DE102018107275A1

DE102018107275A1 - Druckabfallreduzierung in kühlmittelsystemen

Info

Publication number: DE102018107275A1
Application number: DE102018107275.9A
Authority: DE
Inventors: Myung Ki SUNG; Edward Chan-Jiun JIH; Michael W. Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: CN108691997B; US10760672B2; CN108691997A; US20180283526A1

Abstract

Es wird ein Fahrzeugsystem offenbart. Das Fahrzeugsystem beinhaltet ein Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr beinhaltet einen Einlassabschnitt, einen Auslassabschnitt und einen Krümmungsabschnitt, der den Einlass- und den Auslassabschnitt miteinander verbindet und eine Innenfläche aufweist, die einen Hohlraum definiert, welcher in Fluidverbindung mit dem Einlass- und dem Auslassabschnitt steht. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr beinhaltet zudem eine ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung auf der Innenfläche. Die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung ist dazu konfiguriert, Wirbelströme in dem Hohlraum zu reduzieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Verwendung von Beschichtungsmaterialien in Automatikgetriebe- und/oder Wechselrichterfluidsystemen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Automatikgetriebe beinhalten ineinandergreifende Elemente, die durch ein Kühlmittel (z. B. Wasser/Glycol, Öl oder ein Automatikgetriebefluid) geschmiert oder gekühlt werden können. Ein Kühlmittel durchströmt Systeme, wie etwa Automatikgetriebefluid(automatic transmission fluid - ATF)-Strömungssysteme, bevor es in ein Getriebegehäuse eintritt. Ein ATF-Strömungssystem beinhaltet typischerweise Strömungsleitungsrohre, einen Wärmetauscher und eine Pumpe. Der Wärmetauscher des ATF-Strömungssystems wird typischerweise als ATF-Kühler bezeichnet. Das Kühlmittel wird durch die Rohrleitungen und den Kühler durch die Kühlmittelpumpe zirkuliert. Parasitäre Druckabfälle innerhalb der Rohrleitungen und des ATF-Kühlers verursachen Leistungsverluste und erfordern eine große Kühlmittelpumpenkapazität. In dem die parasitären Druckabfälle in dem ATF-Strömungssystem minimiert werden, kann die Fahrzeugkraftstoffeffizienz verbessert werden und die Kühlmittelpumpengröße kann reduziert werden.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Fahrzeugsystem offenbart. Das Fahrzeugsystem beinhaltet ein Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr beinhaltet einen Einlassabschnitt, einen Auslassabschnitt und einen Krümmungsabschnitt, der den Einlass- und den Auslassabschnitt miteinander verbindet und eine Innenfläche aufweist, die einen Hohlraum definiert, welcher in Fluidverbindung mit dem Einlass- und dem Auslassabschnitt steht. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr beinhaltet zudem eine ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung auf der Innenfläche. Die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung ist dazu konfiguriert, Wirbelströme in dem Hohlraum zu reduzieren.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Innenfläche einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweisen und die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann sich nur auf dem äußeren Biegungsabschnitt befinden. Alternativ dazu kann sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf dem inneren Biegungsabschnitt befinden. Ferner kann die Innenfläche einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweisen und die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann sich sowohl auf dem äußeren Biegungsabschnitt als auch auf dem inneren Biegungsabschnitt befinden. Die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann eine superölabweisende oder -hydrophobe Beschichtung sein, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten oder wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist. Die Innenfläche kann sich in einer Schlupfbedingung mit reduziertem Reibungsverlust befinden. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr kann ferner eine hydrophile oder oleophile Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt der Innenfläche beinhalten, die dazu konfiguriert ist, ein Strömungsprofil des Fluids in dem Krümmungsabschnitt weiter zu verändern.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr offenbart. