DE102009032520A1

DE102009032520A1 - Verfahren zur Herstellung und Erstinbetriebnahme eines Getriebes mit einem Schmiermittel auf Basis von Wasser

Info

Publication number: DE102009032520A1
Application number: DE102009032520A
Authority: DE
Inventors: Franz Mayr
Original assignee: Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
Current assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-20

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung und Erstinbetriebnahme eines Getriebes mit einem Schmiermittel auf Basis von Wasser besteht, in folgenden Schritten:
- Die fertig bearbeiteten Drehteile (20) werden mit einem Gemisch aus einer verdampfbaren Flüssigkeit, einem zerkleinerten Feststoff-Schmiermittel und einem Konservierungsmittel (22) besprüht oder darin eingetaucht (21) und dann getrocknet (23), wodurch sich auf ihnen eine Beschichtung bildet,
- die Drehteile werden mit der Beschichtung in das Gehäuse des Getriebes eingebaut und das zusammengebaute Getriebe mit einer Kühlflüssigkeit befüllt (25), welche im Wesentlichen eine Mischung aus Wasser und einem Frostschutzmittel (26) ist,
- das Getriebe wird dem Jungfernlauf unterzogen (27), wobei erst durch den Abrieb der Drehteile und Verteilung des Abriebes in der Kühlflüssigkeit das Schmiermittel für den weiteren Betrieb gebildet wird. Dann ist das Getriebe betriebsfertig (28).

