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Die Erfindung betrifft ein Verschlusselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 24 03 244 B2 ist eine Absperrvorrichtung bekannt, welche eine Schicht aus ungesintertem Tetrafluoräthylen-Polymerisat mit einer fibrillierten Struktur besitzt. Die
DE 695 19 159 T2 offenbart einen Deckel mit einer Membran, welche aus einem Spinnvlies-Polyethylen-Folienmaterial besteht.
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Industriegetriebe, Motoren oder ähnliche Aggregate werden zur Reibungsminderung, Verschleißminderung und Kühlung an hochbelasteten mechanischen Kraftflussteilen wie Zahnrädern, Lagerstellen, Pleuelaugen oder Kolben mit speziellen Ölen geschmiert. Damit diese Schmieröle nicht an die Umwelt abgegeben werden bzw. verloren gehen, sind die Aggregate nach außen sehr gut abgedichtet.
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Beim Betrieb der Aggregate entsteht durch die erzeugte Reibung zwischen je zwei Bauteilen, wie beispielsweise zwischen zwei Zahnrädern oder zwischen einer Welle und einem Lager, eine Reibungswärme. Die Reibungswärme wird an das zur Kühlung und Schmierung eingesetzte Öl abgegeben. Dabei kann es zu einer starken Erwärmung des eingesetzten Öls bzw. des Aggregats kommen. Das Aggregat kann sich auf sehr hohe Temperaturen, in Ausnahmefällen sogar bis auf knapp unter 200°C, erwärmen.
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Da Aggregate nicht vollständig mit Öl gefüllt sind, sondern ein Großteil eines Aggregats noch mit Luft gefüllt ist, wird diese Luft ebenfalls stark erwärmt. Aufgrund der in der Regel auch luftdichten Abdichtung des Aggregats wird ein Hinausströmen der Luft aus dem Aggregat verhindert. Es kommt so im Rahmen einer isochoren Zustandsänderung des Gases Luft bei der beschriebenen Temperaturerhöhung zu Druckanstiegen bis zu mehreren bar. Die Drücke werden überdies durch die Ausdehnung der Öle zusätzlich erhöht.
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Solch starke Druckanstiege führen zu einer erhöhten Belastung und Verschleiß der im Aggregat verbauten Maschinenelemente. insbesondere Simmerringe können von dieser Belastung betroffen sein. Im Extremfall können Maschinenelemente wie Simmerringe oder Verschlussdeckel, die zum Verschluss von Gehäuseöffnungen eingesetzt werden, sogar ganz aus der Öffnung herausgedrückt werden.
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Zur Vermeidung der aufgezeigten Probleme können zwei Lösungswege beschritten werden. Es könnte ein Ausgleichsvolumen bereitgestellt werden, welches den Druckanstieg durch Temperatur reduziert. Hierbei sind beispielsweise Akkumulatoren, Membranen oder ähnliches denkbar.
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Des Weiteren könnte ein Luftaustausch mit der Umgebung geschaffen werden, der jedoch verhindert, dass Feuchtigkeit von außen ins Aggregat eindringt oder dass Spritzöl von innen aus dem Aggregat austritt.
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Für den Abbau geringer Druckdifferenzen sind bei den hohen Luftanteilen innerhalb der Aggregate sehr große Akkumulatoren oder Ausgleichsräume notwendig. Diese stehen bei den derzeitigen konstruktiven Vorgaben in Bezug auf sogenanntes „Downsizing” praktisch in keiner Konstruktion zur Verfügung oder könnten nur durch sehr lange Ausgleichs- bzw. Kompensationsleitungen realisiert werden.