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr beinhaltet einen Einlass, einen Auslass und einen Krümmungsabschnitt, der den Einlass und den Auslass miteinander verbindet. Der Krümmungsabschnitt weist eine Innenfläche auf, die einen Hohlraum definiert, welcher in Fluidverbindung mit dem Einlass und dem Auslass steht. Die Innenfläche beinhaltet einen äußeren Krümmungsabschnitt. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr kann zudem eine ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf dem äußeren Krümmungsabschnitt beinhalten, die dazu konfiguriert ist, ein Strömungsprofil des Fluids in dem Krümmungsabschnitt zu verändern.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung dazu konfiguriert sein, Wirbelströme in dem Krümmungsabschnitt zu reduzieren. Das Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr kann ferner eine hydrophile oder oleophile Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt der Innenfläche beinhalten, die dazu konfiguriert ist, das Strömungsprofil des Fluids in dem Krümmungsabschnitt weiter zu verändern. Die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann eine superölabweisende oder -hydrophobe Beschichtung sein, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten oder wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Fahrzeuggetriebesystem offenbart. Das Fahrzeuggetriebesystem beinhaltet einen Automatikgetriebefluidkühler mit einer Vielzahl von Krümmungsabschnitten und einer Innenfläche, die einen Hohlraum für Getriebefluid definiert, einer Pumpe, die fluidisch mit dem Kühler zum Antreiben des Getriebefluids verbunden ist, und einer ölabweisenden oder hydrophoben Beschichtung. Die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung befindet sich auf einem Abschnitt der Innenfläche und ist dazu konfiguriert, Wirbelströme in den Krümmungsabschnitten zu reduzieren.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Krümmungsabschnitte jeweils einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweisen und die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann sich nur auf dem äußeren Biegungsabschnitt befinden. Alternativ dazu kann sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf dem inneren Biegungsabschnitt befinden. Ferner können die Krümmungsabschnitte jeweils einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweisen und die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann sich sowohl auf dem äußeren Biegungsabschnitt als auch auf dem inneren Biegungsabschnitt befinden. Die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung kann eine superölabweisende oder -hydrophobe Beschichtung sein, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten oder wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist. Der Abschnitt der Innenfläche mit der ölabweisenden oder hydrophoben Beschichtung kann sich in einer Schlupfbedingung mit dem Getriebefluid zur Reduzierung von Reibungsverlust befinden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Automatikgetriebefluid(ATF)-Strömungssystems.
2 ist eine schematische Darstellung eines Wassertröpfchens (oder Öltröpfchens) auf einer superhydrophoben (oder superölabweisenden) Beschichtungsoberfläche mit einem Kontaktwinkel von mindestens 130 Grad.
3 ist eine Draufsicht eines beispielhaften Kühlmittelkanals, der zwischen zwei Schichten der hydrophoben oder ölabweisenden Beschichtung gebildet ist.
4 ist eine Fotografie eines Kühlmittelkanals, der durch eine (super)hydrophobe oder (-)ölabweisende Beschichtung gemäß einer Ausführungsform gebildet ist.
5A und 5B sind schematische Veranschaulichungen einer Rohrkrümmung ohne bzw. mit einer Beschichtung.
6A und 6B sind schematische Veranschaulichungen eines Rohrs ohne bzw. mit einer Beschichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; möglicherweise werden manche Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Verbessern der Kühlmittelströmung in einem Fahrzeugsystem, wie etwa einem Fahrzeuggetriebesystem. Das Fahrzeuggetriebesystem beinhaltet ein Kühlsystem oder ein Automatikgetriebefluid(ATF)-Strömungssystem zum Zirkulieren von Kühlmittel (z. B. Wasser/Glycol, Öl oder ATF) innerhalb von Komponenten des ATF-Systems, bevor es in ein Getriebegehäuse eintritt. Die Komponenten des ATF-Strömungssystems können ATF-Strömungsleitungen, einen ATF-Kühler und eine Kühlmittelpumpe beinhalten. Druckabfälle können in den Strömungsleitungen und dem ATF-Kühler auftreten, bevor das Kühlmittel in das Getriebegehäuse eintritt. Das ATF weist typischerweise eine hohe Viskosität und eine geringe Oberflächenspannung auf, wodurch niedrige Kontaktwinkel auf der Innenfläche auf der Innenfläche der Rohre induziert werden, welche die Strömungsleitungen und den ATF-Kühler bilden. Diese Eigenschaften können große Reibungsverluste entlang der Strömungsleitungen und dem Kühler mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten verursachen, wie in nachstehender Gleichung (1) gezeigt. $Δ P = f \cdot \frac{L}{D} \cdot \frac{ρ V^{2}}{2},$
