专利名称：可操作的传动机构及其运行流体和首次起动方法
技术领域：
本发明涉及一种可操作的传动机构，该传动机构带有高载荷的齿轮， 所述传动机构的壳体形成包含润滑和冷却剂的池槽，至少 一个齿轮浸没在 该池槽中。这种传动机构有不同的用途，尤其是在机动车中作为变速器、 全轮驱动机动车的分动器以及作为主传动机构或差速传动机构。
背景技术：
在高载荷的齿轮中，即使在最好的润滑条件下也会产生要排出的损耗 热。这要么通过具有泵和外部冷却器的冷却回路和润滑回路实现，要么通 过经由传动机构的壳体向环境进行热传导而实现。为此，传动机构的壳体
应应具有尽可能大的表面，以便增大行车风(Fahrwind)扫略过的热传导的表 面。如果在不为传动机构提供更大空间的情况下提高发动机功率，则很快 达到了极限。
目前，在传动机构中也仅采用润滑油，在高载荷情况下，所述润滑油 大多是全合成润滑油。不过，所有的油都具有下述缺点
-相对较小的热容量、导热能力和较低的传热系数(比较大约是水的 一半)，
-粘度强烈地依赖于温度，由此在冷的状态下增大了热损耗并因而导 致更高的燃料消耗，
-不与环境相容(清除！)，并在寿命期中不耐老化。
因此，已经长时间地考虑了替代物并且对此进行尝试，但却没有替代 物能够经受实践的考验。在此，水由于其突出的热学特性而被提供。其粘 度相当稳定，这在一方面是优点，但在另一方面，对于齿面间形成具有承 载能力的润滑膜而言是不够的。人们尝试通过对齿轮的适当涂层来进行补 救。人们也一直在尝试这样的涂层，其迄今为止要么不增加齿面压力或滑 动速度，要么在较短工作时间后完全消失。后一种情形也即碳涂层的情况。
对于替代物的尝试在专利文献中也有所反映。由US4714414大致公知了通过喷淋水润滑用于无油的压缩空气的压缩机的传动级的齿轮。在此，
齿轮可由塑料制成这一事实表明要传输的功率较小。因此，它并未涉及高 载荷的齿轮。
在德国专利DE19605162C1中描述了 一种合成的功能流体。该流体基 本上仅由烷基二醇组成，并添加有防腐蚀剂和抗氧化剂。烷基二醇的热学 特性尽管比油的要好，但是却不如水的热学特性。首先，其粘度较高，而 且它也有赖于温度。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可操作的传动机构， 该传动机构避免了润滑油的缺点并尽最大可能地利用了水的优点，而没有 水的缺点。
根据本发明，用一种由水和带有至少两个烃基的脂族烃或含有这种烃 的化合物的混合物作为润滑和冷却剂，其中悬浮有粒度小于50微米的石墨 颗粒。带有至少两个烃基的脂族烃是高品质的醇，例如烷基二醇、尤其是 乙烯基二醇、丙二醇、三甘醇，等等。这些含醇的化合物可以例如是它们
的聚合物、氧化物、醚或酯。
润滑和冷却剂基本上是在水冷内燃机中用作冷却剂的一种醇-水混合 物，这种混合物中另外还含有细的石墨颗粒。这种混合物的显著效果在于， 尽管有水存在，这种粒度的石墨也与醇在齿轮上的融合为一涂层，该涂层 即使在最大啮合力和滑动速度时也提供最好的润滑，并且通过由至少 一个 浸没的齿轮提供的量持续地更新和复原。
这种效果在寿命试验和各种测试中已得到检验，并且与按照标准充油 的同类型传动机构相比较。这在下面要详细描述的实施例中还会进一 步说 明。应当预料到，在带有按本发明的运行流体的标准传动机构中，空载损 耗比传统的充油的相同传动机构低50%,并且其在相同的运行条件下的温 度要低至少15度。磨损不能确定。通过按本发明的润滑和冷却剂实现的高 吸热和高散热也使得传动机构的壳体更靠近齿轮布置，从而使传动机构在 相同功率的情况下需要较少的结构空间。
