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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit wenigstens einer einem Hohlraum zugeordneten Entlüftungseinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Praxis bekannte Hydrauliksysteme oder auch Hydraulikleitungen in Automatikgetrieben werden üblicherweise über spezielle Entlüftungsblenden umfassende Entlüftungseinrichtungen entlüftet, die permanent eine Verbindung zwischen dem Innenraum eines Gehäuses eines Hydrauliksystems und dessen Umgebung herstellen. Derartige Entlüftungsblenden bzw. Entlüftungsventile sind als kommerziell erhältliche Einpressteile mit wenigstens einem Sieb ausgeführt und werden auch in anderen Anwendungen eingesetzt.
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Im Unterschied zu Hydrauliksystemen, beispielsweise Bremssystemen von Fahrzeugen, die ohne Hydraulikfluid im System umwälzende Pumpeneinrichtungen ausgeführt sind, wird bei Automatikgetrieben, speziell bei nassen Doppelkupplungsgetrieben mit hohen Kühlölbedarf, durch die zeitweise hohe Ölverschäumung ständig neue Luft in die hydraulische Steuerung bzw. in die angeschlossenen hydraulischen Verbraucher eines Automatikgetriebes eingetragen. Aus diesem Grund ist eine einmalige Entlüftung eines Hydrauliksystems eines Automatikgetriebes wie bei Bremssystemen nicht ausreichend, um die eine Funktionsweise eines Hydrauliksystems beeinträchtigenden Luftansammlungen im Hydrauliksystem im Betrieb zu vermeiden. Der Umfang des jeweils auftretenden Lufteintrages in ein Hydrauliksystem eines Automatikgetriebes ist zudem stark von den momentanen hydraulischen Randbedingungen, wie einem Förderstrom der Pumpeneinrichtung und dem aktuellen Grad der Ölverschäumung, und auch der Geometrie der Leitungen und Hohlräume des Hydrauliksystems, beispielsweise von vorhandenen Siphonstellen, sowie von Transport- und Strömungsprozessen innerhalb der hydraulischen Steuerung abhängig.
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Die Entlüftung von Hydrauliksystemen ist unter anderem deshalb erforderlich, da Lufteinträge Ventilinstabilitäten verursachen können. Dies resultiert aus der Tatsache, dass sich die jeweiligen hydraulischen Kapazitäten durch die Lufteinträge stark verändern. Die Lufteinträge verursachen oftmals akustisch wahrnehmbare Störungen und erhöhen einen Ventilverschleiß in unerwünschtem Umfang. Des Weiteren verursachen Lufteinträge Störungen in der Reproduzierbarkeit bestimmter Betriebsabläufe. Dies ist speziell dann der Fall, wenn sich in Vorsteuerleitungen Luftsäcke ausbilden. Problematisch dabei ist besonders, dass die Größe eines Luftsacks nicht bekannt ist. Deshalb ist beispielsweise während einer Kupplungsbefüllung nicht nur das zum Befüllen der Kupplung erforderliche Ölvolumen bereitzustellen, sondern auch ein darüber hinaus gehendes Hydraulikfluidvolumen in Richtung der Kupplung zu führen, mittels dem das Volumen des stark kompressiblen Luftsackes ersetzt wird.
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Die vorbeschriebenen und zur Entlüftung von Hydrauliksystemen vorgesehenen Entlüftungsblenden stellen jedoch nachtteilhafterweise permanent vorhandene Leckagen da, deren zugehörige Verlustleistung über die Ölpumpe, das heißt also in Abhängigkeit des Pumpenwirkungsgrades, einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges zu entnehmen ist und somit den hydraulischen Wirkungsgrad beeinträchtigt. Die Verlustleistung einer Bohrung mit 0,35 mm Durchmesser beträgt bei 5 bar in etwa 1,2 Watt.
