssigkeit formuliert worden ist. Obwohl 1-Decen PAO-Trimer zu dem 1-Decen PAO-Dimer zugegeben worden ist, um eine Grundflüssigkeit mit einer akzeptablen effektiven Viskosität herzustellen, wird die Flüchtigkeit des 1-Decen PAO-Dimers durch den Vermischungsprozess nicht signifikant verändert, und die effektive Flüchtigkeit der Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und -Trimer bleibt bei den kontinuierlichen Betriebstemperaturen nahe von 100 °C beträchtlich höher als die Flüchtigkeit von 1-Dodecen PAO-Dimer.
Gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet das Formulieren von MR-Fluiden mit einer 1-Dodecen PAO-Dimer enthaltenden Grundflüssigkeit die Notwendigkeit, 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer zu vermischen, um eine Grundflüssigkeit mit einer akzeptablen Viskosität über den kontinuierlichen Betriebstemperaturbereich von ungefähr –40 °C bis ungefähr 100 °C herzustellen. Ferner erzeugt die 50:50-Mischung aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer eine Grundflüssigkeit, welche bei Temperaturen von weniger als 100 °C, was die obere Betriebstemperatur von MR-Vorrichtungen, welche in gewissen Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden, darstellt, eine signifikante Flüchtigkeit aufweist. 1-Dodecen PAO-Dimer enthaltende Grundflüssigkeiten für MR-Fluide gemäß der vorliegenden Erfindung weisen bis zu einer signifikant höheren kontinuierlichen Betriebstemperatur eine geringere Flüchtigkeit auf. Als ein Ergebnis hiervon wird der Verlust von Grundflüssigkeit für 1-Dodecen PAO-Dimer enthaltende MR-Fluide gemäß der vorliegenden Erfindung weniger wahrscheinlich auftreten oder wird wenigstens mit einer geringeren Geschwindigkeit auftreten als der Verlust von Grundflüssigkeit der 50:50-Mischung aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer gemäß dem Stand der Technik oder einer lediglich 1-Decen PAO-Dimer enthaltenden Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik.
Zu dem 1-Dodecen PAO-Dimer können Diester zugefügt werden, und zwar in einer Menge, welche wirksam ist, die gewünschte Dichtungsaufquelllung ohne signifikante Veränderung der effektiven Viskosität der Grundflüssigkeit auf einen Wert außerhalb des für MR-Vorrichtungen, welche in Kraftfahrzeuganwendungen über einen Temperaturbereich von ungefähr –40 °C bis ungefähr 100 °C eingesetzt werden, akzeptablen Viskositätsbereich zu erzeugen. Des Weiteren weisen Diester im Allgemeinen eine geringere Flüchtigkeit über den Bereich der kontinuierlichen Betriebstemperaturen, bei welchen solche MR-Vorrichtungen arbeiten, als 1-Dodecen PAO-Dimer auf. Folglich verringert die Zugabe von Diester zu 1-Dodecen PAO-Dimer nicht die Verbesserung der Flüchtigkeit des 1-Dodecen PAO-Dimers verglichen mit der 50:50-Mischung aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer gemäß dem Stand der Technik oder verglichen mit 1-Dodecen PAO-Dimer. In den meisten Fällen verbessert die Zugabe von Diester zu 1-Dodecen PAO-Dimer die Flüchtigkeit.
Diester sind synthetische Schmierstoffgrundflüssigkeiten, welche durch Reagieren eines monohydrischen Alkohols mit einer Dicarbonsäure hergestellt werden, um ein lineares, verzweigtes oder aromatisches Molekül mit zwei Estergruppen zu erzeugen. Beispielsweise ist Dioctylsebacat ein Diester, welcher durch Reagieren eines monohydrischen Alkohols, wie beispielsweise n-Octylalkohol, Isooctylalkohol oder 2-Ethylhexylalalkohol, mit Sebacinsäure hergestellt wird. Lineare Diester, welche für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Dioctylsebacat, Dioleyladipat, Dioleylsebacat, Dioleylmaleat, Dioleylsuccinat und Dilinoleyladipat. Anders als bei PAO können die physikalischen, chemischen und Leistungsqualitäten von Diestern durch Veränderung der molekularen Struktur, wie beispielsweise Verzweigung, Aromatizität, Alkylkettenlänge und der Anzahl und der Position von Estergruppen, verändert werden.
