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Von Dustin Waller, R&D Project Engineer, Donaldson Integrated Venting Solutions
Der Antriebsstrang ist der Muskel eines Fahrzeugs. Während des normalen Betriebs unterliegen Komponenten wie Achsen, Getriebe und Kraftübertragungseinheiten schnellen Differenzdruckänderungen, die die Dichtungen der Schutzgehäuse belasten können. Diese Gehäuse müssen eine Möglichkeit zum Luftaustausch mit der Umgebung haben und weiterhin das Eindringen von Wasser, Schmutz und Abrieb verhindern, die die Schmierstoffe beeinträchtigen können und zur Erosion von wichtigen Metallteilen führen können.
Die Antriebsstrangbelüftung übernimmt diese Doppelfunktion: Sie schützt vor Verunreinigungen und gleicht den Luftdruck innerhalb und außerhalb der versiegelten Gehäuse aus. Die Belüftung ist darauf ausgelegt, die Lebensdauer des Antriebsstrangs zu verlängern.
In den letzten Jahren wurden deutliche Verbesserungen in der Belüftungstechnik erzielt. Die innovativen neuen Membranbelüftungen wurden speziell für Antriebsstränge der Donaldson Company entwickelt und dafür ausgelegt, wichtige Vorteile zu bieten:
- Kompakte Standardgrößen, die die Arbeit, Zeit und Komplexität bei der Montage reduzieren.
- Ein Öl-Koaleszenz-Vorfilter für die Verbesserung der Belüftungsleistung und der funktionellen Lebensdauer;
- Mehrere Befestigungsoptionen für eine breitere Palette an Herstellungsanforderungen.
- Kerntechnologie, die auf Kundenanwendungen zugeschnitten werden kann.
Die einzelnen Verbesserungen und ihre Vorteile werden nachfolgend erläutert.
Die Problematik des Differenzdrucks
Zunächst muss erläutert werden, warum der Differenzdruck eine konstante Bedrohung für Antriebsstränge darstellt. In dem abgedichteten Gehäuse um eine Achse oder ein Verteilergetriebe dehnt sich das Volumen durch Änderungen der Temperatur aus und zieht sich zusammen – mehrmals täglich in einem typischen Fahrzeug. Wenn Pendler an einem kalten Morgen ihre Autos starten und zur Arbeit fahren, wird durch die Reibung die Luft im Antriebsstrang schnell erhitzt und dehnt sich in den abgedichteten Komponenten aus. Wenn das erhitzte Fahrzeug auf kalte Straßenbedingungen trifft, wird die Luft wiederum schnell abgekühlt und zieht sich zusammen (Abbildung 1).
Bei großer Krafteinwirkung kann der Differenzdruck das Gehäuse verformen und die Abdichtungen beschädigen, sodass Verunreinigungen eindringen oder ungewünschte Flüssigkeitslecks auftreten können. Während theoretisch eine einfache Öffnung im Gehäuse den Druck vermindern würde, bietet eine Membranbelüftung eine Schutzbarriere und ermöglicht es gleichzeitig der Gehäusekomponente zu „atmen“.
Konventionelles Belüftungsdesign
Seit Jahrzehnten bestand die vorherrschende Belüftungsmethode für Antriebsstränge darin, dass eine Belüftungsleitung aus Gummi oder Kunststoff von der Komponente auf ein Niveau über der Wasserlinie gelegt wurde und das Ende der Leitung eine Kappe mit einem Rückventil erhielt. Diese halbgeschlossene Leitung funktioniert ähnlich wie ein Schnorchel, bei dem die Luft ein- und ausströmen kann.