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Des Weiteren verringern die Leckagen im Bereich der den Innenraum eines Hydrauliksystems dauerhaft mit der Umgebung verbindenden Entlüftungsblenden die effektiv zur Verfügung stehende Volumetrie einer Ölpumpe. Die Verringerung beträgt bei letztgenanntem Beispiel etwa 140 ml je Minute. Diese Ölströme fehlen speziell während Betriebszustandsverläufen, während welchen ein Hydrauliksystem ausgehend von einer Hydraulikpumpe nicht in ausreichendem Umfang mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Derartige Betriebszustände liegen beispielsweise während Kupplungsbefüllungen während eines Motorhochlaufs oder während Schaltstangenverschiebungen bei gleichzeitig niedrigen Pumpenförderströmen vor.
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Die Störung ist umso größer, je aufwendiger die hydraulische Energie erzeugt wird. Wird der einem Hydrauliksystem zur Verfügung gestellte Hydraulikfluidvolumenstrom beispielsweise über elektrische Zusatzpumpen geliefert, deren Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu mechanisch betriebenen Hydraulikpumpen wesentlich niedriger ist, wird der hydraulische Wirkungsgrad weiter reduziert.
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Prinzipiell sammelt sich die in Hydrauliksysteme eingetragene Luft im Bereich der in Einbaulage in Fahrzeughochrichtung lokal höchsten Stellen, in deren Bereich jeweils auch die Entlüftungsblenden mit den Entlüftungsbohrungen angeordnet sind. Entspricht der Druck im Hydrauliksystem im Bereich dieser lokal höchsten Stellen dem Umgebungsdruck und sinkt der Ölspiegel im Hydrauliksystem aufgrund einer zu geringen Versorgung mit Hydraulikfluid ab, strömt Luft aus der Umgebung über die Entlüftungsbohrung der Entlüftungsblende in die jeweils betreffende Kammer nach. Zur Verhinderung solcher Effekte werden oftmals sogenannte Vorbefüllventile verwendet, über die der Druck in einer mit einer Entlüftungsbohrung ausgeführten Kammer oberhalb des Umgebungsdruckes, beispielsweise 0,1 bis 0,3 bar über dem Umgebungsdruck, gehalten wird.
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Diese Lösungen erfordern weitere üblicherweise als Plattenventile mit Federn ausgeführte Bauteile und sind nicht bei allen hydraulischen Kammern anwendbar.
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Das Leerlaufen und die damit einhergehenden ansteigenden Luftansammlungen in Hydrauliksystemen summieren sich in Betriebszuständen, zu welchen eine Hydraulikpumpe abgeschaltet wird. Dies ist beispielsweise während Segelbetriebszuständen von Fahrzeugen, während welchen eine Antriebsmaschine aus energetischen Gesichtspunkten abgeschaltet wird, in unerwünschtem Umfang der Fall, da nach einem Ausstieg aus dem Segelbetriebszustand ein Getriebe innerhalb kurzer Betriebszeiten wieder in einen regulären Betriebszustand zu überführen ist.
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Eine Hydraulikpumpe wird üblicherweise bei abgeschalteter Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges nicht angetrieben. Hydrauliksysteme von Automatikgetrieben laufen dann zumindest teilweise leer. Erst bei einer Wiederinbetriebnahme der Antriebsmaschine wird das im Hydrauliksystem vorhandene Luftvolumen von der dann wieder fördernden Hydraulikpumpe aus den Leitungen und Kammern des Hydrauliksystems ausgeschoben. Nachteilhafterweise steht das zum Ausschieben der Luft aus den Kammern und Leitungen des Hydrauliksystems benötigte Hydraulikfluidvolumen nicht zur Versorgung anderer Verbraucher des Hydrauliksystems und eines Automatikgetriebes zur Verfügung, weshalb ein gewünschter Betriebszustand eines Hydrauliksystems und auch eines Automatikgetriebes erst nach Ablauf unerwünscht langer Betriebszeiten erreicht wird.
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Bei aktuellen Automatikgetrieben wird das Vorhandensein von Luft, beispielsweise im Bereich einer Kupplung, mit Hilfe von Sensoreinrichtungen, wie Kupplungsdrucksensoren, in Verbindung mit einer entsprechenden Auswertesoftware ermittelt und kompensiert.