Diester bieten einen weiten Bereich von Eigenschaften, welche für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wie beispielsweise thermische und oxidative Hochtemperaturstabilität, geringe Flüchtigkeit und Niedrigtemperaturfluidität, Schmierfähigkeit und Viskosität.
Insbesondere für die vorliegende Erfindung geeignete Diester weisen niedrige Säurezahlen auf, und zwar typischerweise von weniger als ungefähr 0,1 mg KOH/g. Die Säurezahl ist ein Maß für die Menge von Kaliumhydroxid (KOH), welche benötigt wird, um die gesamte oder ein Teil der Azidität einer Substanz zu neutralisieren. Viele Elastomerpolymere, wie beispielsweise solche einschließlich Polyurethan und -Nitrilkautschuk, welche herkömmlicherweise in herkömmlichen MR-Vorrichtungen für Kraftfahrzeuganwendungen gefunden werden, werden durch Diester bis zu einem Ausmaß gequollen, das wirksam ist, den Verlust von Grundflüssigkeit des MR-Fluids über die Dichtungen zu verringern.
Die Dichtungsquellfähigkeit des Diesters ist wünschenswert, um den Dichtungsschrumpf oder minimale Dichtungsquelleigenschaften von 1-Dodecen PAO-Dimer auszugleichen. Zu diesem Zweck und gemäß der vorliegenden Erfindung wird zu dem 1-Dodecen PAO-Dimer Diester in einer Menge zugefügt, welche wirksam ist, ein Aufquellen von Elastomerdichtungen zu erzeugen, welches ausreichend ist, um den Konstruktionszielen von MR-Vorrichtungen, welche in Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden, Rechnung zu tragen. In besonders geeigneten Grundflüssigkeiten liegt der Diester in der Grundflüssigkeit der Fluidformulierung in einer Menge zwischen ungefähr 10 % und ungefähr 45 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Grundflüssigkeit vor und liegt das 1-Dodecen Polyalphaolefin-Dimer in einer Menge zwischen ungefähr 55 % und ungefähr 90 Vol.-% des Gesamtvolumens der Grundflüssigkeit vor. In anderen besonders geeigneten Grundflüssigkeiten liegt der Diester in der Grundflüssigkeit der Fluidformulierung in einer Menge zwischen ungefähr 20 % und ungefähr 40 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Grundflüssigkeit vor und der Rest der Mischung ist 1-Dodecen PAO-Dimer. Es ist offensichtlich, dass das spezifische Mischungsverhältnis von 1-Dodecen PAO zu Diester von der gewünschten Viskosität und den gewünschten Flüchtigkeitseigenschaften sowie von der speziellen Art des in den durch die Grundflüssigkeit befeuchten Dichtungen der MR-Vorrichtung eingesetzten Elastomers abhängen wird.
Die verbesserten Dichtungsquelleigenschaften der Grundflüssigkeiten für die MR-Fluidformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung können durch einen Vergleich mit einer Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik illustriert werden. Die Dichtungsquelleigenschaften oder Elastomerkompatibilitäten, welche hier bereitgestellt werden, sind Testdaten, welche durch Imprägnieren von verschiedenen, zu denjenigen in einer typischen MR-Vorrichtung eingesetzten ähnlichen Elastomerdichtungen aus Polyurethan und Nitrilkautschuk in der Grundflüssigkeit für 70 Stunden bei 100 °C erhalten werden. Eine Grundflüssigkeit enthaltend ungefähr 10 Vol.-% Dioctylsebacat, einen repräsentativen Diester, und ungefähr 90 Vol.-% 1-Dodecen PAO-Dimer verursacht ein Aufquellen der Elastomerdichtungen, wenn durch die Grundflüssigkeit benetzt, um ungefähr 2 Prozent. Eine Grundflüssigkeit enthaltend ungefähr 20 Vol.-% Dioctylsebacat und ungefähr 80 Vol.-% 1-Dodecen PAO-Dimer verursacht eine Aufquellung der Elastomerdichtungen, wenn durch die Grundflüssigkeit benetzt, um ungefähr 3 Prozent. Eine Grundflüssigkeit enthaltend ungefähr 40 Vol.-% Dioctylsebacat und ungefähr 60 Vol.-% 1-Dodecen PAO-Dimer verursacht ein Aufquellen der Elastomerdichtungen, wenn durch die Grundflüssigkeit benetzt, um ungefähr 5 Prozent. In einer Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik für eine MR-Fluidformulierung enthaltend eine 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer quellen die Elastomerdichtungen der MR-Vorrichtung, wenn diese durch die Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik benetzt werden, um weniger als 1 Prozent auf. Es ist offensichtlich, dass die Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik kein Dichtungsquellen in einem Bereich zwischen ungefähr 2 % und ungefähr 6 % liefert, wie dies für die Elastomerkompatibilität mit Elastomerdichtungen für MR-Vorrichtungen, welche in Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzt werden, erforderlich ist. Im Gegensatz dazu ist es gleichermaßen offensichtlich, dass die Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung eine Elastomerkompatibilität aufweisen, welche ein Dichtungsquellen in dem Bereich zwischen ungefähr 2 % und ungefähr 6 % liefert, was für die Formulierung von MR-Fluiden für die Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen geeignet ist.
