DE102017208752A1

DE102017208752A1 - Schmiermittelfördereinrichtung mittels Kapillarwirkung

Info

Publication number: DE102017208752A1
Application number: DE102017208752.8A
Authority: DE
Inventors: Björn Weigel; Markus Wannags
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2018-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelfördereinrichtung zur Förderung eines Schmiermittels (1) von einer Schmiermittelquelle (2) zu einer zu schmierenden Komponente (3) mit einem durch additive Fertigung hergestellten Körper (4) und mit zumindest einem durch den Körper (4) derart ausgebildeten Schmiermittelkanal (5), dass dieser das Schmiermittel (1) durch Kapillarwirkung fördert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelfördereinrichtung, die zur Förderung eines Schmiermittels von einer Schmiermittelquelle zu einer zu schmierenden Komponente dient. Sie betrifft auch ein Gehäuse mit einer solchen Fördereinrichtung, sowie einen Motor oder ein Getriebe mit einer solchen Fördereinrichtung.
Aus der DE 43 39 817 A1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre bekannt, welche ein Gleitlager mit einem Schmiermittelkanal mit Kapillarwirkung aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Gegenstände gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Demnach wird eine Schmiermittelfördereinrichtung zur Förderung eines Schmiermittels von einer Schmiermittelquelle zu einer zu schmierenden Komponente vorgeschlagen. Die Schmiermittelfördereinrichtung verfügt über einen durch additive Fertigung hergestellten Körper. Durch den Körper ist ein Schmiermittelkanal derart ausgebildet, dass dieser das Schmiermittel mittels Kapillarwirkung fördert. Der Schmiermittelkanal ist also innerhalb des per additivem Herstellungsverfahren hergestellten Körpers angeordnet und durch diesen Körper ausgebildet. Bei der Herstellung des Körpers werden also insbesondere diejenigen Bereiche ausgespart, die den späteren Schmiermittelkanal bilden sollen. Der Schmiermittelkanal ist dazu ausgelegt, das Schmiermittel durch die Kapillarwirkung von der Schmiermittelquelle zu der zu schmierenden Komponente zu fördern.
Der Körper und der darin integrierte Schmiermittelkanal sind dadurch besonders einfach herstellbar. Außerdem kann die Form des Körpers und/oder des Kühlmittelkanals einfach an besondere Gegebenheiten angepasst sein.
Mittels additiver Fertigung lassen sich mittlerweile feine Kanäle aufbauen, die mittels konventioneller Fertigungsverfahren nicht machbar sind. Wenn diese Kanäle in die Schmiermittelquelle reichen, kann mittels der Kapillarwirkung das Schmiermittel ca. 20 cm hoch gefördert werden. Es wird daher vorgeschlagen, dass die Förderstrecke des Schmiermittelkanals zwischen 10 mm und 200 mm lang ist. Mit einer entsprechenden Anzahl von Schmiermittelkanälen lässt sich eine Grundschmierung für die zu schmierende Komponente realisieren. Aufgrund der freien Gestaltungsmöglichkeiten der additiven Fertigung, lässt sich auch eine Schmierung von schwer zugänglichen Komponenten realisieren.
Der Schmiermittelkanal weist zumindest einen Einlass im Bereich der Schmiermittelquelle auf und einen Auslass im Bereich der zu schmierenden Komponente. Der Querschnitt des Schmiermittelkanals ist so bemessen, dass darin eine Kapillarwirkung für das Schmiermittel entsteht, welche das Schmiermittel vom Einlass zum Auslass fördert. Hierzu kann insbesondere der Querschnitt des Schmiermittelkanals einen Durchmesser von kleiner 0,2 mm aufweisen. Insbesondere kann der Querschnitt des Schmiermittelkanals vom Einlass in Richtung Auslass stetig abnehmen, um die Kapillarwirkung zu erzielen. Das Schmiermittel liegt insbesondere in einer flüssigen Form vor. Beispielsweise kann es sich dabei um Schmieröl handeln.
Bei der Schmiermittelquelle handelt es sich insbesondere um ein Schmiermittelreservoir. Bevorzugt handelt es sich hierbei um einen so genannten Schmiermittelsumpf. Der Schmiermittelsumpf dient insbesondere zur Aufnahme von Schmiermittel aller zu schmierenden Komponenten einer Vorrichtung. Insbesondere ist er also dazu ausgeführt, das Schmiermittel der Vorrichtung in Gänze oder nahezu in Gänze aufzunehmen. Beim Schmiermittelsumpf handelt es sich bevorzugt um einen Ölsumpf in einer Ölwanne.
Der Körper mit dem Schmiermittelkanal ist durch additive Fertigung hergestellt. Hierbei handelt es sich um ein Herstellungsverfahren, bei dem der Körper, insbesondere schrittweise, durch Werkstoffauftrag aufgebaut wird. Besonders bevorzugt ist der Körper und damit der Schmiermittelkanal durch 3D-Druck hergestellt worden. Hierzu kann jedes geeignete 3D-Druckverfahren angewandt worden sein, wie beispielsweise selektives Laserschmelzen oder Stereolithografie.