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Derartige Lösungen ersetzten die vorgeschriebenen Entlüftungsblenden. Jedoch erhöhen die Sensoreinrichtung in Verbindung mit der Auswertesoftware die Herstellkosten von Automatikgetrieben im Vergleich zu Automatikgetrieben, die mit Entlüftungsblenden ausgebildet sind.
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Um das Auslaufen von Öl aus Hydrauliksystemen und ein damit einhergehendes Ansteigen von Luftansammlungen in Hydrauliksystemen zu vermeiden, werden in den Auslaufpfaden der Hydrauliksysteme auch Rückschlagventile angeordnet. Die zugehörigen Auslaufpfade sind jedoch nachteilhafterweise oftmals vergleichsweise komplex, womit diese durch einen erhöhten Bauteilaufwand gekennzeichnete Lösung nicht immer umsetzbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches und kostengünstiges Hydrauliksystem zur Verfügung zu stellen, das auf einfache Art und Weise entlüftbar ist und mit einem hohen hydraulischen Wirkungsgrad betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem mit wenigstens einer einem Hohlraum, in den über einen Zulaufbereich Hydraulikfluid führbar ist und der von einem Gehäuse begrenzt ist, zugeordneten Entlüftungseinrichtung, die ein mit einem Dichtsitz zusammenwirkendes Dichtelement umfasst, um einen Ablaufbereich des Hohlraumes zu sperren, ist der Dichtsitz in Einbaulage der Entlüftungseinrichtung in einem oberen Bereich des Hohlraumes positioniert und das gegenüber dem Dichtsitz im Hohlraum freibeweglich ausgeführte Dichtelement mit einer Gesamtdichte ausgebildet, dass das Dichtelement von dem im Hohlraum vorgesehenen Hydraulikfluid wenigstens annähernd dichtend mit dem Dichtsitz in Wirkverbindung bringbar ist.
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Das Wirkprinzip der Entlüftungseinrichtung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems basiert auf dem spezifischen Dichteunterschied zwischen Luft und dem im Hydrauliksystem vorhandenem Hydraulikfluid. Während quasistationärer Betriebsbedingungen, während welchen keine Verwirbelungen oder ein mechanischer Arbeitseintrag vorliegt, tritt eine Phasentrennung von Luft und Hydraulikfluid eines im Hohlraum vorhandenen Luft-Hydraulik-Gemisches auf, wenn die Luft in ungelöster Form im Hydraulikfluid enthalten ist. Die Luft wird aufgrund der geringeren spezifischen Dichte als das Hydraulikfluid immer an die höchste Stelle des Hohlraumes steigen. Das Gaslösevermögen von Mineralöl bzw. von Hydraulikfluid ist prinzipiell druckabhängig und durch das Henry-Daltonsches-Gesetz abbildbar. Je nach Druckniveau im Hohlraum wird sich deshalb unterschiedlich viel Luft aus dem Luft-Hydraulikfluid-Gemisch abscheiden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem ist der Dichtsitz im Hohlraum vom Dichtelement freigegeben, solange im Hohlraum Luft vorhanden ist, da das Dichtelement dann vom Hydraulikfluid nicht dichtend mit dem Dichtsitz in Wirkverbindung bringbar ist. Ist der Hohlraum des Hydrauliksystems wenigstens annähernd vollständig entlüftet, wird das Dichtelement vom Hydraulikfluid gegen den Dichtsitz geführt und dichtet somit den Hohlraum gegenüber der Umgebung des Hydrauliksystems in gewünschtem Umfang ab.
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Das bedeutet, dass im Hydrauliksystem vorhandene unerwünschte Luftansammlungen aus dem Hydrauliksystem ausgeführt werden und andererseits einen hydraulischen Wirkungsgrad beeinträchtigende Leckagen nach dem Entlüften des Hydrauliksystems durch das Verschließen des Dichtsitzes eliminiert sind. Damit ist das Hydrauliksystem mit einem hohen hydraulischen Wirkungsgrad betreibbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des öffnungsgemäßen Hydrauliksystems ist die Gesamtdichte des Dichtelementes kleiner als die Dichte des Hydraulikfluides, vorzugsweise kleiner als 0,4 kg/l.