Description

Gegenstand
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Erstinbetriebnahme eines Getriebes mit einem Schmiermittel auf wässriger Basis, wobei das Getriebe aus dem Gehäuse und den in dieses einzubauenden Teilen, insbesondere den Zahnräder tragenden Drehteilen, besteht. Derartige Getriebe kommen in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz, insbesondere in Kraftfahrzeugen als Schalt-, Verteiler- oder Achsantriebgetriebe. Die Drehteile sind dann Wellen mit ihren Zahnrädern, Kupplungen, gegebenenfalls Synchronringen und Lagerteilen. Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen ist die Leistungsdichte besonders hoch, dadurch sind die Zahnräder hoch belastet und ausreichende Kühlung des Getriebes erfordert besondere Aufmerksamkeit. Das Schmiermittel wirkt dabei auch als Kühlmittel, das die im Getriebe erzeugte Reibungswärme an das Getriebegehäuse weitergibt oder zu einem getrennten Ölkühler befördert.
Stand der Technik
In der WO 2007/028369 A1 ist beschrieben, wie Kohlenstoffteilchen in einer Dispergierflüssigkeit auf wässriger oder nicht wässriger Basis durch Anlegen einer starken „Beschleunigungsspannung” (durch hohen Druck in einer Reaktionskammer) dispergiert werden. Weiters kann ein Bindemittel oder können andere Chemikalien zugesetzt werden. Wo und wie diese Dispersion zur Anwendung kommt, bleibt offen.
In der noch unveröffentlichten Anmeldung DE 10 2008 051 264.8 der Anmelderin sind Korrosionsschutzmittel beschrieben, die im Wesentlichen aus einem Borsäureanhydrid und einem plättchen- oder stäbchenförmigen Füllstoff (zum Beispiel Graphit), der eine diffusionsdichte Schicht bildet, bestehen und mit einem wässrigen Schmiermittel kompatibel sind. Das Korrosionsschutzmittel wird durch Sprühen oder Tauchen aufgebracht und dann getrocknet.
In der WO 2007/098523 A2 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Getriebes beschrieben, in dem das Schmiermittel, bestehend aus Wasser, einem Frostschutzmittel und einem Feststoff-Schmiermittel (zum Beispiel Graphit) außerhalb des Getriebes zusammengemischt und dann in das montierte aber trockene Getriebe eingefüllt wird. Beim Jungfernlauf am Prüfstand, der bei Hochleistungsgetrieben allgemein üblich ist, wird das Schmiermittel dann durch die eintauchenden Zahnräder im Getriebe verteilt. So bildet es auch auf den Zahnrädern selbst eine Art Beschichtung, die sich während des Betriebes aus dem im Schmiermittel enthaltenen Feststoff regeneriert. Die Rührwirkung der Zahnräder verhindert dabei die Entmischung des Schmiermittels.
Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass es bei dieser Tauchschmierung eine gewisse Zeit dauert, bis die Zahnräder ausreichend benetzt sind. Bis dahin laufen sie trocken, wobei sich Abriebteichen bilden, die der Lebensdauer der Lager und Dichtringe abträglich sind. Bei Druckumlaufschmierung dauert es besonders lange, bis die Zahnräder benetzt sind, weshalb das Verfahren für Druckumlaufschmierung ungeeignet schien. Das ist ein Nachteil, weil Hochleistungsgetriebe meist mit Druckumlaufschmierung betrieben werden. Weiters wurde festgestellt, dass die so erzeugte Beschichtung nicht sehr robust ist und ihre Regenerierung aus dem Schmiermittel bei gewissen Betriebbedingungen nicht ausreicht.
Bei Betrachtung der Herstellung eines Getriebes ist dem Erfinder aufgefallen, dass die Drehteile nach fertiger mechanischer Bearbeitung zum Schutz vor Korrosion eingeölt beziehungsweise eingefettet und verpackt werden, um zumindest in eine andere Halle, meist aber zum Getriebehersteller an einem anderen Standort transportiert werden. Dort werden sie dann entfettet und schließlich in das Gehäuse eingebaut. Diese Abläufe verursachen erhebliche Arbeits- und Anlagekosten.
Problem/Lösung
Es ist das der Erfindung zugrunde liegende Problem, die Nachteile des Verfahrens der WO 2007/098523 zu beheben und eine Verringerung der Herstellungskosten zu erreichen. Erfindungsgemäß wird das mit dem Verfahrensablauf gemäß Anspruch 1 erreicht.
Der Verfahrensablauf beginnt schon bei der Fertigung der Drehteile. Dadurch, dass die fertig bearbeiteten Drehteile nicht eingefettet, sondern bereits mit einem Konservierungsmittel beschichtet werden, das später bei Inbetriebnahme des fertigen Getriebes das Schmiermittel bildet, kann das Entfetten der Drehteile unmittelbar vor deren Einbau unterbleiben. Das spart nicht nur Kosten, sondern vermeidet auch den Einsatz von toxischen und/oder umweltschädlichen Lösungsmitteln. Die Beschichtung der angegebenen Zusammensetzung wird durch Trocknen besonders fest und haltbar. Sie stellt nicht nur eine besonders wirksame Konservierung während des Transportes dar, sondern bildet auf Grund des in ihr enthaltenen Feststoff-Schmiermittels mit der später ins Getriebe gefüllten Kühlflüssigkeit das Schmiermittel in einer Weise, die die Nachteile der obigen WO 2007/098523 behebt.
Dadurch, dass das Gemisch für die Beschichtung auf Basis einfach einer verdampfbaren Flüssigkeit (und keines toxischen und/oder umweltschädlichen Lösungsmittels) hergestellt und durch Sprühen, Eintauchen oder anderswie auf die Drehteile aufgebracht ist, ist die Trocknung unproblematisch und rückstandsfrei. Mit der getrockneten Beschichtung versehen werden die Drehteile verpackt und zur Getriebemontage transportiert, oder zwischengelagert. Dort werden sie mit der Beschichtung in das Getriebegehäuse eingesetzt.
Erst wenn das Getriebe fertig zusammengebaut ist, wird es mit der Kühlflüssigkeit befüllt, welche in der erfindungsgemäßen Weise mit der Beschichtung die Schmierflüssigkeit bildet. Die Kühlflüssigkeit ist im Wesentlichen eine Mischung aus Wasser und einem Frostschutzmittel.