wobei es sich bei f um einen Reibungskoeffizienten handelt. (1) Druckabfälle können beschleunigt werden, wenn die ATF-Strömungsleitungen scharfe Kurven (z. B. Krümmungen oder Biegungen) oder lange Strömungspfade mit hoher Strömungsgeschwindigkeit aufweisen. Parasitäre Druckabfälle in dem ATF-Kühlersystem können Leistungsverluste verursachen und eine große Kühlmittelpumpenkapazität erfordern. Da die ATF-Pumpe in Hybridfahrzeugen je nach Temperatur der elektrischen Maschine und den Schmieranforderungen zeitweise läuft, kann die Zeitverzögerung zum Abgeben des ATF an das Getriebegehäuse aufgrund von Druckabfällen derart reduziert werden, dass die Kühlmittelsteuerreaktion schneller erfolgt. Somit ist die Reduzierung der Kühlmittelpumpengröße und von Leistungsverlusten ein wichtiger Aspekt, um die Leistung und die Kraftstoffeffizienz des ATF-Strömungssystems sowie die Kapazität der elektrischen Maschine zu erhöhen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden Widerstand und Reibung durch Anwenden von fortschrittlichen Beschichtungsmaterialien, einschließlich einer „abweisenden“ Beschichtung und einer benetzenden Beschichtung, reduziert. Zum Beispiel beinhalten abweisende Beschichtungen ölabweisende, superölabweisende, hydrophobe und superhydrophobe Beschichtungen. Benetzende Beschichtungen beinhalten oleophile, superoleophile, hydrophile und superhydrophile Beschichtungen. Sowohl die abweisende als auch die benetzende Beschichtung können auf das ATF-Strömungssystem aufgebracht werden, um die Effizienz zu verbessern. Fortschrittliche Beschichtungskomponenten erhöhen oder verringern den Kontaktwinkel des ATF (oder einer anderen Flüssigkeit) auf der beschichteten Oberfläche.
1 zeigt ein ATF-Strömungssystem 100 eines Fahrzeuggetriebes. Das ATF-Strömungssystem 100 beinhaltet einen Wärmetauscher oder ATF-Kühler 110 und Strömungsleitungen 120, 122, die miteinander in Fluidverbindung stehen. Die Strömungsleitungen 120, 122 und der ATF-Kühler 110 beinhalten Automatikgetriebefluidkühlmittelrohre, die Hohlräume zum Strömen des Kühlmittels durch das Strömungssystem 100 definieren. Das ATF-Strömungssystem 100 beinhaltet zudem eine Pumpe (nicht gezeigt) zum Antreiben des Kühlmittels durch die Rohre der Strömungsleitungen und des ATF-Kühlers. Das Rohr des ATF-Kühlers 110 beinhaltet gerade Abschnitte und eine Vielzahl von großen Kurven- oder Krümmungsabschnitten. Die geraden Rohrabschnitte, die in die Krümmungsabschnitte hinein bzw. aus ihnen herausführen, werden im Folgenden als Einlassabschnitte bzw. Auslassabschnitte (oder Einlässe bzw. Auslässe) bezeichnet und definieren Einlass- und Auslasshohlräume für die Kühlmittelströmung in Bezug auf den Krümmungsabschnitt. Obwohl große Kurven nur für das Rohr des ATF-Kühlers 110 gezeigt werden, können große Kurven auch in den Strömungsrohrleitungen des ATF-Strömungssystems 100 vorhanden sein. In den Krümmungsabschnitten des ATF-Kühlers 110 (und in den großen Kurven der Strömungsrohrleitungen) kann das Kühlmittel in bestimmten Bereichen oder Zonen stocken und/oder rückwärts zirkulieren (z. B. Wirbel oder Wirbelströme bilden). Diese Zonen, die hier als Rezirkulationszonen bezeichnet werden, können eine Folge von niedrigen oder keinen Schlupfbedingungen an der Innenfläche des Rohrs sein. Diese Bedingungen können durch die Kurven mit hohem Winkel in den Krümmungen der Strömungsleitungen 120, 122 und des ATF-Kühlers 110 verursacht werden. Die Rezirkulationszonen können in der/den Ecke(n) einer Kurve mit hohem Winkel auftreten. Dementsprechend kann ein Teil des Kühlmittels in den Rezirkulationszonen während des Betriebs des ATF-Strömungssystems 100 steckenbleiben und die Effektivität und/oder die Effizienz der Pumpe und des Systems reduzieren.