Die Geeignetheit der effektiven Viskosität der Grundflüssigkeiten für die MR-Fluidformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung für Kraftfahrzeuganwendungen kann durch einen Vergleich mit einer Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik illustriert werden. Eine Grundflüssigkeit enthaltend ungefähr 10 Vol.-% Dioctylsebacat, einem repräsentativem Diester, und ungefähr 90 Vol.-% 1-Dodecen PAO-Dimer weist bei 20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 13,08 mPa·s (Centipoise (cp)) und bei –20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 96,9 mPa·s (cp) auf. Eine Grundflüssigkeit enthaltend ungefähr 20 Vol.-% Dioctylsebacat und ungefähr 80 Vol.-% 1-Dodecen PAO-Dimer weist bei 20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 14,61 mPa·s (cp) und bei –20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 102,0 mPa·s (cp) auf. Eine Grundflüssigkeit enthaltend ungefähr 40 Vol.-% Dioctylsebacat und ungefähr 60 Vol.-% 1-Dodecen PAO-Dimer weist bei 20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 15,81 mPa·s (cp) auf und bei –20 °C eine effektive Viskosität von 112,9 mPa·s (cp) auf. Eine Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik für eine MR-Fluidformulierung enthaltend eine 50:50-Mischung pro Volumen aus einem 1-Decen PAO-Dimer und einem 1-Decen PAO-Trimer weist bei 20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 15,16 mPa·s (cp) auf und bei –20 °C eine effektive Viskosität von ungefähr 107,3 mPa·s (cp) auf. Daher weisen die Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung Viskositäten auf, welche den Viskositäten der 50:50-Mischung aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer gemäß dem Stand der Technik ähnlich sind und welche ebenfalls in dem für die Verwendung in MR-Vorrichtungen, welche in einem Temperaturbereich von ungefähr –40 °C bis ungefähr 100 °C arbeiten, akzeptablen Viskositätsbereich liegen.
Die Zugabe eines Diesters liefert den zusätzlichen Vorteil, dass der Stockpunkt des 1-Dodecen PAO-Dimers verbessert wird. Beispielsweise weist Dioctylsebacat, ein repräsentativer Diester, einen Stockpunkt von ungefähr –62 °C auf, welcher niedriger ist, als der Stockpunkt von –52 °C von 1-Dodecen PAO-Dimer. Als ein Ergebnis hiervon wird eine Mischung aus Dioctylsebacat und 1-Dodecen PAO-Dimer einen niedrigeren Stockpunkt als dem des 1-Dodecen PAO-Dimers alleine aufweisen. Folglich wird die eine Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat enthaltende Grundflüssigkeit die Fähigkeit beibehalten, bei einer Betriebstemperatur von weniger als –52 °C zu fließen. Weil der Stockpunkt für die untere Umgebungstemperaturgrenze für den Betrieb einer MR-Vorrichtung unter Verwendung eines MR-Fluids basierend auf dieser speziellen Grundflüssigkeit repräsentativ ist, wird die untere Betriebsgrenze für die MR-Vorrichtung durch die Zugabe des Diesters zu dem 1-Dodecen PAO-Dimer wirksam abgesenkt. Als ein Ergebnis hiervon werden, ausgenommen für die extremsten Betriebsumgebungen, keine Additive benötigt, um den Stockpunkt der eine Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und einen Diester, wie beispielsweise Dioctylsebacat, enthaltenden Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung zu verringern.