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Die spezifische Dichte von Hydraulikfluoriden bzw. von Mineralölen liegt typischerweise in einem Bereich von je 0,8 kg/l. Damit gibt das vorzugsweise als Kugel ausgeführte Dichtelement den Dichtsitz und den Ablaufbereich so lange frei, solange Gas bzw. Luft im Hohlraum vorhanden ist. Bei dieser sogenannten Schwimmerlösung werden spezifische Gesamtdichten des Dichtelementes von kleiner als 0,4 kg/l angestrebt, da diese kleiner als 50% der Dichte des Hydraulikfluides sind und das Dichtelement jeweils durch eine hohe Auftriebskraft gekennzeichnet ist. Derartige spezifische Gesamtdichten weisen beispielsweise Dichtelemente auf, die konstruktiv als hohle Kugel ausgebildet sind und auch üblicher Kunststoffen hergestellt sind, deren Dichte zumeist im Bereich größer als 0,9 kg/l liegt.
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Letztgenannte Ausführung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Dichtsitz und die zugeordnete Entlüftungsblende im drucklosen Zustand des Hydrauliksystems oberhalb eines Ölspiegels eines zugeordneten Getriebes liegen. Mittels dieser Lösung wird zwar keine völlige Dichtheit des Hohlraumes, wie durch Entlüftungseinrichtungen von Bremssystemen, erreicht. Dies ist bei Hydrauliksystemen von Automatikgetrieben auch nicht erforderlich, jedoch wird der Leckageölstrom aus dem Hohlraum des Hydrauliksystems üblicherweise um 99 % verringert.
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Bei einer hierzu alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist die Gesamtdichte des Dichtelementes größer als die Dichte des Hydraulikfluides, vorzugsweise 0,9 kg/l bis 1,1 kg/l, wobei der Zulaufbereich und der Ablaufbereich des Hohlraumes und des Hohlraumes selbst jeweils eine konstruktive Ausgestaltung aufweisen und der Zulaufbereich und der Ablaufbereich im Hohlraum jeweils eine Position haben, das bei einer Druckbeaufschlagung des Hohlraums eine Strömung des Hydraulikfluides im Hohlraum vorliegt, die das Dichtelement dichtend mit dem Dichtsitz in Wirkverbindung bringt. Damit wird das spezifisch schwerer als das Hydraulikfluid ausgeführte Dichtelement im Gegensatz zur vorbeschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems nicht durch Auftriebssondern durch Strömungskräfte dichtend mit dem Dichtsitz in Wirkverbindung gebracht. Eine das Dichtelement mit dem Dichtsitz in Wirkverbindung bringende entsprechende Strömung des Hydraulikfluides im Hohlraum ist prinzipiell vorhanden, solange gasförmiges Fluid aus dem Hohlraum ausgespült wird, da das Druckmedium bzw. das Hydraulikfluid das aus dem Hohlraum verdrängte Luftvolumen ausfüllen muss.
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Bei einer die Strömung im Hohlraum weiter unterstützenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems wird eine Breite des Hohlraumes kleiner als ein doppelter Durchmesser des Dichtelementes vorgesehen.
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Die Gesamtdichte des Dichtelementes ist bei einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems wenigstens annähernd 90% der temperaturabhängigen Dichte des Hydraulikfluides, die das Hydraulikfluid über dem gesamten Temperaturbetriebsbereich minimal aufweist, da die Dichte des Hydraulikfluides von der Temperatur abhängig ist. Die Dichte von Hydraulikfluid ist bei 30°C etwa 0,82 kg/l und bei 100°C etwa 0,79 kg/l. Um die Temperaturabhängigkeit bei der Auslegung des Dichtelementes auf einfache Art und Weise berücksichtigen zu können, wird vorliegend die minimal im Betriebszustand auftretende Dichte des Hydraulikfluides als Berechnungsgrundlage verwendet. Bei dieser Ausführungsform des Hydrauliksystems sind beispielsweise als Metall-Hohlkugeln ausgebildete Dichtelemente einsetzbar.