由此实现了对水的热力学优点的利用。此外，醇在流体中的存在避免 了水的一个较大的缺点它现在不再会冻结。作为附带的收获，醇可以生物降解，而石墨是完全惰性的，并因此也不会对环境造成污染。需要强调 的是，仅在特殊情况下才需要对传统的传动机构进行结构上的改变。仅仅 要确保，密封环的塑料不再受侵蚀，并且润滑回路也以低粘度的介质起作用。
各组分的优选混合比很大程度地取决于传动机构的结构方式和齿轮的
类型，并且也取决于工作条件。润滑和冷却剂优选含有25至75重量百分 比的脂族烃或含这种烃的化合物以及1至30重量百分比的石墨，这些石墨 的形式为粒度小于20微米的片状石墨颗粒，其余成分是水和其它附带物和 /或添加物(权利要求2)。在带有准双曲面齿形的齿轮情况下，考虑使石墨含 量较高。
对于传动机构，润滑和冷却剂优选包含40至60重量百分比的脂族烃 或含有这种烃的化合物，以及2至20重量百分比的石墨，这些石墨的形式 为粒度小于12微米的片状石墨颗粒，其余成分是水和其它附带物和/或添加 物(权利要求3)。
在本发明的一种进一步扩展中，润滑和冷却剂包含作为另 一添加物的 扩散添加剂(权利要求4)。该扩散添加剂不仅用于直接进行润滑的部分(齿 轮、轴承)的、而且是所有部件的和壳壁的一种耐久的涂层，因此防止了腐 蚀。扩散添加剂也保证了在长时间停机后齿轮在没有干摩擦的情况下起动。 扩散添加剂通常是高分子嵌段-共聚物(Block-Copolymere)。扩散添加剂的 在润滑和冷却剂中的浓度优选按重量百分比是碳颗粒浓度的一半直至几乎
与之相等(权利要求5)。
石墨、水和醇的混合物有时会起泡沫，这在壳体较小的情况下是有干 扰的。因此，可以向润滑和冷却剂中添加作为其它添加物的除泡剂(权利要 求6)和/或作为其它添加物的防腐蚀剂(权利要求7)。
本发明还涉及一种用于带有高载荷齿轮的传动机构的运行流体，该传 动机构的壳体形成含有润滑和冷却剂的池槽，齿轮浸没于其中，该润滑和 冷却剂是一种根据权利要求8至14中任一项所述的混合物。
最后，本发明也涉及一种用于大约在将传动机构安装到机器或机动车 内之前首次起动该传动机构的方法传动机构。利用这种方法实现了如下目 的，即，使按本发明的运行流体的优点尽可能立即地且没有跑合损耗 (Einlaufverluste)和增加磨损地起作用。该方法在于，利用事先在传动机构外部混合的根据权利要求1所述的 润滑和冷却剂使机械加工得到的干燥的传动机构至少被填充至工作水位高 度，使至少一个齿轮浸没在润滑和冷却剂中然后无载荷地旋转，直至所有 齿轮和要润滑和保护的其它零件都被润湿，其中，在齿轮上，并且总体上 在传动机构内形成一层持久的润滑和保护膜(权利要求15)。
为进一步加强最后述及的效果，为加速并也为在难于接近的区域内使 用，在该方法的进一步扩展中，作为步骤a),传动机构首先直至超过轴的 水平面都以根据权利要求1所述的润滑和冷却剂填充，其中，该润滑和冷
却剂却含有较高的石墨含量(5至30重量百分比)，然后缓慢地旋转经过一段
时间，于是就首先排出部分润滑和冷却剂并最终以根据权利要求1所述的 润滑和冷却剂填充传动机构至工作水平高度，其中，该润滑和冷却剂必要
时包括相比残留量减少了的石墨颗粒含量(权利要求16)。
作为对未润湿位置的附带保护，例如，相对于插齿(Steckverzahnung) 中的摩擦筛条(Reibrost)的保护，可以在安装时通过浸没于或刷涂该混合物 而实现这种保护。
下面结合附图描迷并解释本发明。在附图中
图1示意地示出了按本发明的传动机构的一个例子。
图2示出了对示例传动机构的比较测量的结果的框图。
具体实施例方式