Ein 1-Dodecen PAO-Dimer mit für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Eigenschaften ist unter dem Handelsnamen PAO 2,5 cSt von Chevron Corporation (San Francisco, CA) kommerziell erhältlich. Diester vom Schmierstoffgrad, wie beispielsweise Adipate, Sebacate, Dode candioate, Phthalate und Dimerate, sind von Hatco Corporation (Fords, N.J.) kommerziell erhältlich. Dioctylsebacat ist auch von CasChem, Inc. (Bayonne, N.J.) kommerziell erhältlich.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch eine 24 Stunden Verdampfungsverlustmessung demonstriert werden, bei der eine Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik, welche aus einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer besteht, mit Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung, die 1-Dodecen PAO-Dimer vermischt mit Dioctylsebacat, einem repräsentativen Diester, enthalten, verglichen wurden. Die 50:50-Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik wurde aus einem 1-Decen PAO-Dimer und einem 1-Decen PAO-Trimer, die von ExxonMobil Corporation (Irving, TX) unter den Handelsnamen SHF-21 bzw. SHF-41 hergestellt und verkauft werden, vermischt. Die Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung, welche für die nachfolgende Veranschaulichung ausgewählt worden sind, waren eine 80:20-Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat sowie eine 60:40-Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat. Bei der nachfolgenden Veranschaulichung sind die Grundflüssigkeiten frei von magnetisierbaren Partikeln und anderen Additiven.
Die Prozedur, welche genutzt wurde, um die Verdampfungsverlustmessung durchzuführen, war ähnlich zu dem ASTM D972 Verfahren zum Bestimmen des Verdampfungsgewichtsverlusts von Ölformulierungen. Im Speziellen wurde jeweils ein Nettogewicht von ungefähr 70 Gramm jeder Grundflüssigkeit in einen entsprechenden 100 cm³-Behälter eingegossen. Die Behälter wurden abgedichtet und das anfängliche Bruttogewicht jedes Behälters wurde unter Einsatz einer Präzisionswaage mit einer Auflösung von ungefähr 0,1 Milligramm gemessen. Die Behälter wurden nicht abgedichtet und in einem bei einer konstanten Temperatur von 100 °C ± 1 °C gehaltenen Ofen platziert. Die nicht abgedichteten Behälter wurden für einen Testzeitraum von 24 Stunden bei der konstanten Temperatur belassen. An dem Ende des Testzeitraums wurden die Behälter aus dem Ofen entfernt, abgedichtet, auf Umgebungstemperatur abgekühlt und gewogen, um das Endbruttogewicht zu liefern. Der Verdampfungsverlust jeder Grundflüssigkeit über den Testzeitraum wurde aus der Veränderung des Bruttogewichts als Prozentsatz des anfänglichen Bruttogewichts berechnet.
Der Gewichtsverlust der 80:20-Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat betrug ungefähr 0,1817 Prozent und der Gewichtsverlust einer 60:40-Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat betrug ungefähr 0,1757 Prozent. Im Unterschied dazu wies die 50:50-Mischung aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer gemäß dem Stand der Technik einen Gewichtsverlust von ungefähr von 0,3222 Prozent auf, welcher um 77 Prozent größer als der Gewichtsverlust der 80:20-Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat war und 83 Prozent größer als der Gewichtsverlust der 60:40-Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat war. Aus diesen Ergebnissen ist es offensichtlich, dass die Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung einen signifikant geringeren Verdampfungsverlust bei 100 °C erfahren als die 50:50-Mischung aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer gemäß dem Stand der Technik. Es wird erwartet, dass die verringerte Flüchtigkeit, wie diese durch die Verringerung bei dem Verdampfungsverlust manifestiert wird, bei anderen Temperaturen innerhalb des Betriebstemperaturbereichs von –40 °C bis ungefähr 100 °C beobachtet werden wird. Es wird aus dieser Veranschaulichung geschlossen, dass die Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung eine beträchtlich geringere Flüchtigkeit als die Flüchtigkeit der 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer gemäß dem Stand der Technik aufweisen. Die Zugabe von Dioctylsebacat zu 1-Dodecen PAO-Dimer verringert des Weiteren die Flüchtigkeit von 1-Dodecen PAO-Dimer, das unter im Wesentlichen identischen Testbedingungen einen Verdampfungsverlust von ungefähr 0,2328 Prozent aufwies.