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die vorliegende Offenbarung das Aufbringen einer Beschichtung oder Beschichtungen auf die Innenfläche eines Kühlmittelrohrs, um die Kühlmittelströmung innerhalb der Strömungsleitungen 120, 122 und des ATF-Kühlers 110 zu beeinflussen, zu ändern und/oder zu steuern, wie etwa indem die niedrige Schlupfbedingung oder schlupffreie Bedingung an der Innenfläche des Rohrs zu einer Schlupfbedingung geändert wird oder ein Strömungsprofil des Fluids (ATF) in dem Rohr verändert wird. Die Beschichtung(en) kann/können eine (super)hydrophobe und/oder (super)ölabweisende Beschichtung oder eine (super)hydrophile und/oder (super)oleophile Beschichtung sein. Hydrophobe und ölabweisende Beschichtungen sind jene, die Wasser bzw. Öl abweisen oder einen sehr hohen Kontaktwinkel damit aufweisen, somit bilden sie eine Oberfläche mit einer minimalen oder mit keiner Benetzung und können Kühlmitteltröpfchen mit geringer Kraft oder Schwerkraft ausstoßen (d. h. eine Schlupfbedingung an der Oberfläche bilden). Hydrophile und oleophile Beschichtungen sind jene, die Wasser bzw. Öl anziehen oder einen sehr niedrigen Kontaktwinkel damit aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine schematische Darstellung eines wasserbasierten oder ölbasierten Fluids oder Kühlmittels (z. B. Automatikgetriebefluid, ATF) auf einer superhydrophoben/-ölabweisenden Beschichtung gezeigt. Wie gezeigt, bildet das Tröpfchen aufgrund seines Abstoßungsvermögens eine fast perfekte Kugel auf der Beschichtung, was den Reibungsverlust reduziert. Superhydrophobe/-ölabweisende Beschichtungen können bewirken, dass Wasser-/Öltröpfchen Kontaktwinkel von 130 Grad oder mehr mit der Beschichtung bilden. Im Gegensatz dazu breiten sich Tröpfchen auf superhydrophilen und - oleophilen Beschichtungen aus und bilden eine fast gleichmäßige Schicht über der Beschichtung. Superhydrophile/-oleophile Beschichtungen können bewirken, dass Wasser-/Öltröpfchen Kontaktwinkel von 25 Grad oder weniger mit der Beschichtung ausbilden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können alle geeigneten hydrophoben, ölabweisenden, superhydrophoben oder superölabweisenden Beschichtungen verwendet werden. Im Allgemeinen können derartige Beschichtungen einen hohen Kontaktwinkel mit dem Wasser oder den Ölen aufweisen. Hydrophobe/ölabweisende Materialien können im Allgemeinen jene sein, die einen Kontaktwinkel von mindestens 90 Grad bilden, wie etwa mindestens 100, 110, 120, 130 oder 140 Grad, während superhydrophobe/-ölabweisende Materialien im Allgemeinen jene sein können, die einen Kontaktwinkel mit Wasser/Öl von mindestens 130 Grad bilden. Die Beschichtungen können aufgrund einer Oberflächenstruktur im Nanobereich derartig hohe Kontaktwinkel bilden. Zum Beispiel kann die Oberfläche der Beschichtung in sehr kleinen Vorsprüngen bedeckt sein, wodurch die Beschichtung im Nanobereich rau wird. Die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen können Luft fangen und sie energetisch nachteilig für Flüssigkeiten zum Benetzen der Oberfläche machen. In ähnlicher Weise können gemäß der vorliegenden Offenbarung alle geeigneten hydrophilen, oleophilen, superhydrophilen oder superoleophilen Beschichtungen verwendet werden. Im Allgemeinen können derartige Beschichtungen einen niedrigen Kontaktwinkel mit dem Wasser oder den Ölen aufweisen. Hydrophile/oleophile Materialien können im Allgemeinen jene sein, die einen Kontaktwinkel von höchstens 50 Grad bilden, wie etwa höchstens 40 oder 30 Grad, während superhydrophile/-oleophile Materialien im Allgemeinen jene sein können, die einen Kontaktwinkel mit Wasser/Öl von 25 Grad oder weniger bilden.
