DE102012214388B3

DE102012214388B3 - Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes

Info

Publication number: DE102012214388B3
Application number: DE201210214388
Authority: DE
Inventors: Norbert Haaser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: US20140041733A1; US9068580B2; CN103591086B; CN103591086A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes, ausgebildet in Bauform einer in eine Gehäusebohrung eines Gehäuses des Steuergerätes eingesetzte Blende, sodass im Steuergerät angesammelte Luft über die Blende in einen Außenraum außerhalb des Gehäuses entweichen kann. Die Blendenbohrung ist zum Außenraum hin durch eine unter Druck luft- und öldurchlässige Membran verschlossen. Gehäusebohrung und Blende bilden einen über die Membran zum Außenraum hin entlüftbaren Innenraum, der auf seiner der Blende gegenüberliegenden Seite im Betrieb ständig von einer Ölsäule begrenzt wird, die von dem Steuergerät her in die Gehäusebohrung eingebracht und seitens des Steuergerätes ständig unter einem definierten Druck gehalten wird, der so groß ist, dass in die Gehäusebohrung eingebrachtes Öl die Membran nicht oder nur in sehr geringen Mengen passiert, aber in der Gehäusebohrung ständig eine Ölsäule verbleibt, sodass zumindest weitgehend nur der im Öl enthaltene Luftanteil in den Außenraum entlüftet wird und keine Luft von außen in das Steuergerät zurückgesaugt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekanntlich wirkt sich in einem hydraulischen System eingeschlossene Luft im Allgemeinen negativ auf das Steuer- und Regelverhalten dieses hydraulischen Systems aus. Diese Luft kann zum einen so genannte Urluft sein, die bei der Montage der Komponenten des hydraulischen System in das hydraulische System eingebracht wurde und im fertig montieren Gerät an der einen oder anderen Stelle in unerwünschter Weise verbleibt. Zum anderen kann Luft auch zu einem späteren Zeitpunkt beim Betrieb des fertig montieren Gerätes in das hydraulische System eingebracht werden.
Aus der DE 19717043 C2 ist bekannt, dass im Hydraulikfluid einer Hydraulikanlage enthaltenes Wasser und im Hydraulikfluid einer Hydraulikanlage gelöste Gase mittels Pervaporationsverfahren abscheidbar sind. Hierbei dampft das Gas bzw. das Wasser an einer ölundurchlässiger Membran aus, die an einer geeigneten Stelle im Hydrauliksystem installiert ist.
Aus der DE 19933620 A1 ist ein Ölfilter bekannt, in dem eine semipermeable Membran zum Abscheidung von im Öl enthaltenen Luftanteilen eingebaut ist. Eine derartige semipermeable Membran ist auch als Entlüftung von anderen Toträumen geeignet, in denen sich Luft sammelt bzw. sammeln kann.
Aus der DE 4210979 C2 ist ein wasserdichtes Gehäuse für ein elektrisches Steuergerät bekannt, das über eine im Stecker integrierte semipermeable Wand entlüftet ist. Hierzu wird ein Winkelstecker verwendet, dessen elektrische Kontakte vergossen und innerhalb des Gehäuses in eine Platine eingelötet sind, wobei der Stecker mit dem Gehäuse zusammen eine nach außen dichte Einheit bildet.
Aus der DE 10 2007 050 921 A1 ist eine zum Einbau in eine Gehäusewand bestimmte Entlüfterschraube bekannt, bei der zum Gasaustausch zwischen einem Gehäuseinnenraum und einem Gehäuseaußenraum eine luftdurchlässige Membran eingebaut ist, die zum Außenraum hin durch eine auf die Entlüfterschraube aufgeclipste Kappe geschützt ist.