Die Testbedingungen der vorliegenden Veranschaulichung sind für die Verflüchtigung, welche jede Grundflüssigkeit erfahren würde, wenn in einer bei einer kontinuierlichen Temperatur nahe von 100 °C arbeitenden MR-Vorrichtung eingesetzt, repräsentativ. Die Elastomerdichtungen, welche die MR-Fluidreservoirs der MR-Vorrichtungen abdichten, sind nicht dazu konstruiert und auch nicht dazu beabsichtigt, einen Dampfverlust zu verhindern. Daher kann Grundflüssigkeit, welche innerhalb des Reservoirs der MR-Vorrichtung verflüchtigt wird, um die Elastomerdichtungen der MR-Vorrichtung herum und in die Umgebungsumgebung entweichen. Als ein Ergebnis hiervon würde eine MR-Vorrichtung, welche mit einer die Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltenden MR-Fluidformulierung befüllt ist, bei einer Temperatur von nahe 100 °C arbeitend, einen verringerten Fluidverlust erfahren und eine signifikant längere Lebensdauer aufweisen als eine vergleichbare MR-Vorrichtung, welche mit einem MR-Fluid formuliert aus einer Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik aus einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer befüllt ist und welche unter identischen oder ähnlichen Bedingungen betrieben wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch thermische Analyse nachgewiesen werden, bei der eine Grundflüssigkeit für MR-Fluidformulierungen gemäß dem Stand der Technik unter Verwendung einer 50:50-Mischung pro Volumen aus einem 1-Decen PAO-Dimer und einem 1-Decen PAO-Trimer mit Grundflüssigkeiten für MR-Fluidformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend eine Mischung aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat, einem repräsentativen Diester, verglichen wird. Bei der nachfolgenden Veranschaulichung sind die Grundflüssigkeiten frei von magnetisierbaren Partikeln und anderen Additiven. Die thermische Analyse quantifiziert die thermische Stabilität jeder Grundflüssigkeit mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA), welche unter Verwendung eines kommerziellen Instruments, wie beispielsweise eines von TA Instruments (New Castle, DE) hergestellten Q-50 TGA-Instruments, durchgeführt werden kann. Im Allgemeinen erfasst die TGA den Gewichtsverlust einer Probe auf einer kondensierten Phase aufgrund von Gasfreisetzung oder Verflüchtigung, während die Temperatur der Probe über einen vorgegebenen Temperaturbereich hochgefahren wird, um eine Gewichtsverlustkurve zu erzeugen. Durch Entnehmen des ersten Derivats der Gewichtsverlustkurve wird eine andere Gewichtsverlustkurve als eine Funktion der Temperatur abgeleitet. TGA liefert ein Verfahren des Vergleichens der relativen Flüchtigkeit von Flüssigkeiten und des Analysierens der relativen Flüchtigkeit von Flüssigkeitsmischungen.