Der Schmiermittelkanal kann als Einzelkanal oder durch eine offenporige Porosität des Festkörpers gebildet werden. Der Festkörper wird im letztgenannten Fall also mittels additiver Fertigung zumindest bereichsweise schwammartig ausgeführt. Der schwammartige Bereich bildet dann den Schmiermittelkanal aus. Die Porengröße der Porosität ist so gewählt, dass sich die gewünschte Kapillarwirkung einstellt. Die Poren der Porosität sind zueinander offen (= offenporig), sodass das Schmiermittel die Poren bzw. den Körper von der Schmiermittelquelle zu der zu schmierenden Komponente durchströmen kann. Dies hat neben der Förderwirkung auch den Vorteil, dass der Körper dann sehr leicht und trotzdem stabil sein kann.
Es wird auch ein Gehäuse für eine Vorrichtung, aufweisend eine Gehäusewandung vorgeschlagen, wie insbesondere ein Motor- oder Getriebegehäuse. Das Gehäuse weist die vorgeschlagene Schmiermittelfördereinrichtung auf. Dabei ist die Gehäusewandung zumindest zum Teil durch den Körper der Schmiermittelfördereinrichtung gebildet.
Durch eine derart poröse Wandstruktur des Gehäuses kann unter Ausnutzung des Kapillareffekts der Wärmeleitkoeffizient des Gehäuses beeinflusst werden. Bei kalten Temperaturen und entsprechend hoher Viskosität des Schmiermittels ist dessen Steighöhe innerhalb des Schmiermittelkanals gering. Dementsprechend ist dessen Schmierwirkung und Wärmeabfuhrwirkung auch verringert. Die zu schmierende Komponente erreicht somit schneller seine Betriebstemperatur. Bei höheren Temperaturen sinkt die Viskosität des Schmiermittels. Die Steighöhe innerhalb des Schmiermittelkanals steigt entsprechend und verbessert damit die Schmier- und Wärmeabfuhrwirkung. Dadurch ergibt sich eine einfach Wärmeregulierung.
Falls für die zu schmierende Komponente hohe Anforderungen an die Sauberkeit des Schmiermittels stellt, kann die Kapillarstruktur des Schmiermittelkanals auch als (Not-)Filter für das Schmiermittel dienen.
Neben der Schmiermittelfördereinrichtung an sich wird auch ein Motor oder Getriebe mit der Schmiermittelfördereinrichtung vorgeschlagen. Die Schmiermittelfördereinrichtung dient hier zur Schmierung zumindest einer Komponente des Motors oder Getriebes. Bei dem Motor kann es sich insbesondere um einen Elektromotor oder einen Verbrennungsmotor handeln. Der Motor bzw. das Getriebe kann insbesondere das vorgeschlagene Gehäuse mit der Schmiermittelfördereinrichtung aufweisen.
Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeuggetriebe mit der Schmiermittelfördereinrichtung vorgeschlagen. Die Schmiermittelfördereinrichtung dient hier zur Schmierung zumindest eines Wellenlagers und/oder eines Zahnrads des Kraftfahrzeuggetriebes. Bei dem Kraftfahrzeuggetriebe kann es sich insbesondere um ein Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe oder ein Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Kraftfahrzeuggetriebe kann insbesondere das vorgeschlagene Gehäuse mit der Schmiermittelfördereinrichtung aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figuren näher erläutert, aus welcher weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind.
Die Fig. zeigt in schematischer Darstellung eine Schmiermittelfördereinrichtung zur Förderung eines Schmiermittels 1 von einer Schmiermittelquelle 2 zu einer zu schmierenden Komponente 3. Die Schmiermittelquelle 2 ist beispielhaft als Schmiermittelreservoir ausgebildet.
Die Schmiermittelfördereinrichtung weist einen durch additive Fertigung hergestellten Körper 4 auf. Hierzu wurden mehrere Schichten eines Werkstoffes nacheinander aufeinander aufgetragen. Innerhalb des Körpers 4 befinden sich mehrere Schmiermittelkanäle 5, die das Schmiermittel 1 jeweils von der Schmiermittelquelle 2 zu der zu schmierenden Komponente 3 führen. Beispielhaft wurde der Verlauf einer der Schmiermittelkanäle 5 in dem Körper 4 mittels gestrichelter Linien angedeutet.
Die Schmiermittelkanäle 5 verfügen jeweils über zumindest einen Einlass 5A im Bereich der Schmiermittelquelle 2 und einen Auslass 5B im Bereich der zu schmierenden Komponente 3. Die Schmiermittelkanäle 5 sind so ausgebildet, dass darin eine Kapillarwirkung für das Schmiermittel 1 entsteht. Diese fördert das Schmiermittel 1 vom Einlass 5A zum Auslass 5B. Insbesondere kann dazu der Querschnitt der einzelnen Schmiermittelkanäle 5 einen Durchmesser von kleiner 0,2 mm aufweisen. Insbesondere kann dazu der Querschnitt der einzelnen Schmiermittelkanäle 5 vom jeweiligen Einlass 5A in Richtung des jeweiligen Auslasses 5B stetig abnehmen.
Die Schmiermittelkanäle 5 wurden im Rahmen der additiven Fertigung des Körpers 4 mit ausgeformt. Hierzu wurde beispielsweise an diejenigen Stellen der Schichten des Körpers 4 kein Werkstoff aufgetragen, wo später die Schmiermittelkanäle entlangführen sollen.
Die Schmiermittelkanäle 5 können als Einzelkanäle oder als poröse Struktur innerhalb des Körpers 4 ausgebildet sein. Der Körper 4 verfügt im letztgenannten Fall dann über zumindest einen Bereich mit einer offenporigen Porosität, die die Schmiermittelkanäle 5 ausbildet.
Die Förderstrecke des Schmiermittelkanals 5, also die Entfernung zwischen dem Pegel des Schmiermittels 1 in der Schmiermittelquelle 2 und der zu schmierenden Komponente 3, kann insbesondere zwischen 10 mm und 200 mm betragen.
Bezugszeichenliste