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Eine Öffnung, die einen Luftaustausch zulässt, muss zwei technische Probleme lösen. Sie muss einen schnellen Gasaustausch ermöglichen, aber auch sicherstellen, dass keine Kontamination ins Innere eines Aggregats gelangen kann. Je nach konstruktiver Ausgestaltung zur Lösung der aufgezeigten Probleme ist die Öffnung entweder anfällig für Leckagen oder kann nur einen sehr langsamen Druckausgleich herstellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckausgleichselement derart auszugestalten und weiterzubilden, dass es einen raschen Druckausgleich bei hohem Schutz vor Kontaminationen gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach kommt ein in einem speziellen Spinnfadenverfahren hergestelltes Druckausgleichselement mit zusätzlicher Oleophobierung zum Einsatz. Dieses Druckausgleichselement kann in einen Verschlussdeckel oder in einen Simmerring integriert werden. Hierdurch erfolgt der Luftaustausch erfindungsgemäß überwiegend in Richtung der Vliesdicke. Die aufgrund des Spinnfadenverfahrens bzw. Spinnvliesprozesses eingesetzten Fasern sind herstellungsbedingt nahezu endlos, nämlich als Filamente ausgestaltet, und stellen so ein textiles Flächengebilde bereit, welches in der späteren Anwendung nahezu keinen Faserverlust zeigt. Dies hängt damit zusammen, dass Filamente aufgrund ihrer Länge besonders gut miteinander verschlungen werden können. Dies ist von besonderer Bedeutung, da ein Faserverlust zu Fehlfunktionen an anderen Bauteilen innerhalb der Aggregate führen kann. Im Gegensatz zu einem Gewebe besitzt ein Vlies eine deutlich höhere Dicke mit isotropen Eigenschaften. Es besitzt zusätzlich eine wirkungsvolle thermische Entkopplungsfunktion der warmen Öle im Aggregat nach außen. Ein Vlies ermöglicht erfindungsgemäß einen raschen Gasaustausch und hält aufgrund seiner labyrinthartigen Struktur Kontaminationen zurück.
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Das Vlies ist als Spinnvlies aus Polyester- und/oder Polyamidfasern ausgestaltet. Die aufgrund des Spinnfadenverfahrens bzw. Spinnvliesprozesses eingesetzten Polyesterfasern und/oder Polyamidfasern sind herstellungsbedingt nahezu endlos und stellen so ein textiles Flächengebilde bereit, welches in der späteren Anwendung nahezu keinen Faserverlust zeigt. Es besitzt aufgrund der Eigenschaften von Polyester und Polyamid zusätzlich eine wirkungsvolle thermische Entkopplungsfunktion der warmen Öle im Aggregat nach außen.
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Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
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Das Vlies könnte als Mikrofaservlies ausgestaltet sein, dessen Mikrofasern durch Aufspaltung von Fasern erzeugt sind. Im Rahmen eines speziellen Herstellungsverfahrens werden die eingesetzten Fasern mit Hilfe von Wasserstrahlen zu sogenannten Mikrofasern mit einem Faserdurchmesser von 0,15 dtex veredelt. Dies führt im Vlies zu einer extrem dichten und kompakten Faserstruktur. Diese entfaltet eine hervorragende Barrierewirkung gegen Flüssigkeiten unter Beibehaltung einer sehr hohen Luftdurchlässigkeit.
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Das Vlies könnte oleophob und/oder hydrophob ausgerüstet sein und/oder aus intrinsisch oleophoben und/oder hydrophoben Filamenten oder Fasern bestehen. Das Vlies könnte oleophob und/oder hydrophob ausgerüstet sein. Um insbesondere bei dünnflüssigen Ölen, deren Viskosität beispielsweise aufgrund hoher Temperaturen gering ist, eine ausreichende oleophobe Abschirmung aufzubauen, wird das Spinnvlies aus Mikrofasern nach der eigentlichen Herstellung noch einer speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen. Das Vlies könnte oleophob ausgerüstet sein, wobei die Fasern an ihrer Oberfläche Fluoratome aufweisen. Hierzu werden die Fasern an ihrer Oberfläche mit entsprechenden Fluoratomen angereichert. Dies führt zu einer Polytetrafluorethylen-ähnlichen und daher besonders flüssigkeitsabweisenden Oberfläche. Die Fluoranreicherung kann entweder durch eine flüssige oder gasförmige Fluor-Carbonatmosphäre hergestellt werden und wird von einer nachfolgenden thermischen Fixierung begleitet, die so zu einer thermischen Stabilität der Fluoranreicherung an der Oberfläche bis zu etwa 160°C führt. Das Vlies könnte auch aus intrinsisch oleophoben und/oder hydrophoben Polymerfasern bestehen, da diese problemlos zu Mikrofasern verarbeitet werden können. Es ist daher erforderlich, dass die intrinsisch oleophoben und/oder hydrophoben Polymerfasern problemlos zu Mikrofasern verarbeitet werden können und eine gewünschte dauerhafte Temperaturbeständigkeit zeigen.