Eine weitere aus der Praxis bekannte Möglichkeit zur Entlüftung von unter Öl stehenden Ventilgehäuseteilen eines hydraulischen Steuergerätes ist der Einsatz von – beispielsweise mit einem Siebeinsatz bestückte – Entlüftungsblenden an geeigneter Stelle im Steuergerät, beispielsweise in einem zum Öltank führenden Abspritzkanal eines Hydraulikventils. Eine derartige Vorrichtung entlüftet den betreffenden Hydraulikraum zwar sicher, jedoch auf Kosten einer permanenten Ölleckage, die bei der Auslegung der Ölversorgung des Steuergerätes zu berücksichtigen ist und zu einer im Allgemeinen unerwünschten Blindleistung des Systems führt. Zudem kann es in bestimmten Betriebssituationen vorkommen, dass Luft aus dem Außenraum ungewollt über die Entlüftungsblende zurück in das hydraulische Steuergerät gesaugt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes darzustellen, mit dem ein unter Öl stehender Raum des Steuergerätes zu einem Außenraum hin ohne signifikante Ölleckage sicher entlüftet wird, ohne dass Luft aus dem Außenraum zurück in den zu entlüftenden Raum des Steuergerätes gelangen kann.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe mit einem die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweisenden Entlüfter. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach vorgeschlagen wird ein Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes, der in Bauform einer Blende ausgebildet ist, die in eine Gehäusebohrung eines Gehäuses des Steuergerätes eingesetzt ist, sodass über die Blendenbohrung der Blende im Steuergerät angesammelte Luft in einen außerhalb des Gehäuses befindlichen Außenraum entweichen kann. Erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass in diese Blende eine unter Druck luft- und öldurchlässige Membran eingesetzt ist, welche die Blendenbohrung zum Außenraum hin verschließt, sodass Gehäusebohrung und Blende einen zum Außenraum hin über die Membran entlüftbaren Innenraum bilden, der auf seiner der Blende gegenüberliegenden Seite im Betrieb ständig von einer Ölsäule begrenzt wird, die von dem Steuergerät her in die Gehäusebohrung eingebracht und seitens des Steuergerätes ständig unter einem definierten Druck gehalten wird, der so groß ist, dass in die Gehäusebohrung eingebrachtes Öl die Membran nicht oder nur in sehr geringen Mengen passiert, aber in der Gehäusebohrung ständig eine Ölsäule verbleibt, sodass zumindest weitgehend nur der im Öl enthaltene Luftanteil in den Außenraum entlüftet wird und keine Luft von außen in das Steuergerät zurückgesaugt werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, im hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerät im Bereich der Ölzuführung zu der Gehäusebohrung zusätzliche konstruktive Maßnahmen vorzusehen, die ein Abfließen der Ölsäule aus der Gehäusebohrung verhindern, wenn das Steuergerät außer Betrieb ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass zu keinem Zeitpunkt Luft vom Außenraum über den Entlüfter in das Hydrauliksystem des Steuergerätes eingesaugt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine typische Entlüftungskurve einer bekannten PTFE-Membran;
2 eine Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entlüfters; und
3 eine beispielhafte Ausführung der Blende eines erfindungsgemäßen Entlüfters.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus dem Stand der Technik bekannte PTFE-(Poly-Tetra-Fluor-Ethylen-)Membranen einer mathematischen Entlüftungskurve gehorchen. In 1 ist eine typische Entlüftungskurve A dargestellt, wobei auf der Abszisse des Koordinatensystems ein auf die PTFE-Membran wirkender Öldruck p und auf der Ordinate des Koordinatensystems ein durch die PTFE-Membran hindurchtretender Volumenstrom Q aufgetragen ist. Anschaulich zu sehen ist, dass eine mit Druck beaufschlagte PTFE-Membran bis zum Erreichen einer diskreten Druckschwelle – bei dem dargestellten Materialbeispiel etwa 0,5 bar – gleichermaßen für Luft und Öl zumindest weitgehend dicht ist und erst oberhalb dieser Druckschwelle Luft die Membran in größeren Mengen durchdringen kann.
Wird eine solche Membran nun wie bei der Erfindung als Verschluss verwendet für einen Raum oder eine Gehäusebohrung des Gehäuses eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes, der bzw. die von dem Steuergerät her mit Öl befüllbar ist, so kann bis zu der für die verwendete Membran typischen diskreten Druckschwelle weder Öl noch Luft aus dem Raum bzw. aus der Gehäusebohrung nach außen hin austreten. Im Öl gelöste Luft wird sich vor der Membran sammeln und die Membran erst dann passieren, wenn der vom hydraulischen Steuergerät auf die in dem zu entlüftenden Raum bzw. in der zu entlüftenden Gehäusebohrung befindliche Ölsäule aufgebrachte Druck den Schwellwert übersteigt. Damit ist die gewünschte Entlüftungsfunktion sichergestellt.