1: Schmiermittel
2: Schmiermittelquelle
3: Komponente
4: Körper
5: Schmiermittelkanal
5A: Einlass
5B: Auslass

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4339817 A1 [0002]

Claims

Schmiermittelfördereinrichtung zur Förderung eines Schmiermittels (1) von einer Schmiermittelquelle (2) zu einer zu schmierenden Komponente (3), gekennzeichnet durch einen durch additive Fertigung hergestellten Körper (4) mit zumindest einem durch den Körper (4) derart ausgebildeten Schmiermittelkanal (5), dass dieser das Schmiermittel (1) durch Kapillarwirkung fördert.
Schmiermittelfördereinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schmiermittelkanal (5) durch eine offenporige Porosität des Körpers (4) gebildet ist.
Schmiermittelfördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Förderstrecke des Schmiermittelkanals (5) zwischen 10 mm und 200 mm lang ist.
Gehäuse für eine Vorrichtung, insbesondere Motor- oder Getriebegehäuse, aufweisend eine Gehäusewandung, gekennzeichnet durch eine Schmiermittelfördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusewandung zumindest zum Teil durch den Körper (4) der Schmiermittelfördereinrichtung gebildet ist.
Motor oder Getriebe mit einer Schmiermittelfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Schmierung zumindest einer Komponente (3) des Motors oder Getriebes.
Kraftfahrzeuggetriebe mit einer Schmiermittelfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Schmierung zumindest eines Wellenlagers und/oder eines Zahnrads des Kraftfahrzeuggetriebes.