Dann wird das so befüllte Getriebe dem Jungfernlauf unterzogen. Dabei wird zunächst nur die Kühlflüssigkeit im Getriebe verteilt, sei es durch die Rührwirkung der Zahnräder, sei es durch eine Umlaufpumpe. Da die Beschichtung der Zahnräder bereits ein Feststoff-Schmiermittel enthält, erfolgt dabei kein sonst bei Trockenreibung anfallender metallischer Abrieb, sondern erst durch den (nicht metallischen) Abrieb der Beschichtung auf den Drehteilen und Verteilung des Abriebes in der Kühlflüssigkeit wird das Schmiermittel für den weiteren Betrieb gebildet. In diesem frühen Stadium gelangt die Kühlflüssigkeit auch zu den abseits der Zahnräder im Gehäuse angeordneten Dichtringen und Lagern (in der Regel sind es Wälzlager), an denen sich so ein an Feststoff-Schmiermittel armer Schmierfilm bildet. Das kommt deren Lebensdauer zugute. Damit ist dem Rechnung getragen, dass verschiedene Komponenten (Zahnräder, Lager, Dichtringe) verschiedene Anforderung an den Schmierstoff stellen, was bei Einsatz eines homogenen Schmieröles nicht möglich ist.
Der Jungfernlauf beginnt in der Regel ohne Last. In dessen weiterem Verlauf unter höherer Last wird das Feststoff-Schmiermittel von den Drehteilen teilweise abgetragen und in der Kühlflüssigkeit suspendiert beziehungsweise dispergiert. Der Abrieb macht also erst aus dem Kühlmittel ein Schmiermittel. Die in der Beschichtung enthaltene Menge an Feststoff-Schmiermittel ist in Kenntnis der Füllmenge des Getriebes so festzulegen, dass sich bei Beendigung des Jungfernlaufes die als optimal festgestellte Konzentration eingestellt hat. Dabei ist dem auf dem Drehteil bleibenden Teil der Beschichtung Rechnung zu tragen.
Von den als Feststoff-Schmiermittel geeigneten Stoffen beziehungsweise Stoffgemischen Graphit, Bor, Zinn, Molybdänsulfid, PTFE-Mikropulver oder eine geschwefelte Fettsäure oder dergleichen hat sich flockiger Graphit mit einer Korngröße von 10 Mikrometer oder kleiner als besonders geeignet erwiesen, weil er zur Konservierung beiträgt und der Beschichtung nebst den erforderlichen Schmiereigenschaften auch optimale Festigkeit und Lebensdauer verleiht.
Als verdampfbare Flüssigkeit ist Wasser oder Alkohol oder deren Mischung sehr gut geeignet. Besonders gut geeignet ist Wasser, weil es zwar etwas langsamer als Alkohol verdampft, aber keine Rückführung erfordert. Bei der praktisch eingesetzten Schichtdicke am Drehteil und geringem Flüssigkeitsanteil ist die Trocknung, zum Beispiel mit Infrarotstrahlung, schnell und einfach.
Als Konservierungsmittel sind eine Reihe fettfreier Stoffen bekannt. Besonders bewährt haben sich Verbindungen der Borsäure, die gemeinsam mit den Partikeln des Feststoff-Schmiermittels eine besonders robuste Beschichtung ergeben.
Das in der Kühlflüssigkeit enthaltene Frostschutzmittel ist ein Kohlenwasserstoff mit mindestens zwei Hydroxilgruppen beziehungsweise eine solche Verbindungen enthaltende Substanz, dem in Weiterbildung vor dem Befüllen des Getriebes ein Korrosionsschutzmittel zugesetzt wird.
Figuren
1: Beispiel eines Getriebes in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, in schematischer Darstellung,
2: Ablaufschema zum erfindungsgemäßen Verfahren.
Beschreibung
Das Getriebe in 1, das Achsgetriebe eines Kraftfahrzeuges, besteht aus einem Gehäuse 1 und in dessen Innerem einem Hypoidtrieb 2 und einem Differential 3. Der Hypoidtrieb 2 umfasst einen auf einer Welle 6 sitzenden Triebling 4 und ein das Differential 3 umgebenden Tellerrad 5. Die Welle 6 ist in Lagern 7 geführt, an deren äußeres ein Dichtring 8 anschließt. Das Differential 3 ist von der üblichen Bauart, daher nicht aufgeschnitten. Mit 9 ist eine zu einem Rad führende Halbwelle 9 bezeichnet. Das Getriebe hat hier zwei Drehteile: Trieb-ling 4 und Welle 6 bilden einen ersten Drehteil, das Tellerrad 5 und gegebenenfalls auch Teile des Differentials bilden den zweiten Drehteil. Deren im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen ganzflächig aufgebrachte Beschichtung ist wegen der geringen Schichtdicke in 1 nicht darstellbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt in 2 mit dem Ende der mechanischen Bearbeitung der Drehteile, Kästchen 20. Die fertigen Drehteile werden in 21 in ein Bad getaucht, in dem sich ein Gemisch aus Wasser und/oder Alkohol (mit nur einer Hydroxilgruppe) oder einer anderen leicht verdampfbaren Flüssigkeit, einem zerkleinerten Feststoff-Schmiermittel und einem Konservierungsmittel befindet. Es könnte auch nur mit einem solchen Gemisch besprüht werden. Dieses Gemisch wird in 22 zubereitet. Sodann werden die Drehteile in 23 getrocknet, durch Aufblasen trockener warmer Luft und/oder mittel infraroter Bestrahlung.
Die solcherart mit einer festen Beschichtung versehenen Drehteile werden verpackt und gelagert, oder versandt, was durch den Pfeil 24 angedeutet ist, oder gleich zur Getriebemontage 25 gebracht. Dort werden die Drehteile, und weitere Teile des Getriebes eingebaut und schließlich das fertig zusammengebaute Getriebe mit der vorgesehenen Menge Kühlflüssigkeit befüllt.
Die Kühlflüssigkeit wird in 26 zubereitet. Sie ist ein Gemisch, das im Wesentlichen aus Wasser und einem Frostschutzmittel besteht, welches in der Regel ein Kohlenwasserstoff mit mindestens zwei Hydroxilgruppen ist.
Nun kommt das fertige und befüllte Getriebe auf den Prüfstand zum bei Hochleistungsgetrieben jedenfalls durchgeführten Probelauf, der hier als Jungfernlauf bezeichnet ist, weil erst dadurch in der weiter oben beschriebenen Weise aus der Kühlflüssigkeit und der zuerst zwischen den Zahnrädern und später auch von anderen Regionen der Drehteile abgetragenen Beschichtung das für den späteren Normalbetrieb zur Verfügung stehende Schmiermittel gebildet wird. Dieses Schmiermittel auf Basis von Wasser kann noch mit weiteren Beimengungen versehen sein.
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