Aufgrund der geglättetem PTFE inhärenten Oleophobie, der geringen Porengröße und der glatten Oberfläche ist das Gewebe der PTFE-Membran in der Lage, Öl zurückzuhalten und weitgehend nur die Luft entweichen zu lassen, solange die Membran nicht mit zu großem Öldruck beaufschlagt wird und die glatte Seite der Membran der Ölseite zugewandt ist. Durch die Verwendung eines solchen geglätteten PTFE-Gewebes, kann also das Öl größtenteils oder sogar vollständig zurückgehalten werden, ohne das Entweichen von störender Luft aus dem zu entlüftenden Raum bzw. aus der zu entlüftenden Gehäusebohrung zu beeinträchtigen. In besonders vorteilhafter Weise verhindert die in dem zu entlüftenden Raum bzw. in der zu entlüftenden Gehäusebohrung verbleibende Ölsäule zuverlässig das unerwünschte Einsaugen von Luft von außen her in das hydraulische Steuergerät. Sinkt der Druck wieder auf einen Wert unterhalb der diskreten Druckschwelle ab, verändert sich lediglich die Höhe der Ölsäule, ohne dass Luft in das Drucksystem des hydraulischen Steuergerätes eingesaugt wird.
Zudem ist das Gewebe üblicher PTFE-Membranen druck- und temperaturbeständig, sodass auch eine mechanische Robustheit beispielsweise für den Einsatz in einem hydraulischen oder elektrohydraulischen Getriebesteuergerät gegeben ist.
Geeignete Materialien für die Membran des erfindungsgemäßen Entlüfters finden sich beispielsweise in Absatz [0033] der DE 19717043 C2 . Vorteilhaft ist die Verwendung von geglättetem Gewebe aus PTFE (Poly-Tetra-Fluor-Ethylen) mit einer Porenklasse, die beispielsweise eine Luftdurchlässigkeit von etwa 7 l/m²/sec ausweist, beispielsweise mit einer Porengröße 12 μm.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Darstellung. Mit 4 bezeichnet ist ein Gehäuse eines nicht näher detaillierten hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes. Das Gehäuse 4 weist eine Gehäusebohrung 5 auf, die zu einem Außenraum 6 außerhalb des Gehäuses 4 hin offen ist. In diese Gehäusebohrung 5 ist ein in Bauform einer mit einer Membran 3 – beispielsweise einem geglätteten PTFE-Gewebe – verschlossenen Blende 1 ausgebildeter Entlüfter eingesetzt, sodass die Gehäusebohrung 5 und die Blende 1 einen zum Außenraum 6 hin über die Membran 3 entlüftbaren Innenraum 7 bilden. Fluidtechnisch ist der Innenraum 7 über eine von der Membran 3 abgedeckte Blendenbohrung 2 der Blende 1 mit dem Außenraum 6 verbunden. Dabei ist die Gehäusebohrung 5 seitens des hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes mit Öl befüllbar.
Zumindest dann, wenn das hydraulische oder elektrohydraulische Steuergerät in Betrieb ist, befindet sich in der Gehäusebohrung 5 ständig eine unter einem definierten, von dem hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerät bereitgestellten Druck p stehende Ölsäule 8. Diese Ölsäule 8 begrenzt den Innenraum 7 auf seiner der Blende 1 gegenüberliegenden Seite.
Um als (im Prinzip unerwünschte) Leckage in den Außenraum 6 zu gelangen, müsste das in die Gehäusebohrung 4 eingebrachte Öl die von der Membran 3 abgedeckten Blendenbohrung 2 passieren. Vorzugsweise ist der auf die Ölsäule 8 wirkende Öldruck p im Betrieb daher so eingestellt, dass in die Gehäusebohrung 4 eingebrachte Öl die Membran 3 nicht oder nur in kleinen Mengen passiert, aber ein Abschnitt der Gehäusebohrung 5 unterhalb der Membran 3 ständig mit Öl befüllt bleibt – in der Gehäusebohrung 4 also ständig eine Ölsäule stehen bleibt –, sodass keine Außenluft aus dem Außenraum 6 in das Steuergerät zurückgesaugt werden kann.