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Mehrere Druckausgleichselemente könnten schichtweise hintereinander angeordnet sein. Um die Ölundurchlässigkeit des oleophobierten Druckausgleichselements zu erhöhen, können auch mehrere parallel angeordnete und angebundene Schichten aus Druckausgleichselementen eingesetzt werden. Dadurch werden die auf der ölabgewandten Seite angeordneten Schichten von den darüber liegenden Schichten thermisch über die Polyesterfasern entkoppelt. Hierdurch wird die Stabilität der Fluorschichten gesteigert. Gleichzeitig wird der Kapillardruck in einem porösen Druckausgleichselement deutlich abgebaut bzw. wird die Kapillarlänge deutlich vergrößert.
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Das Vlies könnte vorteilhaft mit Barrieren ausgestattet sein, die den Weg des Flüssigkeitstransports in Querrichtung, d. h. in der Ebene senkrecht zur Dicke des Vlieses, begrenzen. Somit wird eine vom Vlies aufgenommene Flüssigkeit nicht in durch Barrieren abgegrenzte Bereiche kriechen, sofern diese keinen direkten Kontakt zur Flüssigkeit haben. Die Barriere kann durch eine durch Siebdruck aufgetragene ein- oder beidseitige Elastomerraupe oder durch einen ein- oder beidseitigen Klebstoffauftrag realisiert werden. Die Barriere kann auch durch ein beidseitiges linienförmiges Anschmelzen des Vlieses erfolgen.
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Das Verschlusselement könnte als Verschlussdeckel oder als Simmerring ausgestaltet sein, wobei die Durchgänge in einem Radialschenkel ausgebildet sind. Ein Verschlussdeckel oder ein Simmerring besitzt metallische Radialschenkel, welche die Durchgänge säumen, die sich von innen nach außen erstrecken. Die Durchgänge können als Bohrungen oder als gestanzte Durchbrüche ausgestaltet sein. Die Durchgänge werden vorteilhaft mit dem beschriebenen oleophoben Vlies fest verschlossen. Dabei erfolgt die Anbindung des oleophoben Druckausgleichselementes an die Durchgänge derart, dass es an deren gesamtem Umfang vollständig anliegt. Dies kann durch Verkleben oder durch elastomere oder thermoplastische Anbindung erfolgen.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
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In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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In der Zeichnung zeigen
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1 einen Simmerring mit Durchgängen, die einen Druckausgleich zwischen einem Innenraum und einem Außenraum zulassen,
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2 ein Verschlusselement, welches als Verschlussdeckel ausgestaltet ist,
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3 ein Verschlusselement, welches als Verschlussdeckel ausgestaltet ist, wobei Druckausgleichselemente schichtweise angeordnet sind, und
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4 ein Verschlusselement, welches als Simmerring ausgestaltet ist, wobei Druckausgleichselemente schichtweise angeordnet sind.
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1 zeigt ein Verschlusselement, umfassend einen Grundkörper 1b, der einen Innenraum 2 von einem Außenraum 3 abtrennt, wobei im Grundkörper 1b Durchgänge 1 ausgebildet sind, die einen Druckausgleich und/oder Gasaustausch zwischen dem Innenraum 2 und dem Außenraum 3 herstellen, und wobei die Durchgänge 1 von einem Druckausgleichselement 4 bedeckt sind. Das Druckausgleichselement 4 ist aus einem Vlies oder aus einem Vliesstoff gefertigt.
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1 zeigt ein Verschlusselement, welches als Simmerring ausgestaltet ist. Es weist Durchgänge 1 auf, welche einen Innenraum 2 mit einem Außenraum 3 verbinden. Die Durchgänge 1 ermöglichen einen Druckausgleich bzw. einen Gasaustausch. In dem metallischen Radialschenkel 1a des Verschlusselements sind ca. 10 Durchgänge ausgebildet, die als Bohrungen oder Stanzungen mit einem Durchmesser von etwa 0,4 mm ausgebildet sind.
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Konkret ist das Vlies als Spinnvlies aus Polyesterfasern ausgestaltet. Das Vlies ist als Mikrofaservlies ausgestaltet, dessen Mikrofasern durch Aufspaltung von Fasern erzeugt sind. Das Vlies ist oleophob ausgerüstet, wobei die Fasern an ihrer Oberfläche Fluoratome aufweisen.