Die 1 stellt den Derivat-Gewichtsverlust als eine Funktion der durch TGA gemessenen Temperatur für eine Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik bestehend aus einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer dar. Aus dem Gewichtsverlust einer Probe der 50:50-Mischung pro Volumen von 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer, wie durch TGA über einen Temperaturbereich zwischen ungefähr 80 °C und ungefähr 250 °C gemessen, wurde der Derivat-Gewichtsverlust bestimmt. Unter Bezugnahme auf die 1 beginnt der Gewichtsverlust bei einer Schwellenwerttemperatur von ungefähr 100 °C und verläuft der beobachtbare Gewichtsverlust bis zu einer Maximaltemperatur von ungefähr 235 °C. Es kann beobachtet werden, dass die Derivat-Gewichtsverlustkurve eine bimodale Verteilung aufzeigt. Die Kurve der 1 zeigt zwei ungefähr gleich hohe Gauss-artige Peaks einer gegebenen Peakbreite, die durch eine Temperaturdifferenz von ungefähr 60 °C getrennt sind,. Jeder Peak gibt die Temperatur wieder, bei der die Geschwindigkeit des Gewichtsverlusts für eine bestimmte Komponente in der Mischung maximiert ist. Der erste Peak, der bei einem Modus von ungefähr 130 °C zentriert ist, ist für die Verflüchtigung des 1-Decen PAO-Dimers charakteristisch. Der zweite Peak, welcher bei einem Modus von ungefähr 192 °C zentriert ist, ist für die Verflüchtigung des 1-Decen PAO-Trimers charakteristisch. Folglich ist es offensichtlich, dass das 1-Decen PAO-Dimer eine höhere Flüchtigkeit aufweist, als das 1-Decen PAO-Dimer.
Die 2 stellt den Derivat-Gewichtsverlust als eine Funktion der Temperatur für eine Grundflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend eine 80:20-Mischung pro Volumen aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat dar. Der Derivat-Gewichtsverlust wurde aus dem Gewichtsverlust einer Probe der 80:20-Mischung pro Volumen von 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat, wie über einen Temperaturbereich zwischen ungefähr 80 °C und ungefähr 250 °C durch TGA gemessen, berechnet. Verglichen mit der 1 tritt der Beginn des wahrnehmbaren Gewichtsverlustes allerdings nunmehr bei einer Schwellenwerttemperatur von ungefähr 130 °C ein und verläuft über eine Maximaltemperatur von ungefähr 210 °C. Es kann beobachtet werden, dass die Derivat-Gewichtsverlustkurve gleichermaßen zu der 1 eine bimodale Verteilung von Gewichtsverlust darstellt. Die Kurve zeigt zwei Gauss-artige Peaks einer gegebenen Peakbreite, die durch ungefähr 40 °C voneinander getrennt sind, wobei der erste Peak, welcher bei einem Modus von ungefähr 155 °C zentriert ist, für die Verflüchtigung des 1-Dodecen PAO-Dimers charakteristisch ist und der zweite Peak, welche bei einem Modus von ungefähr 195 °C zentriert ist, für die Verflüchtigung des Dioctylsebacats charakteristisch ist.
Aus einem Vergleich der TGA-Kurve der 2 mit der TGA-Kurve der 1 ist es offensichtlich, dass diese bestimmte Grundflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung dem Beginn einer beträchtlichen Verflüchtigung bis zu einer höheren Temperatur als die Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik aus einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer standhält. Es ist bekannt, dass der Verlust von MR-Fluid aus der MR-Vorrichtung aufgrund des Ausströmens von verflüchtigter Grundflüssigkeit über die Elastomerdichtungen die Vibrationsdämpfungsleistung der MR-Vorrichtung graduell verringert und zu einer vorzeitigen Fehlfunktion der MR-Vorrichtung resultieren kann. Daraus folgt, dass eine MR-Vorrichtung unter Verwendung eines MR-Fluids, das aus der 80:20-Mischung pro Volumen aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat formuliert ist, ohne vorzeitige Fehlfunktion aufgrund von Fluidverlust als auch ohne Verlust der Vibrationsdämpfungsleistung aufgrund von Fluidverlust bei einer höheren kontinuierlichen Betriebstemperatur als eine MR-Vorrichtung unter Verwendung eines MR-Fluids, das aus der Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik aus einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer formuliert ist, arbeiten kann. Die in den TGA-Kurven der 1 und 2 enthaltene Information komplettiert die vorstehend beschriebene 24 Stunden Verdampfungsverlustmessungen, welche repräsentativer für die Flüchtigkeit sind als dies von den Grundflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung erwartet werden kann, wenn bei einer kontinuierlich erhöhten Betriebstemperatur gehalten.
