DE102018205053A1

DE102018205053A1 - Entlüfter, Getriebe sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018205053A1
Application number: DE102018205053.8A
Authority: DE
Inventors: Axel Rohm
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Entlüfter (2) für ein Fahrzeuggetriebe (1), insbesondere ein Doppelkupplungsgetriebe, mit einer zum Innenraum des Getriebes (1) weisenden Eintrittsöffnung (4) und einer zum Außenraum (9) weisenden Außenöffnung (14), wobei sich zwischen der Eintrittsöffnung (4) und der Außenöffnung (14) ein Verbindungsweg erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eintrittsöffnung (4) und der Außenöffnung (14) wenigstens eine Membran (8) angeordnet ist, die den Verbindungsweg zumindest teilweise abdeckt.
Daneben betrifft die Erfindung ein Getriebe.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft einen Entlüfter für ein Fahrzeuggetriebe.
Fahrzeuggetriebe dienen dem Übertragen und Wandeln der Drehzahl und des Drehmomentes, die durch den Motor bereitgestellt werden. Während bei Automatgetrieben Planetenradsätze zum Einsatz kommen, werden bei Doppelkupplungsgetrieben Getriebe in Vorgelegebauweise mit Losrädern und Festrädern verwendet. In allen Fällen befinden sich Zahnräder miteinander im Eingriff, die zur Erhöhung der Standzeit und zur Erhaltung der Lauffähigkeit mit Öl geschmiert werden. Das Schmieröl wird beispielsweise auf die Zahnräder und auch in die Welleninnenräume geführt, von wo aus das Öl durch Querkanäle und aufgrund der Drehbewegung der Wellen und der Zahnräder nach außen geschleudert wird. Von der Gehäuseinnenwand läuft das Öl dann zum Boden des Getriebes hin, wo sich der sogenannte Ölsumpf befindet. Von dort aus wird das Öl wieder auf die Zahnräder und in die Wellen verbracht, so dass es sich in einem ständigen Kreislauf befindet.
Die Betriebstemperaturen des Getriebes reichen von -40°C bis +150°C. Aufgrund dieser enormen Temperaturunterschiede dehnen sich sowohl das im Inneren des Getriebegehäuses befindliche Öl als auch die Luft in Abhängigkeit der Temperatur aus. Ohne Austausch mit der Umgebung stiege dann der Druck im Inneren des Getriebes mit Anstieg der Temperatur ebenfalls an. Um einen Ausgleich zu schaffen ist es daher bekannt, dass Getriebe einen Entlüfter besitzen. In der einfachsten Ausgestaltung ist der Entlüfter eine Öffnung in der Wand des Getriebegehäuses, so dass bei Erwärmung der Luft und des Öls im Inneren des Getriebegehäuses Luft nach außen austreten kann sowie beim Abkühlen der Luft und des Öls im Inneren des Getriebegehäuses Luft von außen in das Innere des Getriebegehäuses eingesaugt werden kann, so dass im Inneren des Getriebegehäuses durchgehend Atmosphärendruck besteht.
Um ein Eindringen von Schmutz in das Innere des Getriebegehäuses zu vermeiden ist es weiterhin bekannt, die Öffnung in der Gehäusewand mit einem Blechröhrchen abzudecken. Das Blechröhrchen ist topfförmig und besitzt eine Öffnung an der Seitenwand, so dass weiterhin ein Luftaustausch zwischen der Umgebung und dem Gehäuseinneren möglich ist.
Zusätzlich besteht Bedarf, dass das Getriebeöl nicht nach außen gelangt. Zum einen könnte das Getriebeöl über den Boden des Kraftfahrzeugs auf die Straße und insbesondere zwischen die Reifen des Kraftfahrzeugs und die Straße gelangen und so das Kraftfahrzeug ins Schleudern bringen. Andererseits ist auch ohne weitere Komplikationen jeder Verlust an Getriebeöl zu vermeiden, da Getriebe heutzutage, jedenfalls in Bezug auf das Öl, als wartungsfrei anzusehen sind. Ein Austausch oder Ersatz von Getriebeöl ist dementsprechend nicht vorgesehen.