Vorteilhaft ist, wenn der auf die Ölsäule 8 wirkende Öldruck p seitens des hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes unabhängig von anderen Arbeitsdrücken dieses Steuergerätes eingestellt ist, sodass die sichere Funktion des Entlüfters unter allen Betriebsbedingung des Steuergerätes sichergestellt ist. Dieser Druck p kann seitens des hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes als konstanter Wert vordefiniert sein, sodass auf die Ölsäule 8 im Betrieb tatsächlich ein zumindest annährend konstanter Öldruck wirkt. Alternativ kann dieser im Betrieb auf die Ölsäule 8 wirkende Druck p aber auch als variabler Wert vordefiniert sein.
Das seitens des hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes einzustellende Druckniveau p, mit dem die unterhalb des zu entlüftenden Innenraums 7 befindliche Ölsäule 8 beaufschlagt wird, ist eine Funktion der Porenklasse der verwendeten Membran 3 und eine Funktion des Innendurchmessers d der Blendenbohrung 2. Ist die verwendete Membran 3 beispielsweise bis zu einem Druck von 0,5 bar luft- und öldicht, so kann das auf die Ölsäule 8 wirkende Druckniveau p beispielsweise auf einen konstanten Wert von 0,6 bar eingestellt sein, was in der Praxis zu einer minimalen Ölleckage an der Blende 1 von beispielsweise etwa sechs Milli-Liter pro Stunde führen kann. Für eine technische Anwendung ist in der Regel eine geringe Leckage von bis zu zwei Milli-Litern pro Minute akzeptabel.
Zudem kann durch zusätzliche (an sich bekannte) konstruktive Maßnahmen im hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerät im Bereich der Ölzuführung zu der Gehäusebohrung 5 sichergestellt sein, dass in der Gehäusebohrung 5 auch dann noch eine Ölsäule 8 verbleibt, wenn das Steuergerät außer Betrieb ist, sodass zu keinem Zeitpunkt Luft vom Außenraum 6 über den Entlüfter in das Hydrauliksystem des Steuergerätes eingesaugt werden kann. Als Beispiel für eine derartige konstruktive Maßnahme sei ein im Zulauf der Gehäusebohrung installiertes Rückschlagventil genannt.
3 zeigt eine vergrößerte vereinfachte Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung der Blende eines erfindungsgemäßen Entlüfters. Die hier dargestellte Blende 1 ist beispielhaft als Kunststoffring ausgebildet, der die Membran 3 umschließt. Der besondere Vorteil einer solchen konstruktiven Ausbildung ist die kostengünstige Herstellbarkeit mittels Spritzgießen. Eine alternative, ebenfalls kostengünstig herstellbare konstruktiven Ausbildung eines erfindungsgemäßen Entlüfters ist eine als Blechstanzteil ausgeführte Blende, in die die Membran eingelegt und anschließend durch Umbördelung befestigt ist.
Selbstverständlich wird der Fachmann die äußere Formgebung der Blende derart ausführen, dass eine verwechselungssichere Montage der Blende in die zur Außenkontur der Blende korrespondierende Bohrung oder Ausnehmung sichergestellt ist, dass also stets die glatte Seite einer geglätteten PTFE-Membran der Ölsäule zugewandt ist.