Beispiele für verschiedene (super-)hydrophobe/ölabweisende und (super-)hydrophile/oleophile Zusammensetzungen und Behandlungsmethoden sind in den US-Patentanmeldungen Nr. 2013/0109261, 2012/0009396, 2010/0314575, 2012/0045954 und 2006/0029808 und auch in den US-Pat. Nr. 8.007.638, 6.103.379, 6.645.569, 6.743.467, 7.985.451, 8.187.707, 8.202.614, 7.998.554, 7.989.619, 5.042.991, 8.361.176, 8.258.206, 6.458.867, 6.503.958 und 6.723.378 und auch in der Internationalen Veröffentlichung Nr. WO2013/058843 , deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, bereitgestellt.
Die (super)hydrophobe/-ölabweisende Beschichtung kann unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens, welches von der Zusammensetzung der Beschichtung selbst abhängen kann, auf die Innenfläche des ATF-Kühlers oder des Strömungsleitungsrohrs aufgebracht werden. In einer Ausführungsform kann die Beschichtung durch Sprühen aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtung unter Verwendung einer Form von Abscheidung, wie etwa physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition - PVD) oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition - CVD), aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Beschichtung physikalisch auf die elektronische Vorrichtung übertragen werden, wie etwa durch Walzen oder Pinselauftrag. Unabhängig von dem Aufbringungsverfahren können Schablonen verwendet werden, um nur bestimmte gewünschte Flächen oder Bereiche zu beschichten.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 werden ein schematisches Beispiel und eine Fotografie eines Experimentalbeispiels einer hydrophoben/ölabweisenden (hier nachfolgend „abweisenden“) Beschichtung gezeigt, die das Strömungsprofil eines Fluids, wie etwa eines flüssigen Kühlmittels (z. B. Wasser/Glycol oder ATF) verändert, indem ein Strömungspfad 50 für die Flüssigkeit gebildet wird. Zum Zweck der Veranschaulichung der Strömungssteuerung ist der Strömungspfad 50 in der Darstellung durch das Beschichtungsmaterial auf einer Oberfläche bereitgestellt. Der Strömungspfad 50 kann durch eine/n oder mehrere Begrenzungen bildende Linien, Streifen, Schichten oder Flächen der abweisenden Beschichtung 52 gebildet sein. In anderen Ausführungsformen verändert die Beschichtung 52 die Strömung durch Reduzieren der Reibung zwischen dem Kühlmittel und der beschichteten Oberfläche, wodurch das Strömungsprofil innerhalb eines Rohrs verändert wird. In dem in 3 gezeigten Beispiel bilden zwei voneinander beabstandete Linien der Beschichtung 52 den Strömungspfad 50. Die Linien können gleichmäßig beabstandet sein, um den Strömungspfad 50 mit einer konstanten oder im Wesentlichen konstanten Breite zu bilden. In anderen Ausführungsformen kann der Strömungspfad 50 jedoch eine nicht konstante Breite aufweisen. Die Beschichtungslinien, welche die Begrenzungen bilden, können dazu konfiguriert sein, einen Strömungspfad 50 mit einer/einem beliebigen Form oder Muster zu bilden oder eine Änderung von einer niedrigen Schlupfbedingung oder schlupffreien Bedingung auf der Oberfläche bereitzustellen. In der in 3 gezeigten Ausführungsform bildet die Beschichtung 52 einen Zick-Zack-Strömungspfad 50, der ebenfalls als ein sinusförmiger, serpentinenförmiger, gewundener oder oszillierender Strömungspfad 50 bezeichnet werden kann. In mindestens einer Ausführungsform kann/können die Linie(n) der abweisenden Beschichtung 52 Begrenzungen für den Strömungspfad 50 ohne beliebige erhöhte Wände oder versenkte/eingeschnittene Kanäle bilden. Das heißt, der Strömungspfad 50 kann nur aufgrund des Abstoßungsvermögens der Flüssigkeit (z. B. des Kühlmittels) von der Beschichtung 52 gebildet werden. Die Verwendung der Begrenzungslinien, -streifen, -flächen usw. der abweisenden Beschichtung kann daher eine Steuerung oder Beeinflussung der Kühlmittelströmung ohne den Bedarf an relativ großen physischen Barrieren, wie etwa Kanalwände oder Kanalgraben oder -mulden, ermöglichen. Stattdessen kann eine Beschichtung verwendet werden, um die Kühlmittelströmung zu steuern/beeinflussen, indem der Kontaktwinkel an der Oberfläche verändert wird, womit der Reibungsverlust an der Oberfläche während der Kühlmittelströmung reduziert wird. Wie in 4 gezeigt, kann die Beschichtung sehr dünn sein, um im Wesentlichen eben oder bündig mit der Oberfläche, auf der sie aufgebracht ist, relativ zu der Höhe des zu steuernden Kühlmittels innerhalb der Rohrkanäle zu sein. Zum Beispiel kann die Beschichtung eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen, wie etwa weniger als 500 µm, 250 µm, 100 µm, 50 µm, 25 µm oder 15 µm.
