DE10307220A1

DE10307220A1 - Ölbefüllte Maschine mit erhöhtem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE10307220A1
Application number: DE2003107220
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Ebenhoch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ölbefüllte Maschine, deren Gesamtwirkungsgrad gegenüber dem Wirkungsgrad üblicher ölbefüllter Maschinen erhöht ist. DOLLAR A Diese Erhöhung des Wirkungsgrades wird dadurch erreicht, dass die ölbefüllte Maschine über Maschinenbauteile verfügt, deren mit einem Schmieröl in Kontakt kommenden Oberflächen flüssigkeitsabweisende Eigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Maschinen sind vorzugsweise Getriebe oder Brennkraftmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft eine ölbefüllte Maschine mit erhöhtem Wirkungsgrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei unter dem Begriff Öl auch jede andere Art von Schmierstoff zu verstehen ist.
Es ist allgemein bekannt, dass die Innenseite eines Getriebe- oder Motorgehäuses sowie die in einer solchen Maschine angeordneten Bauteile wie beispielsweise Wellen oder Zahnräder ständig mit einem ebenfalls in dem Maschinengehäuse befindlichen Schmieröl benetzt werden, um Reibungsverluste beim bewegten Kontakt zwischen diesen Bauteilen zu minimieren und um dort dennoch entstehende Reibungswärme abzuführen.
Leider erzeugt das rotationsbedingt ständige Ein- und Austauchen der sich drehenden Maschinenbauteile in dem Schmieröl sogenannte Plansch- und Strömungsverluste, die ebenso wie Strömungsverluste an der in der Maschine eingeschlossenen Luft deren Wirkungsgrad negativ beeinflussen. Derartige Reibungs- und Strömungsverluste treten beispielsweise in Getrieben und Motoren an sich bewegenden Zahnrädern und Wellen auf. Diese Reibungs- und Strömungsverluste wurden bisher weitgehend als unvermeidbar akzeptiert.
Sofern dennoch Maßnahmen getroffen wurden, um Planschverluste in einem Antriebsaggregat zu verringern, beschränkten sich diese in der Regel darauf, diese Planschverluste durch einzelne konstruktive Veränderungen am Antriebsaggregataufbau zu reduzieren. So ist es beispielsweise aus der DE 41 28 832 A1 bekannt, bei einem Zahnräder wechselgetriebe in Vorgelegebauweise die Planschverluste, die Geräuschbelastung sowie den Antriebsaggregatverschleiß dadurch zu verringern, dass durch Anordnung und Betrieb von zwei getriebeseitigen Kupplung sich nicht ständig alle Zahnräder in dem Getriebeöl drehen müssen.
Darüber hinaus sind aus der WO 96/04123 A1 selbstreinigende Oberflächen mit sehr kleinen Erhebungen und Vertiefungen bekannt, deren Abstand 5 μm bis 200 μm beträgt. Zudem beträgt die Höhe dieser Erhebungen 5 μm bis 100 μm.
Dabei bestehen zumindest die Erhebungen aus einem hydrophoben, also wasserabstoßendem Material, dessen wasserabstoßende Wirkung darauf zurückgeführt wird, dass Wassertropfen nur auf den Spitzen der Erhebungen aufliegen und dadurch einen nur geringen Kontakt zu der Materialoberfläche haben. Der Wassertropfen nimmt dabei eine kugelige Oberflächengeometrie an und rollt bei der geringsten Bewegung von der Oberfläche ab. In ähnlicher Weise, so diese Druckschrift, wird auch die Adhäsion von festen Partikeln an der Oberfläche verhindert. Diese festen Partikeln weisen eine mehr oder minder große Affinität gegenüber dem Wasser auf, so dass diese von den abrollenden Wassertropfen entfernt werden.
Im ständigen Bestreben der Industrie die natürlichen Ressourcen unserer Umwelt zu schonen, besteht ständig ein Bedarf daran, den Wirkungsgrad von Maschinen zu verbessern, um dadurch eine effizientere Energieumwandlung zu erreichen, etwa um den Kraftstoffverbrauch beispielsweise von Kraftfahrzeugen zu verringern.
Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht daher ganz allgemein darin, den Wirkungsgrad von ölbefüllten Maschinen wie beispielsweise Getriebe und Motoren zu verbessern. Speziell wurde an die Erfindung die Aufgabe gestellt, durch maschineninterne Maßnahmen die Reibungsverluste von Maschinenbauteilen zu reduzieren.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach wird erfindungsgemäß eine ölbefüllte Maschine mit erhöhtem Wirkungsgrad dadurch geschaffen, dass deren Bauteile Oberflächen mit flüssigkeitsabweisenden Eigenschaften aufweisen. Bevorzugt weisen die Eigenschaften all diejenigen Maschinenbauteile auf, die mit einem Schmieröl in Kontakt geraten.
Die Oberflächen dieser Maschinenbauteile haben in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Erhebungen und Vertiefungen, deren Höhe und Abstand so gewählt ist, dass Schmieröl auf diesen Oberflächen so kleine Tropfen bildet, dass diese nur auf den Erhebungen aufliegen.
Der Abstand zwischen den Erhebungen beträgt üblicherweise 5 μm bis 200 μm, wenngleich 10 μm bis 100 μm bevorzugt werden. Für die Höhe der Erhebungen werden 5 μm bis 100 μm als angemessen angesehen, wobei Höhen von 10 μm bis 50 μm bevorzugt werden. Die optimalen Höhen und Abstände der Erhebungen hängen jedoch von der Viskosität der in der Maschine befindlichen Schmierflüssigkeit ab und können von einem Fachmann ermittelt werden.
Um derartige Maschinenbauteile möglichst kostengünstig herstellen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Erhebungen und Vertiefungen integraler Bestandteil des Maschinenbauteils sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass diese Maschinenbauteile mit einem solche Erhebungen und Vertiefungen bildenden temperaturbeständigen und ölresistenten Material beschichtet sind oder mittels eines energiereichen Strahls aufgetragen oder herausgebildet sind.
In einer anderen Variante der Erfindung sind die Erhebungen und Vertiefungen durch Prägen, Ätzen oder durch Abformen auf der Bauteiloberfläche ausgebildet.
Schließlich wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Erhebungen und Vertiefungen in einem geometrischen Muster in der an dem jeweiligen Bauteil bevorzugt auftretenden Strömungsrichtung ausgerichtet sind, so dass das Abfließen der Öltropfen erleichtert wird.
Die erfindungsgemäß ausgebildeten Maschinen sind vorzugsweise Getriebe oder Brennkraftmaschinen.