图1示出了一种任意的标准传动机构，在此是带有准双曲面齿轮传动 机构和差速传动机构的机动车前轴传动机构。也同样可以用于(例如食品工 业中的)机器的驱动器的分动器或减速传动机构。准双曲面齿轮传动机构2 和差速传动机构3处在壳体1中。准双曲面齿轮传动机构2由一根安放在 轴6上的主动齿轮4和盘形齿轮5组成。轴6穿过轴承7，在该轴承外连接 有密封环8。差速传动机构3也是常规结构类型的，并因此未剖开。可见一 伸向齿轮的半轴9。
在壳体内部的下方有一油槽10，该油槽在停机状态下的流体液面以11 表示。盘形齿轮浸没在油槽10内。而且，示出了灌注开口、排气口3、用于润滑和冷却剂的出口 14、以及温度传感器(仅为试验而安装)。
不过，这种传动机构不是填充变速器油，而是填充一种润滑和冷却剂， 该润滑和冷却剂基本上由带有至少两个烃基的脂族烃或是含有这种烃的化
合物、悬浮在其中的粒度小于50微米的石墨颗粒和水组成。作为带有至少 两个烃基的脂族烃，可以考虑烷基二醇、尤其是乙烯基二醇、丙二醇、 或者三甘醇。利用各种此类化合物，在试验中(也即在利用标准的以油填充 的传动机构的行驶试验中)成功地尝试了各种混合比和其它添加物。例如
混合物1:
Glysantin G48: 100克
VE*水 100克
石墨FL1199: 4克
VE*:完全除盐的。
FL1199:石墨片、粒度为11微米、
纯度为99%C的薄片。
在试验记录中注意到产生少量的泡沫、短时间的无分离、少量的润湿。
混合物2: 乙烯基二醇: 完全除盐水: 除泡剂
^刀口齐寸
防腐蚀剂
石墨FL1199:
100克 100克 l克
16克
4克
16克
按照安全数据表的组分的Kluthe 公司的除泡剂150。 按照技术手册的组分的Cytek公 司的Additol VXW6394。 按照BWT手册的组分的BWT公 司的BWT CW-CS 8。 同混合物1。
在试验记录中注意到没有产生泡沫、扩散稳定、良好且稳定的润湿、 润湿后没有腐蚀未持续润湿的区域、在分动器和起动寿命试验中的优越的 温度特性、在带有准双曲面齿形的轴传动机构中没有充分的润滑。混合物3: 乙烯基二醇 完全除盐水 除泡剂
扩散添加剂
防腐蚀剂
石墨FL1199:
100克 100克 l克
20克
2克
40克
按照安全数据表的组分的Kluthe ^>司的除泡剂150。 按照技术手册的组分的Cytek公 司的Additol VXW6394。 按照BWT手册的组分的BWT公 司的BWT CW匿CS 8。 同混合物1。
在试验记录中注意到产生少量泡沫、扩散非常稳定、良好且稳定地 润湿、润湿后没有腐蚀未持续润湿的区域、在前轴差速传动机构中的良好 温度特性和润特性。
混合物2在行驶试验中与在分动器中用传统的和标准的油填充相比较， 其中，同一个传动机构(豪华全轮驱动机动车的分动器，包括圓柱齿轮级和 行星齿轮差速传动机构)每次各以 一种运行流体填充。
分别各以100 km/h和140 km/h的恒定速度在平坦的高速公路上行驶至 少150 km，以便测定传动机构中的惯性温度。在此，用热测量传感器测得 池槽内的运行流体的温度。采用混合物2时的平均惯性温度与环境温度无 关地较采用按照标准的油填充的情况下的温度大约低13°C。这对于两个速 度值都成立。
混合物3在行驶试验中与传统的在前轴传动机构中按照标准进行的油 填充相比较，其中，同一个传动机构(豪华全轮驱动机动车的前轴传动机构， 包括准双曲面锥齿轮齿形和差速传动机构)每次各以 一 种运行流体填充。
