Ochrona podzespołów układu przeniesienia napędu: Jak poprawiła się wentylacja

Autor: Dustin Waller, inżynier ds. badań i rozwoju, dział Integrated Venting Solutions firmy Donaldson

Układ przeniesienia napędu to serce pojazdu. Podczas normalnej pracy w podzespołach, jak np. osie, skrzynie biegów i skrzynki transferowe, występują gwałtowne zmiany ciśnienia różnicowego, które mogą obciążać uszczelki i uszczelnienia ich obudów ochronnych. Obudowy te muszą mieć możliwość wymiany powietrza z otoczeniem, jednocześnie zapobiegając przedostawaniu się wody, pyłu i zanieczyszczeń, które mogą uszkodzić środek smarny i powodować erozję krytycznych części metalowych.

Wentylacja układu przeniesienia napędu pełni podwójną rolę: zapobieganie zanieczyszczeniu przy wyrównaniu ciśnienia powietrza w zamkniętych obudowach i wokół nich. Wentylacja ma na celu przedłużenie żywotności układu przeniesienia napędu.

W ostatnich latach nastąpiła znacząca poprawa technologii wentylacyjnej. Nowe, innowacyjne wentylacje membranowe, które opracowano specjalnie do układów przeniesienia napędu, mają na celu zapewnienie ważnych korzyści:

• niewielkie, standardowe rozmiary, które zmniejszają pracochłonność, czas i złożoność instalacji;  
• koalescencyjny filtr wstępny w celu poprawy wydajności wentylacji i żywotności;
• wiele opcji mocowania do szerokiego zakresu wymogów produkcyjnych; a także
• bazowa technologia, którą można modyfikować pod względem niestandardowych zastosowań.

Omówiono tutaj każde osiągnięcie i jego zalety.

Wyzwanie, jakie stawia różnica ciśnień

Po pierwsze warto przeanalizować, dlaczego różnica ciśnień jest stałym zagrożeniem dla układów napędowych. W zamkniętej obudowie wokół osi lub skrzyni transferowej objętość powietrza rośnie i kurczy się wraz ze zmianą temperatury — wiele razy dziennie w przypadku typowego pojazdu. Na przykład gdy dojeżdżający do pracy uruchamiają samochody w chłodne poranki i rozpoczynają jazdę, tarcie w układzie napędowym powoduje gwałtowne nagrzewanie i rozszerzanie się powietrza wewnątrz uszczelnionych podzespołów. Jeśli rozgrzany pojazd jedzie w zimnym warunkach, występuje sytuacja odwrotna — ogrzane powietrze gwałtownie ochładza się i kurczy (rys. 1).

Przy wystarczającej sile różnica ciśnień może zdeformować obudowę układu i zniszczyć uszczelnienie, spowodować przedostanie się zanieczyszczeń lub niepożądane wycieki płynu. Rozważając czysto teoretycznie, zwykły otwór w obudowie zmniejszyłby ciśnienie, ale wentylacja membranowa stanowi barierę ochronną, umożliwiając jednocześnie „oddychanie” obudowie podzespołu.

Konwencjonalna konstrukcja wentylacji

Od dziesięcioleci przeważającą metodą wentylacji układu przeniesienia napędu jest wkręcenie gwintowanej gumowej lub plastikowej rurki odpowietrzającej z podzespołu do poziomu powyżej linii brodzenia w wodzie i zakończenie rurki zatrzaskową zatyczką. Półzamknięta rurka działa podobnie do rurki do nurkowania, umożliwiając wymianę i wlot powietrza. 

Głównymi wadami tego rozwiązania są długość rurki i jej złożona instalacja. Doprowadzenie rurki wymaga zastosowania zacisków, zatrzasków, wiązek przewodów, elementów ramy i rurek o długości do 3 m lub więcej, jest czasochłonne i wymaga nakładu pracy podczas produkcji i serwisowania. Prawidłowa instalacja może być bardzo wymagająca i trudna do ustandaryzowania w różnych modelach pojazdów. Jeśli wentylacja rurkowa nie jest odpowiednio zakończona zaślepką, aerozol oleju może gromadzić się na wylocie i na pobliskich powierzchniach, powodując niepożądane kapanie kropli oleju na podłodze garażu i na parkingach. 

Znaczenie membranowych wstępnych filtrów ochronnych

Aby zapewnić optymalne działanie, membrana wentylacyjna układu przeniesienia napędu z montażem bezpośrednim musi być wolna od resztek oleju. Największym zagrożeniem dla wentylacji jest duże narażenie na działanie środków smarnych, co może powodować tworzenie się filmu olejowego, który z kolei zmniejsza przepuszczalność. Z tego powodu bardzo ważne jest zaprojektowanie koalescencyjnego filtra wstępnego w wentylacji, aby zabezpieczyć główną membranę przed zanieczyszczeniem olejem. 

Inni producenci wentylacji w takim koalescencyjnym filtrze wstępnym stosowali sorbentowe media filtracyjne. Firma Donaldson przyjmuje całkowicie odmienne podejście, stosując opatentowane oleofobowe medium Synteq™. Wiadomo, że sorbentowe media filtracyjne pochłaniają olej i ulegają nasyceniu, podczas gdy medium Synteq odpycha olej i faktycznie spełnia wymogi odporności na olej do klasy 8, zgodnie z normą AATCC 188-1992** (rys. 4).  

Dzięki wychwytywaniu maksymalnego nadmiaru oleju na etapie koalescencji i zrzucaniu go z powrotem do podzespołu układu przeniesienia napędu opatentowane media filtrowania wstępnego Donaldson zapewniają wysoką wydajność wentylacji membranowej i jej żywotność. Synteq to ta sama technologia stosowana w filtrach smarowych Blue® firmy Donaldson, zaprojektowana dla branży silników do dużych obciążeń. Firma Donaldson ma ponad 100 lat doświadczenia w zakresie wymagającej filtracji pojazdów. 

Indywidualny projekt i integracja

Wymogi dotyczące wentylacji układu przeniesienia napędu są bardzo zróżnicowane. Aby zapewnić większą wszechstronność, firma Donaldson jako pierwsza oferuje dwa typy wentylacji z montażem bezpośrednim — PTV typu Hose-Fit, którą mocuje się do rurki/przewodu odpowietrzającego, oraz PTV typu Screw-Fit, którą wkręca się w podzespół układu przeniesienia napędu. Oba typy można łatwo wbudować w większości konfiguracji układu przeniesienia napędu.

Ponadto firma Donaldson regularnie modyfikuje swoją bazową technologię wentylacji w zastosowaniach niestandardowych, ostatnio współpracując z wiodącymi producentami wyposażenia OEM do samochodów i pojazdów terenowych. Istnieje możliwość dostosowania wielu opcji membran o różnych poziomach przepuszczalności i ochrony przed wodą, a także wielkości obudowy, koloru i metod integracji. Inżynierowie współpracujący z firmą i kierownicy projektów są zaangażowani w zaspokajanie wysoce wyspecjalizowanych potrzeb klientów i ściśle współpracują z zespołami producentów OEM podczas całego procesu projektowania, testowania i wdrażania.