Aufgrund der immer größer werdenden Leistungsfähigkeit der Getriebe reicht eine einfache Abdeckung der Entlüfteröffnung nicht mehr aus. Es ist daher weiterhin bekannt, dass an der Getriebeinnenwand ein Abschirmelement angeordnet ist, so dass Spritzöl nicht direkt durch die Entlüfteröffnung in der Gehäusewand geschleudert werden kann. Eine Abschirmung ist dabei rohrartig mit einem Ein- und Ausgang, also zwei Öffnungen. Dabei weist der Ausgang zur Entlüfteröffnung der Gehäusewand. Derartige rohrförmige bzw. trichterförmige Abschirmungen sind allerdings nicht ausreichend für jede Betriebssituation des Kraftfahrzeuges bzw. des Getriebes. Insbesondere bei Rennsportanwendungen ist die Beanspruchung derart, dass trotz Verwendung einer Abschirmung Getriebeöl aus dem Getriebe entweicht. Insbesondere hat sich gezeigt, dass es ebenfalls nicht ausreicht, die Abschirmung mit Windungen zu versehen oder die Länge der Abschirmung zu vergrößern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Entlüfter für ein Fahrzeuggetriebe anzugeben, mit dem auch bei extremen Betriebssituationen kein Öl aus dem Inneren des Getriebegehäuses entweicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Entlüfter mit den Merkmalen des geltenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Als Kern der Erfindung wird angesehen, im Verbindungsweg des Entlüfters eine Membran vorzusehen. Die Membran fungiert dabei selbstverständlich als Trennschicht und nicht als Schwingungsmembran. Die Membran ist dementsprechend semipermeabel. Zur Erfüllung ihrer Aufgabe ist die Membran durchlässig für Luft, aber nicht für größere Teile. Luft besteht bekanntermaßen aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Edelgasen, um die wesentlichen Bestandteile aufzuzählen. Daneben befinden sich auch Feststoffpartikel in der Luft.
Es hat sich gezeigt, dass aufgrund der Fahrzeugbewegung es nicht ausreichend ist, den Verbindungsweg nur teilweise mit der Membran zu bedecken, wenn man einen vollständigen Austritt von Öl in den Getriebeaußenraum verhindern möchte. Daher ist bevorzugt, den Verbindungsweg vollständig abzudecken oder zu überdecken.
Vorteilhafterweise kann die Membran eine Porengröße größer oder gleich 0,5 nm aufweisen. Diese Größe ist ausreichend, um Luftmoleküle, also Sauerstoffmoleküle, Stickstoffmoleküle und Kohlendioxidmoleküle, durchzulassen.
Vorzugsweise kann die Membran eine Porengröße kleiner gleich 1 nm aufweisen. Diese Größe ist ausreichend klein, um Öl, das aus dem Getriebeinnenraum in den Entlüfter gelangt, am Austritt aus dem Getriebe zu hindern.
Vorzugsweise kann der Entlüfter eine gasdichte Wandung aufweisen. Dementsprechend liegt die Membran im Inneren der Wandung und ist dadurch gegen Spritzöl geschützt. Auch wird dadurch sichergestellt, dass der komplette Gasaustausch zwischen Getriebeinnenraum und Außenraum um das Getriebe herum über die Membran erfolgt.
Vorteilhafterweise kann der Entlüfter eine Wandung aus Kunststoff, insbesondere Duroplast, aufweisen. Dieses Material ist einfach in der Herstellung und für alle im Getriebe vorkommenden Temperaturen ausgelegt.
Vorteilhafterweise kann die Eintrittsöffnung durch ein Entlüftungsventil verschließbar oder verschlossen sein. Vorteilhafterweise kann das Entlüftungsventil als Druckbegrenzungsventil und/oder Rückschlagventil ausgebildet sein. Ein Luftaustausch zwischen Getriebeinnenraum und dem Außenraum des Getriebes findet also erst ab einem einstellbaren Differenzdruck statt. Dadurch ist die Eintrittsöffnung auch nur für begrenzte Zeiträume offen und in der restlichen Zeit ist sie gegen den Eintritt von Öl durch das Entlüftungsventil verschlossen.
Vorteilhafterweise kann der Entlüfter eine zum Innenraum des Getriebes weisende Austrittsöffnung aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Austrittsöffnung durch ein Belüftungsventil verschlossen oder verschließbar sein. Auch in der umgekehrten Richtung kann der Innenraum des Entlüfters gegen den Innenraum des Getriebes abgedichtet werden. Die zusätzliche Öffnung ermöglicht bessere Luftaustauschstrategien als eine einzige Öffnung zum Getriebeinnenraum hin.