Die 3 stellt den Derivat-Gewichtsverlust als eine Funktion der Temperatur für eine Grundflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend eine 60:40-Mischung pro Volumen aus einem 1-Dodecen PAO-Dimer und einem Dioctylsebacat wie durch TGA über einen Temperaturbereich zwischen ungefähr 80 °C und 250 °C gemessen dar. Es kann beobachtet werden, dass die Derivatgewichtsverlustkurve ähnlich zu der 2 eine bimodale Verteilung des Gewichtsverlusts mit einem ersten Gauss-artigen Peak zentriert bei einem Modus von ungefähr 155 °C, welcher für die Verflüchtigung von 1-Dodecen PAO-Dimer charakteristisch ist, und mit einem zweiten Gauss-artigen Peak zentriert bei einem Modus von ungefähr 190 °C, welcher für die Verflüchtigung von Dioctylsebacat charakteristisch ist, aufzeigt. Weil die Grundflüssigkeit mit der 60:40-Mischung weniger 1-Dodecen PAO-Dimer enthält als die Grundflüssigkeit mit der 80:20-Mischung, weist der Peak in der 3 nahe von 155 °C, welcher für die Verflüchtigung von 1-Dodecen PAO-Dimer charakteristisch ist, eine geringere Höhe als der entsprechende Peak in der 2 auf.
Wenn die TGA-Kurve der 3 mit der TGA-Kurve der 1 verglichen wird, ist es offensichtlich, das auch diese bestimmte Grundflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung bis zu einer höheren Temperatur als die Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik aus der 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer keine signifikante Verflüchtigung aufweist. Daraus folgt, dass eine MR-Vorrichtung unter Verwendung eines MR-Fluids, das aus der 60:40-Mischung pro Volumen aus 1-Dodecen PAO-Dimer und Dioctylsebacat formuliert ist, ohne entweder eine vorzeitige Fehlfunktion aufgrund von Flüssigkeitsverlust oder ohne Verlust an Vibrationsdämpfungseigenschaft aufgrund von Flüssigkeitsverlust bei einer höheren kontinuierlichen Betriebstemperatur als eine MR-Vorrichtung enthaltend ein MR-Fluid formuliert aus der Grundflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik aus einer 50:50-Mischung pro Volumen aus 1-Decen PAO-Dimer und 1-Decen PAO-Trimer arbeiten kann.
Die magnetisierbaren Partikel, welche der Grundflüssigkeit zugegeben worden sind, um die MR-Fluidformulierung zu bilden, können jeder Feststoff sein, von dem bekannt ist, dass dieser eine magnetorheologische Aktivität aufweist. Beispielsweise sind die für die Verwendung in den Fluiden geeigneten magnetisierbaren Partikel magnetisierbare ferromagnetische, niedrig koerzitive, fein verteilte Partikel aus Eisen, Nickel, Kobalt, Eisen-Nickel-Legierungen, Eisen-Kobalt-Legierungen, Eisen-Silizium-Legierungen und dergleichen, welche eine kugelförmige oder eine nahezu kugelförmige Form aufweisen und einen Durchmesser in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Mikrometer und ungefähr 100 Mikrometer aufweisen. Weil die Partikel in nicht-kolloidalen Suspensionen eingesetzt werden, ist es bevorzugt, aber nicht darauf beschränkt, dass die Partikel in dem unteren Durchmesserbereich des geeigneten Bereichs liegen, vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Mikrometer und ungefähr 10 Mikrometern für den nominalen Durchmesser oder die Partikelgröße. Die magnetisierbaren Partikel können ebenfalls eine bimodale Größenvorteilung, wie beispielsweise in dem US Patent Nr. 5,657,715 erteilt am 16. September 1997 mit dem Titel "Magnetorheological Fluids" beschrieben, welches hiermit in seiner Gesamtheit als Referenz eingeführt wird, aufweisen. Beispielsweise können die magnetisierbaren Partikel eine Mischung von kugelförmigen Partikeln mit einem Durchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 100 Mikrometer mit zwei vorliegenden unterschiedlichen Partikelgrößen, einmal mit einer relativ großen Partikelgröße, welche ungefähr zwischen 5 und 10 mal so groß ist wie der durchschnittliche Durchmesser der relativ kleinen Partikelgrößenkomponente, sein.