Die wichtigsten Nachteile dieser Lösung sind die Länge der Leitung und deren komplexe Montage. Diese Montage erfordert Klammern, Klemmen, Kabelsätze, Tragholme und Leitungen von bis zu 3 m Länge oder mehr und die Verlegung kostet Zeit und Arbeit während der Herstellung und im Service. Eine ordnungsgemäße Installation kann problematisch sein und ist nicht mit einem Standardverfahren für unterschiedliche Fahrzeugmodelle durchführbar. Wenn die Leitungsbelüftung nicht ordnungsgemäß mit einer Kappe abgeschlossen ist, kann sich Aerosol am Ausgang und an den nahgelegenen Oberflächen ansammeln und zu den unerwünschten Leckagen führen, die auf Garagenböden und Parkplätzen zu sehen sind.
Abbildung 2: Die Belüftungen von Donaldson zur direkten Befestigung am Antriebsstrang sind als Ausführung für die Schlauchmontage und mit Verschraubung erhältlich.
Einfache Belüftungen mit direkter Befestigung
Eine neuere Alternative für Entlüftungsleitungen bei den Antriebsstrangbelüftungen wird zunehmend eingesetzt: eine Belüftung mit direkter Befestigung. Donaldson hat zwei neue Antriebsstrangbelüftungen (Powertrain Vents, PTV) eingeführt, die genau in eine Antriebsstrangkomponente passen: Die Hose-Fit-PTV, die am Ende einer Belüftungsleitung oder eines Schlauchs angebracht wird, und die Screw-Fit-PTV, die in eine Antriebsstrangkomponente eingeschraubt wird und ein niedrigeres Profil bietet.
Die Belüftungen ähneln einfachen Plastikkappen, in denen sich innen eine weiterentwickelte expandierte Polytetrafluorethylen-Membran (ePTFE) befindet, die Staub und flüssige Verunreinigungen herausfiltert (Abbildung 3). Die Membranbelüftung erfüllt die Schutzart IP69K zum Schutz vor dem Eindringen von Wasser. Dank der wasserabweisenden Eigenschaften helfen die Belüftungen von Donaldson dabei, die Antriebsstränge vor Wassereintritt zu schützen, wenn das Fahrzeug während der Fahrt die Watgrenze überschreitet.
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Abbildung 3: In Tests von 161.000 km/100.000 mi zeigten die Antriebsstrang-Belüftungen von Donaldson keine Anzeichen von Schäden und erfüllten die Teststandards im Hinblick auf Luftstrom, Eindringen von Verunreinigungen und Membranölverstopfung.
Die PTVs von Donaldson verringern die Länge des Belüftungsschlauchs von 3 m auf 5 cm oder weniger, wodurch die Verlegung während der Installation vereinfacht wird. Die Hose-Fit-PTV ist mit konventionellen Verbindungsstücken für Belüftungsleitungen kompatibel, sodass keine Modifikationen notwendig sind. Die alternative geschraubte Screw-Fit-PTV wird direkt am Gehäuse angebracht und eliminiert die kurze Belüftungsleitung vollständig.
Die Antriebsstrangbelüftungen zur Schlauchmontage und mit Verschraubung von Donaldson verfügen über eine robuste Konstruktion für die Automobilindustrie (Abbildung 3), mit sicheren Kappen, mit denen eine schnelle und sichere Montage erfolgen kann. Dieses Design ermöglicht die standardisierte Installation in mehreren Fahrzeugmodellen. Auf Grundlage von Rückmeldungen von Anwendern konnte das Fehlerpotenzial während der Montage dank standardisierten Belüftungen im Vergleich zu herkömmlichen Rohren eingedämmt werden und die Grundsätze des Lean Manufacturing werden unterstützt.
Relevanz von Membranschutz-Vorfilter
Um optimal zu funktionieren, muss eine Antriebsstrang-Belüftungsmembran zur direkten Befestigung frei von Ölrückständen sein. Die größte Bedrohung für die Belüftung ist die starke Beeinträchtigung durch Schmiermittel der Komponente, die zu einem Ölfilm und damit zu einer geringeren Durchlässigkeit führen kann. Deshalb ist es äußerst wichtig, einen koaleszierenden Vorfilter in die Belüftung zu integrieren, um die Hauptmembran vor Ölverschmutzungen zu schützen.