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Letztgenannte Lösung stellt wenigstens annähernd eine Kombination der vorbeschriebenen Ausführungsformen des Hydrauliksystems dar, bei welchen die Gesamtdichte des Dichtelementes kleiner ist als die Dichte des Hydraulikfluides oder bei welcher die Gesamtdichte des Dichtelementes größer ist als die Dichte des Hydraulikfluides. Das Dichtelement taucht bei der letztgenannten Lösung vergleichsweise tief in das Hydraulikfluid ein und der Zulaufbereich und der Ablaufbereich des Hohlraumes und der Hohlraum selbst weisen wiederum jeweils eine konstruktive Ausgestaltung auf und der Zulaufbereich und der Ablaufbereich haben im Hohlraum jeweils eine Position inne, dass ein optimaler Transport des Dichtelementes durch das im Hohlraum strömende Hydraulikfluid erreicht wird. Dadurch, dass das Dichtelement bzw. die Kugel vergleichsweise tief in das Hydraulikfluid bzw. das Druckmedium eintaucht, wird ein großer Anteil des im Hohlraum vorhandenen Luftvolumens aus dem Hohlraum ausgeführt und es verbleiben nur geringe Restluftsäcke im Hohlraum, wenn das Dichtelement dichtend mit dem Dichtsitz in Wirkverbindung steht.
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Ist ein Strömungsquerschnitt des Zulaufbereiches zumindest bereichsweise kleiner als ein Durchmesser des Dichtelementes, ist ein Ausspülen des Dichtelementes aus dem Hohlraum auf einfache Art und Weise vermieden.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
- 1 eine stark schematisierte Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in teilentlüftetem Betriebszustand;
- 2 eine 1 entsprechende Darstellung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in entlüftetem Betriebszustand;
- 3 eine im Wesentlichen 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in drucklosem Betriebszustand; und
- 4 eine 3 entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems im drucklosen Betriebszustand, wobei eine spezifische Dichte eines Dichtelementes kleiner als die spezifische Dichte des Hydraulikfluides im Hydrauliksystem ist.
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1 zeigt eine stark schematisierte Teilansicht einer ersten Ausführungsform eines Hydrauliksystems 1. Das Hydrauliksystem 1 ist ein hydraulisches Getriebesteuergerät eines Automatikgetriebes eines Fahrzeuges, über welches hydraulische Verbraucher, wie hydraulisch betätigbare Kupplungen, Aktoren, Kühlkreisläufe und dergleichen mit Hydraulikfluid beaufschlagbar sind. In einen Hohlraum 2 ist über einen Zulaufbereich 4 Hydraulikfluid führbar. Des Weiteren ist der Hohlraum 2 von einem Gehäuse 5 begrenzt. Eine dem Hohlraum 2 zugeordnete Entlüftungseinrichtung 3 umfasst ein mit einem Dichtsitz 6 zusammenwirkendes Dichtelement 7, um einen Ablaufbereich 8 des Hohlraumes 2 zu sperren und eine unerwünschte Leckage zu vermeiden. Der Dichtsitz 6 ist in Einbaulage der Entlüftungseinrichtung 3 in einem oberen Bereich des Hohlraumes 2 positioniert, wobei vorliegend unter dem Begriff Einbaulage ein montierter Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 in einem auf einem wenigstens annähernd waagrechten Untergrund stehenden Fahrzeuges verstanden wird.
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Der in 1 lediglich stark schematisiert dargestellte Ablaufbereich 8 stellt eine Entlüftungsblende des Hohlraumes 2 dar und ist als Bauteil mit Sieb und dem geeigneten Dichtsitz 6 für das vorliegend als Kugelelement ausgeführte Dichtelement 7 ausgeführt. Der Dichtsitz 6 ist vorliegend derart ausgebildet, dass bei dichtender Anlage des Dichtelementes 7 an dem Dichtsitz 6 ein möglichst geringer Restluftsack im Hohlraum 2 stehen bleibt.