Vorteilhafterweise kann die Membran den Innenraum des Entlüfters in einen Abscheideraum und einen Austauschraum unterteilen. Der Abscheideraum ist der Raum, in dem Öl, das in den Entlüfter gelangt ist, aus der Luft abgeschieden und zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. Der Austauschraum ist ein Luftaustauschraum, in dem Luft, die von außen kommt, in den Entlüfter eintritt oder Luft aus dem Innenraum des Getriebes nach außen gelangen kann.
Vorzugsweise kann die Membran zylindrisch oder ringförmig ausgestaltet sein. Bei dieser Form ergibt sein eine große Austauschfläche für die Luft.
Vorteilhafterweise kann der Austauschraum als Ringraum ausgebildet sein. Vorzugsweise umgibt er die Membran. Der Austauschraum ist selbstverständlich mit der Umgebung des Getriebes verbunden. Anderenfalls könnte keine Luft in das Getriebe über den Entlüfter eintreten.
Vorteilhafterweise kann die Austrittsöffnung direkt mit dem Außenraum des Getriebes verbunden sein. Dann wird nur Luft-Öl-Gemisch, das aus dem Getriebeinnenraum in den Entlüfter gelangt durch die Membran geführt. Von außen in das Getriebe eintretende Luft wird dagegen nicht gefiltert.
Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrzeuggetriebe mit einem Entlüfter. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass es einen Entlüfter wie beschrieben aufweist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeuggetriebe. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es ein Fahrzeuggetriebe wie beschrieben aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

1 einen Entlüfter in einer ersten Ausgestaltung,
2 einen Entlüfter in einer zweiten Ausgestaltung,
3 einen Entlüfter in der Aufheizphase, und
4 einen Entlüfter in der Abkühlphase.

1 zeigt einen Abschnitt eines Getriebes 1 in einer ersten Ausführung. Dabei ist ein Entlüfter 2 an der Wand 3 des Getriebes 1 angeordnet. Der Entlüfter 2 ist über eine Eintrittsöffnung 4 mit dem Innenraum 5 des Getriebes verbunden. Die Eintrittsöffnung 4 liegt dabei am Ende eines Eintrittsweges 6. Die Eintrittsöffnung 4 ist mittels eines Entlüftungsventils 7 verschlossen. Über den Eintrittsweg 6 und die Eintrittsöffnung 4 kann Luft und auch Öl aus dem Innenraum 5 des Getriebes 1 in den Entlüfter 2 gelangen. Dort trifft das Luft-Öl-Gemisch auf eine Membran 8. Die Membran 8 hat eine Porengröße von 0,5 nm bis 1 nm und ist somit für Luft durchlässig, aber nicht für Öl. Diese Art und Weise kann Öl aus dem Getriebeinnenraum 5 in den Außenraum 9 gelangen, während Öl zurückgehalten wird.
Die Membran 8 ist ringförmig aufgebaut und unterteilt den Entlüfter in einen Abscheideraum 10 und einen Austauschraum 12. Der Austauschraum 12 ist über eine Ausgangsöffnung 14 in der Wand 16 des Entlüfters mit dem Außenraum 9 verbunden. Die Wand 16 des Entlüfters 2 ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Duroplast.
Um Luft und auch das abgeschiedene Öl wieder in den Getriebeinnenraum führen zu können weist der Entlüfter 2 auch eine Austrittsöffnung 18, insbesondere am Ende eines Austrittsweges 20, auf.
Am Ende des Austrittsweges 20 verschließt ein Belüftungsventil 22 die Austrittsöffnung 18. Der Eintrittsweg 6 und der Austrittsweg 20 sind über ein zylindrisches Verbindungsstück 24 definiert, das sich selbst wiederum in einer Hülse 26 befindet.
Optional kann an der Wand 16 des Entlüfters 2 eine weitere Öffnung 28 vorhanden sein, die durch ein Außenventil 30 verschließbar ist.
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Entlüfters 2. Dieser ist dabei weitgehend identisch zur Ausgestaltung nach 1 aufgebaut, weswegen auf diese Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu 1 ist bei der Ausgestaltung nach 2 die Austrittsöffnung 18 direkt mit dem Außenraum 9 verbunden, und zwar über den Verbindungsweg 32. Hierfür weist der Abscheideraum 10 einen zylindrischen Durchgang auf, der durch diesen zur Austrittsöffnung 18 hinführt. Luft aus dem Außenraum 9 muss dann auf dem Weg zum Innenraum 5 nur die Austrittsöffnung 18 und das Belüftungsventil 22 passieren und kann ansonsten ungehindert in das Getriebe gelangen.