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2 zeigt ein Verschlusselement, welches als Verschlussdeckel ausgestaltet ist. Es weist Durchgänge 1 auf, welche einen Innenraum 2 mit einem Außenraum 3 verbinden. Die Durchgänge 1 ermöglichen einen Druckausgleich bzw. einen Gasaustausch. Ein Druckausgleichselement 4 ist derart befestigt, dass die Durchgänge 1 abgedeckt sind. Die Durchgänge 1 sind in einem Radialschenkel 1a ausgebildet.
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Das Druckausgleichselement 4 kann an das Verschlusselement angeklemmt, angeclipst, angeklebt, angeschweißt oder anvulkanisiert sein. Zur Montage des Druckausgleichselements 4 sind Befestigungselemente 5 aus luftundurchlässigen Materialien eingesetzt. Konkret sind metallische Scheiben oder Ringe oder Scheiben oder Ringe aus polymeren Werkstoffen eingesetzt.
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Die Befestigungselemente 5 können zur Herstellung eines Druckausgleichs bzw. Gasaustauschs mit kleinen Durchbrüchen oder großen Durchbrüchen versehen werden, so dass das Verhältnis zwischen offener Fläche 6 und geschlossener Fläche 7 beliebig einstellbar ist. Das Druckausgleichselement 4 überdeckt vollständig eine Stirnseite, welche dem Innenraum 2 zugewandt ist. Das Druckausgleichselement 4 weist die Geometrie einer Scheibe auf.
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In 1 ist das Druckausgleichselement 4 auf einem Simmerring montiert. Der Innendurchmesser des Druckausgleichselements 4 übersteigt den Innendurchmesser des Simmerrings, so dass eine Staublippe 8 ausgebildet ist, die in Axialrichtung vorgewölbt ist. Die Staublippe 8 ragt dem abzudichtenden Raum 3 entgegen. Das Druckausgleichselement 4 ist als Vlies ausgestaltet.
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In 3 ist anhand eines Verschlussdeckels und in 4 ist anhand eines Simmerrings gezeigt, dass zur Verlängerung eines Strömungsweges, der durch Pfeile dargestellt ist, mehrere Druckausgleichselemente 4 hintereinander angeordnet sind. Zur Verlängerung des Strömungsweges und der thermischen Entkoppelung sind mehrere Druckausgleichselemente 4 und Befestigungselementen 5 einander abwechselnd hintereinander angeordnet.
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Zur Verlängerung des Strömungsweges sind Durchbrüche 9 in den Befestigungselementen 5 um 180° in Umfangrichtung versetzt zueinander angeordnet.
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Die 3 und 4 zeigen je ein Verschlusselement, bei welchem mehrere Druckausgleichselemente 4 schichtweise hintereinander angeordnet sind.
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3 zeigt einen Verschlussdeckel, bei welchem in einem Radialschenkel 1a Durchgänge 1 ausgebildet sind. Der Verschlussdeckel ist topfförmig ausgebildet und weist einen Elastomermantel 11 auf, welcher den Radialschenkel 1a bedeckt. Vom scheibenförmigen Radialschenkel 1a ragt ein zylinderförmiger Axialschenkel 1c ab. Auch der Axialschenkel 1c ist vom Elastomermantel 11 bedeckt.
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4 zeigt konkret einen Simmerring mit einem Grundkörper 1b, welcher Durchgänge 1 aufweist. Der Simmerring weist des Weiteren eine Dichtlippe 10 aus einem Elastomer auf, die an einer rotierenden Welle angelegt werden kann. Der Simmerring weist einen Radialschenkel 1a auf, in welchem die Durchgänge 1 ausgebildet sind. Der Radialschenkel 1a ragt von einem Axialschenkel 1c ab. Der Radialschenkel 1a und der Axialschenkel 1c sind in einem Elastomer eingebettet.
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Das Vlies, nämlich ein Spinnvlies, welches in den zuvor genannten Ausführungsbeispielen verwendet wird, ist als Mikrofaservlies auf Polyesterbasis ausgestaltet. Es weist ein Flächengewicht von 170 g/m2 bei einer Dicke von 0,5 mm auf. Es wurde einer Fluor-Carbonbehandlung unterzogen und in eine Montageöffnung mit 60 mm Durchmesser eingesetzt. Das Vlies kann entweder oleophob, oder hydro- und oleophob zugleich ausgerüstet sein.
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Soweit in der Beschreibung von einem Vlies die Rede ist, ist auch ein Vliesstoff gemeint, der einer mechanischen, chemischen oder thermischen Verfestigung unterworfen wurde.