Claims

Ölbefüllte Maschine mit erhöhtem Wirkungsgrad, dadurch gekennzeichnet , dass diese über Maschinenbauteile verfügt, deren Oberflächen flüssigkeitsabweisende Eigenschaften aufweisen.
Ölbefüllte Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Schmieröl in Kontakt kommenden Oberflächen der Maschinenbauteile flüssigkeitsabweisende Eigenschaften aufweisen.
Ölbefüllte Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Maschinenbauteile Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, deren Höhen und Abstände so gewählt sind, dass das Öl auf diesen Oberflächen so kleine Tropfen bildet, dass diese mit kugeliger Geometrie nur auf den Erhebungen aufliegen.
Ölbefüllte Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen Abstände von 5 μm bis 200 μm, vorzugsweise von 10 μm bis 100 μm, sowie Höhen von 5 μm bis 100 μm, vorzugsweise von 10 μm bis 50 μm, aufweisen.
Ölbefüllte Maschine nach wenigstens einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen integralere Bestandteile der Maschinenbauteile sind.
Ölbefüllte Maschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenbauteile mit einem die Erhebungen und Vertiefungen bildenden temperaturbeständigen und ölresistenten Material beschichtet sind.
Ölbefüllte Maschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen mittels eines energiereichen Strahls auf die Bauteiloberfläche aufgetragen oder aus dieser herausgebildet sind.
Ölbefüllte Maschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen durch Prägen, Ätzen oder durch Abformen auf der Bauteiloberfläche ausgebildet sind.
Ölbefüllte Maschine nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen und Vertiefungen in einem geometrischen Muster in Strömungsrichtung ausgerichtet sind.
Ölbefüllte Maschine nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Getriebe oder Brennkraftmaschine ausgebildet ist.