3 zeigt den Entlüfter 2 nach 1 in der Aufheizphase des Getriebes. Auf die Beschreibung des Entlüfters wird daher auf 1 verwiesen. Insbesondere wurden der Übersichtlichkeit halber wie auch in 2 ein Teil der Bezugszeichen weggelassen. Gleich dargestellte Elemente haben jedoch die gleiche Bedeutung wie in 1. Die Pfeile 34 zeigen einen möglichen Weg eines Luft-Öl-Gemisch aus dem Innenraum 5, die aufgrund eines höheren Drucks im Getriebeinneren im Vergleich zum Außenraum 9 zum Druckausgleich in den Entlüfter 2 gelangt sind. An der Membran 8 wird Öl zurückgehalten und folgt der Membran 8, wie die Pfeile 36 anzeigen, der Membran in Richtung Boden des Entlüfters 2. Die Pfeile 38 zeigen das ungehinderte Passieren und den Weg der Luft über die Membran 8 und über die Ausgangsöffnung 14 zum Außenraum 9.
Der Austauschraum 12 ist ringförmig und daher reicht eine einzige Ausgangsöffnung 14 als Verbindung zum Außenraum 9.
Das abgeschiedene Öl 40 sammelt sich dagegen im Austrittsweg 20.
4 zeigt den Entlüfter 2 in der Belüftungsphase. Dabei tritt Luft entweder über die Ausgangsöffnung 14 oder die Öffnung 28 in den Entlüfter ein. Bei Eintritt über die Öffnung 28 gelangt die Luft direkt in den Abscheideraum 10, wenn sie über die Ausgangsöffnung 14 eintritt muss sie erst noch die Membran 8 passieren.
In jedem Fall gelangt sie über den Austrittsweg 20 aus dem Entlüfter 2 heraus, wenn der Überdruck zwischen Außenraum 9 und Innenraum 5 groß genug ist wird auch das Belüftungsventil 22 geöffnet.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Entlüfter
3: Getriebewand
4: Eintrittsöffnung
5: Innenraum
6: Eintrittsweg
7: Entlüftungsventil
8: Membran
9: Außenraum
10: Abscheideraum
12: Austauschraum
14: Ausgangsöffnung
16: Wand
18: Austrittsöffnung
20: Austrittsweg
22: Belüftungsventil
24: Verbindungsstück
26: Hülse
28: Öffnung
30: Außenventil
34: Pfeil
36: Pfeil
38: Pfeil
40: Öl

Claims

Entlüfter (2) für ein Fahrzeuggetriebe (1), insbesondere ein Doppelkupplungsgetriebe, mit einer zum Innenraum des Getriebes (1) weisenden Eintrittsöffnung (4) und einer zum Außenraum (9) weisenden Außenöffnung (14), wobei sich zwischen der Eintrittsöffnung (4) und der Außenöffnung (14) ein Verbindungsweg erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eintrittsöffnung (4) und der Außenöffnung (14) wenigstens eine Membran (8) angeordnet ist, die den Verbindungsweg zumindest teilweise abdeckt.
Entlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) den Verbindungsweg vollständig abdeckt.
Entlüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) eine Porengröße größer gleich 0,5 nm aufweist.
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) eine Porengröße kleiner gleich 1 nm aufweist.
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüfter (2) eine gasdichte Wandung (16) aufweist.
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüfter (2) eine Wandung (16) aus Kunststoff, insbesondere Duroplast, aufweist
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (4) durch ein Entlüftungsventil (7) verschließbar oder verschlossen ist.
Entlüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsventil (7) als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist.
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüfter (2) eine zum Innenraum des Getriebes (1) weisende Austrittsöffnung (18) aufweist.
Entlüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (18) durch ein Belüftungsventil (22) verschlossen oder verschließbar ist.
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) den Innenraum des Entlüfters (2) in einen Abscheideraum (10) und einen Austauschraum (12) unterteilt.
Entlüfter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Austauschraum (12) als Ringraum ausgebildet ist.
Entlüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) zur Wandung (16) des Entlüfters (2) beabstandet ist.
Fahrzeuggetriebe (1) mit einem Entlüfter (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüfter (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeuggetriebe (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe (1) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.