- WO 2007/028369 A1 [0002]
- DE 102008051264 [0003]
- WO 2007/098523 A2 [0004]
- WO 2007/098523 [0007, 0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung und Erstinbetriebnahme eines Getriebes mit einem Schmiermittel auf Basis von Wasser, wobei das Getriebe aus dem Gehäuse und den in dieses einzubauenden Teilen, insbesondere den Zahnräder tragenden Drehteilen, besteht, in folgenden Schritten: a) Auf die fertig bearbeiteten Drehteile wird ein Gemisch aus einer verdampfbaren Flüssigkeit, einem zerkleinerten Feststoff-Schmiermittel und einem Konservierungsmittel aufgebracht und dann getrocknet, wodurch sich auf den Drehteilen eine Beschichtung bildet, b) Die Drehteile werden mit der Beschichtung in das Gehäuse des Getriebes eingebaut und das zusammengebaute Getriebe mit einer Kühlflüssigkeit befüllt, welche im Wesentlichen eine Mischung aus Wasser und einem Frostschutzmittel ist, c) Das Getriebe wird dem Jungfernlauf unterzogen, wobei erst durch den Abrieb der Drehteile und Verteilung des Abriebes in der Kühlflüssigkeit das Schmiermittel für den weiteren Betrieb gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoff-Schmiermittel einer der Folgenden Stoffe oder eine Mischung daraus ist: Graphit, Bor, Zinn, Molybdänsulfid, PTFE-Mikropulver oder eine geschwefelte Fettsäure ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoff-Schmiermittel flockiger Graphit mit einer Korngröße von 10 Mikrometer oder kleiner ist
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampfbare Flüssigkeit Wasser oder Alkohol oder deren Mischung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Konservierungsmittel Borsäure oder eine davon abgeleitete Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Kühlflüssigkeit enthaltene Frostschutzmittel ein Kohlenwasserstoff mit mindestens zwei Hydroxilgruppen beziehungsweise eine solche Verbindungen enthaltende Substanz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflüssigkeit vor dem Befüllen des Getriebes ein Korrosionsschutzmittel zugesetzt wird.