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Um ein Ausspülen des frei im Hohlraum 2 beweglich ausgeführten Dichtelementes 7 aus dem Hohlraum 2 zu vermeiden, sind sowohl der Ablaufbereich 8 als auch der Zulaufbereich 4 konstruktiv entsprechend ausgebildet. Hierfür sind Durchmesserbereiche des Zu- und Ablaufbereiches 4 und 8 kleiner als ein Durchmesser des Dichtelementes 7, womit dieses weder über den Zulaufbereich 4 noch über den Ablaufbereich 8 aus dem Hohlraum 2 führbar ist.
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Die spezifische Dichte des im Hohlraum 2 vorhandenen Hydraulikfluides 9 liegt bei etwa 0,8 kg/l. Das Dichtelement 7 besteht vorliegend aus einem druck-, temperatur- und alterungsbeständigen Material, vorzugsweise einem Kunststoff, dessen spezifische Dichte größer als 0,9 kg/l ist. Um die Gesamtdichte des Dichtelementes 7 kleiner als die Dichte des Hydraulikfluides 9 vorsehen zu können, ist das Dichtelement als Hohlkugel ausgebildet. Damit wird erreicht, dass das Dichtelement 7 bei einem in 1 dargestellten Füllstand des Hohlraumes 2 mit Hydraulikfluid 9 auf der Oberfläche des Hydraulikfluides 9 schwimmt und nur zu einem geringen Teil in das Hydraulikfluid 9 eintaucht.
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Das Dichtelement 7 gibt den Ablaufbereich 8 so lange frei, so lange gasförmiges Fluid im Hohlraum 2 vorhanden ist. Bei dieser so genannten Schwimmerlösung werden spezifische Gesamtdichten des Dichtelementes 7 von kleiner als 0,4 kg/l angestrebt. Dieser Wert entspricht weniger als der Hälfte der spezifischen Dichte des Hydraulikfluides 9, womit am Dichtelement 7 hohe Auftriebskräfte angreifen. Diese Lösung ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Ablaufbereich 8 im drucklosen Zustand des Hydrauliksystems 1 über dem Ölspiegel des Ölsumpfes der zugeordneten Automatikgetriebeeinrichtung liegt.
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Mit zunehmender Befüllung des Hohlraumes 2 mit Hydraulikfluid 9 wird das Dichtelement 7 angehoben und vom Hydraulikfluid 9 in der in 2 näher dargestellten Art und Weise dichtend mit dem Dichtsitz 6 in Wirkverbindung gebracht, wenn die im Hohlraum 2 zuvor vorhandene Luft wenigstens annähernd vollständig aus dem Hohlraum 2 vom Hydraulikfluid 9 ausgeschoben bzw. verdrängt ist. Im letztbeschriebenen Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 ist der Ablaufbereich 8 vom Dichtelement 7 verschlossen, womit keine Leckage aus dem Hohlraum 2 in Richtung der Umgebung vorliegt, die einen hydraulischen Wirkungsgrad in unerwünschtem Umfang beeinträchtigt.
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3 zeigt eine im Wesentlichen 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Hydrauliksystems 1, bei dem das ebenfalls kugelförmig ausgeführte Dichtelement 7 spezifisch schwerer als das Hydraulikfluid 9 ausgeführt ist. Bei dieser Lösung ist das Dichtelement 7 nicht durch Auftriebskräfte sondern durch Strömungskräfte dichtend mit dem Dichtsitz 6 in Wirkverbindung bringbar. Dies setzt eine entsprechende Ausgestaltung des Hohlraumes 2 und auch eine entsprechende Positionierung des Zulaufbereiches 4 und des Ablaufbereiches 8 des Hohlraumes 2 voraus, um bei einer Druckbeaufschlagung des Hohlraumes 2 eine Strömung des Hydraulikfluides 9 im Hohlraum 2 zu erzeugen, die das Dichtelement 7 dichtend an den Dichtsitz 6 anlegt.
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Eine derartige Strömung des Hydraulikfluides 9 im Hohlraum 2 ist prinzipiell so lange vorhanden, so lange das im Hohlraum 2 vorhandene gasförmige Fluid über den Ablaufbereich 8 aus dem Hohlraum 2 ausgespült wird, da das Hydraulikfluid 9 das aus dem Hohlraum 2 verdrängte Luftvolumen ausfüllen muss. Angestrebt wird, dass die Breite des Hohlraumes 2 kleiner als der doppelte Durchmesser bzw. der doppelte Kugeldurchmesser des Dichtelementes 7 ist.