Andere Belüftungshersteller haben für diesen koaleszierenden Vorfilter Sorptionsmittelfiltermedien verwendet. Donaldson verfolgt hier einen grundlegend anderen Ansatz, bei dem unsere selbstentwickelten ölabweisenden Synteq™-Medien verwendet werden. Sorptionsmittelfiltermedien sind dafür bekannt, Öl abzutransportieren und zu saturieren, wohingegen Synteq-Medien das Öl abweisen und deshalb sogar Ölabweisungsbewertungen bis 8 erreichen, gemäß AATCC 188-1992** (Abbildung 4).
Indem die maximale Menge überschüssiges Öl während der Koaleszenzphase eingeschlossen und in die Komponente des Antriebsstrangs zurückgeführt wird, unterstützt das von Donaldson entwickelte Vorfiltermedium die hohe Belüftungsleistung der Membran und die hohe Nutzungsdauer. Synteq ist die gleiche Technologie, die auch in Blue®-Schmierölfiltern von Donaldson eingesetzt wird, und für die Hochleistungsmotorbranche konzipiert ist. Donaldson hat mehr als 100 Jahre Erfahrung im Bereich der anspruchsvollen Fahrzeugfiltration.
Auswirkung des Anziehens von Öl im Zeitverlauf
Kundenindividuelles Design und Integration
Die Anforderungen sind bei allen Antriebsstrangbelüftungen unterschiedlich. Um flexibel darauf zu reagieren, ist Donaldson der erste Anbieter von zwei Belüftungsmodellen mit direkter Befestigung – die Hose-Fit-PTV, die an einer Leitung oder einem Schlauch befestigt wird, und die Screw-Fit-PTV, die in die Antriebsstrangkomponente eingeschraubt wird. Beide Modelle können einfach in die meisten Antriebsstrangkonfigurationen integriert werden.
Darüber hinaus modifiziert Donaldson regelmäßig seine grundlegende Belüftungstechnologie für Kundenanwendungen, wie z. B. kürzlich für die führenden Automobil- und Gelände-OEMs. Mehrere Membranoptionen mit unterschiedlicher Durchlässigkeit und Wasserschutzstufen können – wie auch Gehäusegröße, Farbe und Integrationsmethoden – angepasst werden. Die Ingenieure und Projektmanager arbeiten im Team daran, die hochspezialisierten Kundenansprüche zu erfüllen und kooperieren im Konstruktions-, Test- und Implementierungsprozess eng mit OEM-Teams.
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Abbildung 5: Die ePTFE-Membranlaminat-Belüftung und der selbstentwickelte koaleszierende Synteq-Vorfilter in Antriebsstrang-Belüftungen von Donaldson sind bewertet nach oleo 7 min. gemäß AATCC-Standards für Kohlenwasserstoff-Benetzungsstärke.
Fazit
Die Antriebsstrangbelüftung ist entscheidend für die Leistung und Zuverlässigkeit eines Fahrzeugs. Belüftungen schützen Komponenten vor rauen Umgebungen und gleichen Druckänderungen aus, die Gehäusedichtungen belasten können. Ein robuster Koaleszenz-Vorfilter wirkt sich direkt auf die Lebensdauer und die Leistung der Hauptmembranbelüftung aus (Abbildung 5).
Donaldson bietet nun eine moderne Antriebsstrang-Belüftungskonstruktion, ein anerkannter führender Anbieter auf dem Gebiet von Schmieröl und Fahrzeugfiltration. Die Belüftungen sind in kompakten Designs mit direkter Befestigung erhältlich, die auf Kundenanwendungen zugeschnitten werden können.
Um die Herstellungskosten und die langfristige Leistung eines Antriebsstrangs zu steuern, ist es wichtig, mit einem Partner zusammenzuarbeiten, der auf Filter spezialisiert ist. Ein Partner, der dazu beitragen kann, dass eine nahtlose Integration der fortschrittlichen Belüftungstechnik in das Design eines Antriebsstrangs garantiert wird.
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