In mindestens einer Ausführungsform kann zusätzlich zu der/den Begrenzungslinie(n) der abweisenden Beschichtung 52 zudem eine hydrophile oder oleophile Beschichtung 54 aufgebracht werden, um den Strömungspfad 50 zu bilden. In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Abschnitt der Fläche des Strömungspfads 50 mit der hydrophilen oder oleophilen Beschichtung (hier nachfolgend „Benetzungsbeschichtung“) beschichtet sein. Zum Beispiel kann die gesamte Fläche des Strömungspfads 50 mit der Benetzungsbeschichtung beschichtet sein. In einer anderen Ausführungsform können Linien der Benetzungsbeschichtung in dem Strömungspfad 50 aufgebracht sein. Zum Beispiel können Linien aufgebracht sein, die parallel zu den Linien der abweisenden Beschichtung 52 verlaufen. Dementsprechend kann die Benetzungsbeschichtung dabei helfen, die Strömung eines Kühlmittels innerhalb des Strömungspfads weiter zu steuern. Die Linien der abweisenden Beschichtung 52 können eine äußere Begrenzung des Strömungspfads 50 bilden, während die Benetzungsbeschichtung fördert, dass das Kühlmittel darüber in die gewünschte Richtung strömt.
Die 5A und 5B zeigen einen großen Kurven- oder Krümmungsabschnitt 500 eines Rohrs eines ATF-Kühlers 110 oder von Strömungsleitungen 120, 122 ohne bzw. mit einer (super)hydrophoben oder (-)ölabweisenden Beschichtung. In 5A weist der Krümmungsabschnitt 500 einen Einlass 510 und einen Auslass 530 mit einer Kurvenfläche 520 auf. Kühlmittelströmungslinien 570 sind in den Bereichen des Einlasses 510 und des Auslasses 530 gezeigt. Wenn die Kühlmittelströmung in die Kurvenfläche eintritt 520, entwickelt die Kühlmittelströmung 550 in der Kurvenfläche Wirbelströme 540 in den Rezirkulationszonen, wobei etwas Kühlmittel eingefangen wird, bevor mindestens ein Teil der Kühlmittelströmung 560 aus der Kurvenfläche 520 austritt. Diese Rezirkulationszonen können durch einen Reibungsverlust an der Innenfläche des Rohrs aufgrund einer niedrigen Schlupfbedingung oder einer schlupffreien Bedingung an der Oberfläche verursacht werden.