分别各以100 km/h和140 km/h的恒定速度在平坦的高速公路上行驶至 少150 km，以便测定传动机构中的惯性温度。采用混合物4时的平均惯性 温度与环境温度无关地较采用按照标准的油填充的情况下的温度大约低16 。C或13°C 。这对于100 km/h和140 km/h都成立。
另外，在试验状态下，以1700转每分的恒定驱动转速(对应于约70 km/h)驱动前轴差速传动机构半个小时，并测量温度特性和牵引力矩。
图2在以时间为x轴的坐标轴中示出了在noo转每分下的两个测量值
(即单位为摄氏度的运行流体温度T和单位为Nm的牵引力矩S)的特性曲线。 试验从约23。C的冷态传动机构开始。相应的曲线Tl和Sl对应于采用油进 行填充的传动机构，而T2和S2对应于采用按本发明的运行流体进4亍填充 的传动机构。由图可知，在运行时，温度T1相当陡峭地升高并达到57°C, 而相反温度T2则緩慢地升高至略高于36。C。牵引力矩是传动机构中所有无 载荷损耗(主要是摩擦和搅拌损耗)之和。在用油填充的传动机构中的牵引力 矩Sl由于油强烈依赖于温度的粘度而在开始非常高(超过5.5 Nm)并在运行 过程中下降到约1.4Nm。牵引力矩S2从开始就几乎恒定在1.3和1.0 Nm之 间。据此，在1800秒的时间段内，油产生0.173 kWh的损耗功，而按本发 明的运行流体产生0.106 kWh的损耗功，因此，无载荷损耗降低了 38.6%。 在冬季冷起动的情况(-30。C)下，测得损耗功率降低了超过50% 。
若留意试验记录会注意到，传动机构的所有部分的润湿是多么的重要。 此外，在准备试验时观察到，在一定时间内的搅拌运动改善了将石墨薄片 均匀吸收到流体混合物中的效果(均质悬浊液)。据此发展出一种考虑这些因 素的用按本发明的运行流体填充的传动机构的首次起动方法。
先前以传统润滑剂填充的传动机构被清空并被彻底清洁，使得它与经 由机械加工得到新的传动^4勾相同。或者按照标准加工制造一 台没有带端 检验(Bandende-Pruefung)的干燥的传动机构。该干燥的传动机构以事先在容 器内混合的混合物2或混合物3的运行流体填充至一个齿轮浸没在润滑和 冷却剂中。然后将传动机构张紧到相应的装置上并无载荷地旋转，直至由 该齿轮驱动并向四周离心旋转的所有齿轮和其它的内表面和部分都被润滑 和冷却剂润湿。5分钟后在齿面上形成耐久的润滑膜。
在一种变型中，干燥的传动机构首先在步骤a)中被以运行流体填充至 超出至少一根轴的水平面，该运行流体含有至少10重量百分比的石墨。在 按照步骤b)旋转之后，运行流体完全排出，然后以运行流体填充传动机构 至工作水平高度就11。可选的是，也可以仅排出部分流体，并以不含石墨 或仅有非常少量石墨的流体填充。然后，在运行时形成正确的混合物。
权利要求
1. 一种可操作的传动机构，其带有高载荷的齿轮，该传动机构的壳体构成容纳润滑和冷却剂的池槽，所述齿轮浸没于所述池槽中，其特征在于，该传动机构包含有一种作为润滑和冷却剂的混合物，该混合物包括水和带有至少两个烃基的脂族烃或是含有这种烃的化合物，在所述混合物中悬浮有粒度小于50微米的石墨颗粒。
2. 根据权利要求1所述的可操作的传动机构，其特征在于，所述润滑 和冷却剂包括25至75重量百分比的脂族烃或含有这种烃的化合物以及1 至30重量百分比的、形式为粒度小于20微米的片状石墨颗粒的石墨，其 余的是水和其它附带物和/或添加物。
3. 根据权利要求2所述的可操作的传动机构，其特征在于，所述润滑 和冷却剂包括40至60重量百分比的脂族烃或含有这种烃的化合物以及2 至20重量百分比的、形式为粒度小于12微米的片状石墨颗粒的石墨，其 余的是水和其它附带物和/或添加物。
4. 根据权利要求2所述的可操作的传动机构，其特征在于，所迷润滑 和冷却剂包括作为其它添加物的扩散添加剂。