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Sobald der Hohlraum 2 über das dichtend am Dichtsitz 6 anliegende Dichtelement 7 verschlossen ist, entspricht die jeweils am Dichtelement 7 angreifende Gesamtkraftkomponente dem Produkt der vom Dichtsitz 6 begrenzten Blendenfläche und der Druckdifferenz zwischen dem Innendruck im Hohlraum 2 und dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses 5 und der Gewichtskraft des Dichtelementes 7. Versuchsreihen haben ergeben, dass das Dichtelement 7 nach dem Andrücken an den Dichtsitz 6 auch noch durch Adhäsionskräfte am Dichtsitz 6 festgehalten wird. Dies hat zur Folge, dass die Schließfunktion der Entlüftungseinrichtung 3 auch bei sehr geringen Innendrücken, z. B. 0,1 bar über dem Umgebungsdruck, noch aufrechterhalten wird. Entspricht der Innendruck im Hohlraum 2 in etwa dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses 5, sinkt das Dichtelement 7 aufgrund der höheren Gesamtdichte als das Hydraulikfluid 9 im Hohlraum 2 ab und gibt den Ablaufbereich 8 frei.
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Bei dieser Ausführungsform des Hydrauliksystems 1 ist das Dichtelement 7 aus Werkstoffen herstellbar, die spezifisch etwas schwerer sind als das Hydraulikfluid 9. Dies ist beispielsweise bei Kunststoffkugeln der Fall, deren spezifische Dichte 0,9 bis etwa 1,1 kg/l ist. Damit sind kostengünstige handelsübliche und weitgehend erprobte Kunststoffe zur Herdstellung des Dichtelementes 7 verwendbar, die eine entsprechende Quellbeständigkeit bzw. Medienbeständigkeit und weitere zur Aufrechterhaltung der Funktionsweise der Entlüftungseinrichtung 3 erforderliche Materialeigenschaften aufweisen.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform des Hydrauliksystems 1 wird vorzugsweise dann ausgewählt, wenn der Dichtsitz 6 und der Ablaufbereich 8 im drucklosen Zustand des Hydrauliksystems 1 unterhalb des Ölspiegels der zugeordneten Automatikgetriebeeinrichtung liegen. Diese Ausführungsform des Hydrauliksystems 1 ist beispielsweise für die Entlüftung von Kanälen einer hydraulischen Steuerung geeignet, da diese meistens im Getriebesumpf untergebracht ist.
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Eine weitere alternative Ausführungsform des Hydrauliksystems 1 zeigt 4, bei welcher die spezifische Dichte des ebenfalls kugelförmig ausgeführten Dichtelementes 7 in etwa 90 % der spezifischen Dichte des Hydraulikfluides 9 entspricht. Diese Lösung stellt im Wesentlichen eine Kombination der Ausführungsformen gemäß 1 und 3 dar, wobei das Dichtelement 7 bei der Ausführung des Hydrauliksystems 1 gemäß 4 tiefer in das Hydraulikfluid 9 einsinkt als bei der Ausführung des Hydrauliksystems 1 gemäß 1. Damit wird erreicht, dass bei dichtender Anlage des Dichtelementes 7 am Dichtsitz 6 im Hohlraum 2 lediglich geringe Restluftsäcke verbleiben. Die konstruktive Ausführung des Hohlraumes 2 selbst und auch die Positionierung des Zulaufbereiches 4 und des Ablaufbereiches 8 ist wiederum derart, dass das Dichtelement 7 während dem Ausführen des gasförmigen Fluides aus dem Hohlraum 2 von dem die Luft verdrängenden Hydraulikfluid 9 dichtend mit dem Dichtsitz 6 in Wirkverbindung gebracht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2
- Hohlraum
- 3
- Entlüftungseinrichtung
- 4
- Zulaufbereich
- 5
- Gehäuse
- 6
- Dichtsitz
- 7
- Dichtelement
- 8
- Ablaufbereich