Gemäß einer Ausführungsform, wie in 5B gezeigt, beinhaltet ein Krümmungsabschnitt 500 eines Rohrs eines ATF-Kühlers 110 oder von Strömungsleitungen 120, 122 eine (super)hydrophobe oder (-)ölabweisende Beschichtung. 5B zeigt einen Einlass 510 und einen Auslass 530 mit einer Strömung 570. Die Kurvenfläche 520 weist einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt auf, welche die Innenfläche des Rohrs in dem Krümmungsabschnitt 500 bilden. Sowohl der äußere Biegungsabschnitt als auch der innere Biegungsabschnitt können mit einer (super)hydrophoben bzw. (-)ölabweisenden Beschichtung 580, 590 beschichtet sein. Die Beschichtungen 580, 590 ändern die niedrige Schlupfbedingung oder schlupffreie Bedingung an der Innenfläche des Rohrs zu einer Schlupfbedingung, wodurch ein Reibungsverlust an der Innenfläche reduziert wird. Somit beinhaltet die Strömung 550 möglicherweise keine Rezirkulationszonen mit Wirbelströmen und die Kühlmittelströmung 560 tritt aus der Kurvenfläche 520 aus. Obwohl die Beschichtungen 580, 590 beide in dem veranschaulichten Beispiel enthalten sind, können in anderen Ausführungsformen nur Abschnitte der Innenfläche des Rohrs beschichtet sein. Zum Beispiel können nur die Abschnitte beschichtet sein, die in Zusammenhang mit der äußeren Biegungsfläche der Rohrinnenfläche stehen. Alternativ dazu können nur die Abschnitte beschichtet sein, die in Zusammenhang mit der inneren Biegungsfläche der Rohrinnenfläche stehen. Die Beschichtung 580, 590 kann auf Bereiche aufgebracht sein, die der Bildung von Wirbelströmen basierend auf Pumpengröße und -geschwindigkeit entsprechen, um Leistungsverlustprobleme in diesen Bereichen zu reduzieren.
Die 6A und 6B zeigen einen geraden Abschnitt eines Rohrs 600 eines ATF-Kühlers 110 oder von Strömungsleitungen 120, 122 ohne bzw. mit einer (super)hydrophoben oder (-)ölabweisenden Beschichtung. In Figur 6A beinhaltet das Rohr 600 einen Körper 610, der eine Innenfläche 630 und einen Hohlraum definiert. Die Kühlmittelströmung 650 bildet ein Strömungsprofil 620 aufgrund von Reibungsverlusten an der Innenfläche 630, wie durch den Strömungspfeil 640 gezeigt. Die Innenfläche 630 des Körpers 610 des Rohrs 600 bewirkt einen Reibungsverlust aufgrund einer niedrigen Schlupfbedingung oder einer schlupffreien Bedingung der Kühlmittelströmung 650 an der Innenfläche 630.
Wie in 6B gezeigt, beinhaltet gemäß einer Ausführungsform ein gerader Abschnitt eines Rohrs 600 eines ATF-Kühlers 110 oder von Strömungsleitungen 120, 122 beschichtete Bereiche 660, 670 auf der Innenfläche 630 des Rohrkörpers 610. Somit ist die Kühlmittelströmung 640, 650, wie durch das Strömungsprofil 620 gezeigt, aufgrund von weniger Reibungsverlusten an der Innenfläche 630 einheitlicher, weil die beschichteten Bereiche 660, 670 die niedrige Schlupfbedingung oder die schlupffreie Bedingung zu einer Schlupfbedingung ändern. Obwohl beide beschichteten Bereiche 660, 670 in dem veranschaulichten Beispiel enthalten sind, können in anderen Ausführungsformen nur Abschnitte der Innenfläche des Rohrs beschichtet sein. Zum Beispiel kann nur ein Abschnitt eines oberen Bereichs der Innenfläche beschichtet sein und alternativ dazu kann nur ein unterer Bereich der Innenfläche beschichtet sein.
Ähnlich zu den in Bezug auf die 3-4 vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zudem eine Benetzungsbeschichtung innerhalb des Rohrs und den Rohrkrümmungen aufgebracht sein, um weiter zu fördern, dass Kühlmittel dorthindurch strömt. Zum Beispiel kann die Benetzungsbeschichtung auf einem Abschnitt des oder dem gesamten Rohr aufgebracht sein, wie zum Beispiel in der Form von Linien oder als eine kontinuierliche Schicht. In einer Ausführungsform kann die Benetzungsbeschichtung in einer bogenförmigen Richtung auf die Fläche aufgebracht sein, die durch die Strömungspfeile angegeben wird. Die Benetzungsbeschichtung(en) kann/können daher den Kühlmittelstrom durch die Rohre weiter erleichtern und Wirbelströme in den Rohren reduzieren.