5. 根据权利要求4所述的可操作的传动机构，其特征在于，所迷扩散 添加剂在润滑和冷却剂中的浓度按照重量百分比是碳颗粒的重量百分比的 一半至几乎全部。
6. 根据权利要求2所述的可操作的传动机构，其特征在于，所迷润滑 和冷却剂包括作为其它添加物的除泡剂。
7. 根据权利要求2所述的可操作的传动机构，其特征在于，所述润滑 和冷却剂包括作为其它添加物的防腐蚀剂。
8. —种用于带有高载荷齿轮的可操作传动机构的运行流体，该传动机 构的壳体构成一容纳润滑和冷却剂的池槽，所述齿轮浸没于所述池槽中， 其特征在于，该运行流体包括一种作为润滑和冷却剂的混合物，该混合物 包括水和带有至少两个烃基的脂族烃或含有这种烃的化合物，在该混合物 中悬浮有粒度小于50微米的石墨颗粒。
9. 根据权利要求8所述的运行流体，其特征在于，所述润滑和冷却剂 包括25至75重量百分比的脂族烃或含有这种烃的化合物以及1至30重量百分比的、形式为粒度小于20微米的片状石墨颗粒的石墨，其余的是水和其它附带物和/或添加物。
10. 根据权利要求9所述的运行流体，其特征在于，所述润滑和冷却剂 包括40至60重量百分比的脂族烃或含有这种烃的化合物以及2至25重量 百分比、形式为粒度小于12微米的片状石墨颗粒的石墨，其余的是水和其 它附带物和/或添加物。
11. 根据权利要求9所述的运行流体，其特征在于，所述润滑和冷却剂 包括作为其它添加物的扩散添加剂。
12. 根据权利要求11所述的运行流体，其特征在于，所述扩散添加剂 在润滑和冷却剂中的浓度按照重量百分比是碳颗粒的重量百分比的一半至 几乎全部。
13. 根据权利要求9所述的运行流体，其特征在于，所述润滑和冷却剂 包括作为其它添加物的除泡剂。
14. 根据权利要求9所述的运行流体，其特征在于，所述润滑和冷却剂 还包括作为其它添加物的防腐蚀剂。
15. —种用于首次起动传动机构的方法，从干燥的传动机构出发，步骤如下:a) 将水、 一 带有至少两个烃基的脂族烃或含有这种烃的化合物以及石墨 颗粒在该传动机构外的 一 个容器内混合；b) 用根据权利要求1所述的润滑和冷却剂填充该传动机构至少至使得 至少一个齿轮浸没在所述润滑和冷却剂中；c) 无载荷地转动所述传动机构，直至所有齿轮都^L所述润滑和冷却剂润 湿，其中，在所述齿轮上形成了一层耐久的润滑膜。
16. 根据权利要求15所述的用于首次起动传动机构的方法，其特征在 于，作为步骤a)，以根据权利要求1所述的润滑和冷却剂填充所述传动机 构至超出至少一根轴的水平面，其中，所述润滑和冷却剂包含5至20重量 百分比的石墨，且根据步骤b)，排出至少一部分所述润滑和冷却剂，并以 根据权利要求1所述的润滑和冷却剂填充所述传动机构至工作水平高度， 其中，所述润滑和冷却剂必要时包括相比残留物减少了的石墨颗粒成分。
全文摘要
一种可操作的传动机构，该传动机构应具有一种润滑和冷却剂，该润滑和冷却剂提供更好的散热和与温度无关的粘度并且对环境是友好的。为此，该传动机构包含一种由水和醇或类似物组成的混合物，其中悬浮有石墨颗粒。该混合物优选包括40至60重量百分比的醇和2至25重量百分比的石墨，所述石墨的形式为粒度小于12微米的片状石墨颗粒，余下的是水和其它混合物和/或添加物。此外，还描述了一种润滑和冷却剂和一种使用所述润滑和冷却剂工作的传动机构的起动方法。
文档编号C10M141/10GK101437926SQ200780015907
公开日2009年5月20日 申请日期2007年3月2日 优先权日2006年3月3日
发明者弗朗兹·迈尔 申请人:马格纳斯泰尔汽车技术两合公司