Eine beispielhafte Verwendung dieses Entlüfters ist der Einbau der Blende mit der darin eingebetteten Membran in eine Ventilbohrung eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Getriebesteuergerätes, die dadurch zum Getriebegehäuse-Innenraum hin weitgehend öldicht aber luftdurchlässig verschlossen wird. Der erforderliche Mehraufwand für die Realisierung der benötigten Entlüftung dieser Ventilbohrung ist also ausgesprochen gering. Prinzipiell eignet sich der erfindungsgemäße Entlüfter jedoch für sämtliche hydraulische und elektrohydraulische Steuergeräte, insbesondere dann, wenn für einen benötigten Entlüfter ein nur sehr kleiner Bauraum zur Verfügung steht. So kann der erfindungsgemäße Entlüfter problemlos mit einem Blendeninnendurchmesser von beispielsweise 0,25 bis 3,00 mm ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Blende
2: Blendenbohrung
3: Membran, PTFE-Gewebe
4: Gehäuse, Steuergerätgehäuse
5: Gehäusebohrung
6: Außenraum
7: Innenraum
8: Ölsäule
A: Entlüftungskurve
d: Innendurchmesser der Blendenbohrung
p: Druck
Q: Volumenstrom

Claims

Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes, in Bauform einer Blende (1), die in eine Gehäusebohrung (5) eines Gehäuses (4) des Steuergerätes eingesetzt ist, über deren Blendenbohrung (2) im Steuergerät angesammelte Luft in einen außerhalb des Gehäuses (4) befindlichen Außenraum (6) entweichen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenbohrung (2) durch eine unter Druck luft- und öldurchlässige Membran (3) verschlossen ist, sodass Gehäusebohrung (5) und Blende (1) einen zum Außenraum (6) hin über die Membran (3) entlüftbaren Innenraum (7) bilden, der auf seiner der Blende (1) gegenüberliegenden Seite im Betrieb ständig von einer Ölsäule (8) begrenzt wird, die von dem Steuergerät her in die Gehäusebohrung (5) eingebracht und seitens des Steuergerätes ständig unter einem definierten Druck (p) gehalten wird, der so groß ist, dass in die Gehäusebohrung (5) eingebrachtes Öl die Membran (3) nicht oder nur in sehr geringen Mengen passiert, aber in der Gehäusebohrung (5) ständig eine Ölsäule (8) verbleibt, sodass zumindest weitgehend nur der im Öl enthaltene Luftanteil in den Außenraum (6) entlüftet wird und keine Luft von außen in das Steuergerät zurückgesaugt werden kann.
Entlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Ölsäule (8) wirkende Druck (p) von dem Steuergerät unabhängig von anderen Arbeitsdrücken des Steuergerätes eingestellt wird.
Entlüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Ölsäule (8) wirkende Druck (p) als Funktion von Porenklasse der Membran (3) und/oder als Funktion des Innendurchmessers (d) der Blendenbohrung (2) vordefiniert ist.
Entlüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Ölsäule (8) im Betrieb permanent ein annährend konstanter Druck (p) wirkt.
Entlüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) etwas 0,6 bar beträgt.
Entlüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Ölsäule (8) im Betrieb permanent ein variabler Druck (p) wirkt.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über der Blende (3) im Betrieb eine Öl-Leckagemenge von maximal 2 ml/min in den Außenraum (6) abfließt.
Entlüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öl-Leckagemenge maximal 6 ml/h beträgt.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (1) einen durch die Membran (3) verschlossene Blendenbohrung (2) mit einem Innendurchmesser (d) im Bereich von 0,25 mm bis 3 mm aufweist.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) ein geglättetes PTFE-Gewebe ist, dessen geglättete Seite im eingebauten Zustand der Blende (1) der Ölsäule (8) zugewandt ist.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) ein Gewebe mit einer Luftdurchlässigkeit von etwa 7 l/m²/sec ist.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) ein Gewebe mit einer Porengröße von etwa 12 μm ist.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerät im Bereich der Ölzuführung zu der Gehäusebohrung (5) konstruktive Maßnahmen vorgesehen sind, die ein Abfließen der Ölsäule (8) aus der Gehäusebohrung (5) verhindern, wenn das Steuergerät außer Betrieb ist, sodass zu keinem Zeitpunkt Luft vom Außenraum (6) über den Entlüfter in das Hydrauliksystem des Steuergerätes eingesaugt werden kann.
Entlüfter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät ein Getriebesteuergerät ist.
Entlüfter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung (5) eine Ventilbohrung im Getriebesteuergerät ist, die zu einem Getriebegehäuse-Innenraum hin zu entlüften ist.