Die MR-Fluidformulierung gemäß der vorliegenden Erfindung kann optional ein oder mehrere Arten von Additiven enthalten, welche üblicherweise für Schmieröle eingesetzt werden, wie beispielsweise Tenside und Disper giermittel, thixotrope Mittel, Carboxylatseifen, Korrosionsinhibitoren, reibungsverringernde Mittel, Antiverschleißmittel, Oxidationsinhibitoren, Rostinhibitoren, Antiabsetzmittel, Antischaummittel und rheologische Modifizierungsmittel. Von Tensiden beispielsweise ist bekannt, dass diese die Tendenz für eine Koagulation der magnetisierbaren Partikel während der Verwendung der MR-Fluide aufweisen. Solche Tenside schließen bekannte Tenside oder Dispergiermittel ein, wie beispielsweise Eisen(II)-Oleat und Naphthenat, Metallseifen (beispielsweise Aluminiumtristearat und -distearat), alkalische Seifen (beispielsweise Lithium- und Natriumstearat), Sulfonat, Phosphatester, Stearinsäure, Glycerinmonooleat, Sorbitansesquioleat, Stearate, Laurate, Fettsäuren, Fettalkohole und andere oberflächenaktive Mittel. Des Weiteren kann das Tensid stearinstabilisierende Moleküle, einschließlich fluoraliphatische Polymerester und Titanat-, Aluminat- oder Zirkonatkupplungsmittel, enthalten. Ebenfalls beispielsweise kann das Tensid ethoxyliertes Talkalkylamin, ethoxyliertes Kakaoalkylamin, ethoxyliertes Oleylamin, ethoxyliertes Sojaalkylamin, ethoxyliertes Octadecylamin oder ein ethoxyliertes Diamin, wie beispielsweise ethoxyliertes N-Talk-1,3-diaminopropan, sein. Die magnetisierbaren Partikel können mit dem Tensid durch mit den Fachleuten auf diesem technischen Gebiet bekannten Verfahren beschichtet sein. Als ein anderes Beispiel verdicken thixotrope Mittel das MR-Fluid, wenn statisch, so dass die magnetisierbaren Partikel in der Grundflüssigkeit in Suspension dispergiert verbleiben. Bekannte thixotrope Mittel schließen Materialien ein, wie beispielsweise hydrophobe Organotone und pyrogene Metalloxide, wie beispielsweise ein pyrogenes Siliziumoxid.

Claims

Verwendung eines Diesters in einer magnetorheologischen Fluidformulierung für eine magnetorheologische Vorrichtung enthaltend eine Vielzahl von magnetisierbaren Partikeln und eine Grundflüssigkeit zum Dispergieren der Vielzahl von magnetisierbaren Partikeln, wobei die Grundflüssigkeit ein Dimer von 1-Dodecen Polyalphaolefin und den Diester enthält, zum Aufquellen von Elastomerdichtungen in der magnetorheologischen Vorrichtung, welche durch das magnetorheologische Fluid befeuchtet werden, um dadurch den Verlust an Grundflüssigkeit über die Dichtungen zu verhindern oder zu verringern.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei die magnetisierbaren Partikel aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Eisen, Nickel, Kobalt und magnetischen Legierungen hiervon besteht.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Dioctylsebacat, Dioleyladipat, Dioleylsebacat, Dioleylmaleat, Dioleylsuccinat sowie Dilinoleyladipat besteht.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester ein Dioctylsebacat ist.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester eine Säurezahl von weniger als 0,1 mg KOH/g aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester in der Fluidformulierung in einer Menge zwischen 10 % und 45 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Grundflüssigkeit vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 6, wobei der Diester in der Fluidformulierung in einer Menge zwischen 20 % und 40 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Grundflüssigkeit vorliegt.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester in der Fluidformulierung in einer Menge vorliegt, welche beim Gebrauch bewirkt, dass die Elastomerdichtung der magnetorheologischen Vorrichtung um zwischen 2 Prozent und 6 Prozent aufquillt, wenn diese durch die Grundflüssigkeit befeuchtet wird.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester in der Fluidformulierung in einer Menge vorliegt, welche bewirkt, dass der Stockpunkt der Formulierung auf weniger als –52 °C verringert wird.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Diester in der Fluidformulierung in einer Menge vorliegt, welche wirksam ist, um eine Beständigkeit gegenüber signifikanter Verflüchtigung bei Temperaturen von bis zu 100 °C zu bewirken.