Dementsprechend können (super)hydrophobe und/oder (-)ölabweisende Beschichtungsmaterialien und/oder (super)hydrophile oder (-)oleophile Beschichtungsmaterialien in ATF-Strömungssystemen genutzt werden, um den Pumpenwirkungsgrad zu verbessern und die Pumpengröße/-kapazität zu reduzieren, indem Druckabfälle in den ATF-Kühlrohren reduziert werden. Die Verwendung dieser Beschichtungsmaterialien auf der Innenfläche der Rohre und Rohrkrümmungsabschnitte kann reduzierte Reibungsverluste und Wirbelströme in Rezirkulationszonen ermöglichen, ohne dass zusätzliche Befestigungen auf der Oberfläche benötigt werden, die zusätzliche Kosten erfordern und zu Wirkungsgradverlusten führen können. Zusätzlich dazu können die Beschichtungsmaterialien die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs durch Reduzierung von Leistungsverlusten verbessern. Darüber hinaus kann eine Reduzierung der ATF-Pumpengröße aufgrund der superhydrophob/-ölabweisend beschichteten Oberflächen in dem ATF-Strömungssystem realisiert werden.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich dazu können die Merkmale unterschiedlicher umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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WO 2013/058843 [0016]

Claims

Fahrzeugsystem, umfassend: Automatikgetriebefluidkühlmittelrohr, einschließlich eines Einlassabschnitts, eines Auslassabschnitts und eines Krümmungsabschnitts, der den Einlass- und den Auslassabschnitt miteinander verbindet und eine Innenfläche aufweist, die einen Hohlraum definiert, welcher in Fluidverbindung mit dem Einlass- und dem Auslassabschnitt steht, und einer ölabweisenden oder hydrophoben Beschichtung auf der Innenfläche, die dazu konfiguriert ist, Wirbelströme in dem Hohlraum zu reduzieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweist, und wobei sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf dem äußeren Biegungsabschnitt befindet.
System nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweist, und wobei sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf dem inneren Biegungsabschnitt befindet.
System nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt aufweist, und wobei sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung sowohl auf dem äußeren Biegungsabschnitt als auch auf dem inneren Biegungsabschnitt befindet.
System nach Anspruch 1, wobei die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung eine superölabweisende oder -hydrophobe Beschichtung ist, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten oder wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei sich die Innenfläche in einer Schlupfbedingung mit reduziertem Reibungsverlust befindet.
Fahrzeuggetriebesystem, umfassend: einen Automatikgetriebefluidkühler mit einer Vielzahl von Krümmungsabschnitten und einer Innenfläche, die einen Hohlraum für das Getriebefluid definiert; eine Pumpe, die fluidisch mit dem Kühler zum Antreiben des Getriebefluids verbunden ist; und eine ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung auf Abschnitten der Innenfläche, die dazu konfiguriert ist, Wirbelströme in den Krümmungsabschnitten zu reduzieren.
System nach Anspruch 7, wobei die Krümmungsabschnitte jeweils einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt beinhalten, und wobei sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf den äußeren Biegungsabschnitten befindet.
System nach Anspruch 7, wobei die Krümmungsabschnitte jeweils einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt beinhalten, und wobei sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung nur auf den inneren Biegungsabschnitten befindet.
System nach Anspruch 7, wobei die Krümmungsabschnitte jeweils einen äußeren Biegungsabschnitt und einen inneren Biegungsabschnitt beinhalten, und wobei sich die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung sowohl auf dem äußeren Biegungsabschnitt als auch auf dem inneren Biegungsabschnitt befindet.
System nach Anspruch 7, wobei die ölabweisende oder hydrophobe Beschichtung eine superölabweisende oder -hydrophobe Beschichtung ist, die einen Kontaktwinkel mit einem ölbasierten oder wasserbasierten Kühlmittel von mindestens jeweils 130 Grad aufweist.
System nach Anspruch 7, wobei sich der Abschnitt der Innenfläche mit der ölabweisenden oder hydrophoben Beschichtung in einer Schlupfbedingung mit dem Getriebefluid zur Reduzierung von Reibungsverlust befindet.
System nach Anspruch 1 oder 7, ferner umfassend eine hydrophile oder oleophile Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt der Innenfläche, die dazu konfiguriert ist, das Strömungsprofil des Fluids in dem Krümmungsabschnitt weiter zu verändern.