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Die Erfindung betrifft einen Entlüfter eines hydraulischen oder elektro-hydraulischen Steuergerätes, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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.
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Aus der
DE 10 2012 214 388 B3 ist zum Abscheiden von Luft aus einem hydraulischen oder elektro-hydraulischen Steuergerät insbesondere eines automatischen Getriebes ein Entlüfter bekannt, der in Bauform einer Blende ausgebildet ist, die in eine Gehäusebohrung eines Gehäuses dieses Steuergerätes eingesetzt ist, sodass über die Blendenbohrung der Blende im Steuergerät angesammelte Luft in einen außerhalb des Gehäuses befindlichen Außenraum entweichen kann. Dabei ist die Blendenbohrung durch eine unter Druck luft- und öldurchlässige Membran zum Außenraum hin verschlossen, wobei 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. Dieser Druck ist so groß, 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 weitgehend nur der im Öl enthaltene Luftanteil in den Außenraum entlüftet wird, jedoch keine Luft von außen in das Steuergerät zurückgesaugt werden kann.
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Für eine derartige Membran geeignete Materialien sind beispielsweise aus der
DE 197 17 043 C2 bekannt, deren technische Lehre das Abscheiden von im Hydraulikfluid einer Hydraulikanlage enthaltenem Wasser und das Abscheiden von im Hydraulikfluid einer Hydraulikanlage gelöstem Gas mittels Pervaporationsverfahren betrifft. Hierbei dampft das Gas bzw. das Wasser an einer ölundurchlässiger Membran aus, die an einer geeigneten Stelle im Hydrauliksystem installiert ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aus der eingangs genannten
DE 10 2012 214 388 B3 bekannten Entlüfter eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes weiterzuentwickeln.
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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.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem in Bauform einer Blende ausgebildeten Entlüfter, der in eine Gehäusebohrung oder in einen Kanal eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes eingesetzt ist. Hierbei ist in einem Blendenkörper dieser Blende eine in eine Blendenanströmbohrung des Blendenkörpers einmündende Blendenabströmbohrung vorgesehen, über die im Steuergerät angesammelte Luft in einen außerhalb des Gehäuses bzw. außerhalb des Kanals befindlichen Außenraum entweichen kann. Hierzu ist in diese Blende eine unter Druck luft- und öldurchlässige Membran eingesetzt, welche die Blendenabströmbohrung zum Außenraum hin verschließt. Dabei bildet der Blendenkörper einen zum Außenraum hin über die Membran entlüftbaren Innenraum, der auf seiner der Blendenabströmbohrung gegenüberliegenden Seite im Betrieb ständig von einer Ölsäule begrenzt wird, die von dem Steuergerät her in die Blendenanströmbohrung des Blendenkörpers eingebracht und seitens des Steuergerätes ständig unter einem definierten Druck gehalten wird, der so groß ist, dass das in die Blendenanströmbohrung eingebrachte Öl die Membran nicht oder nur in sehr geringen Mengen passiert, aber in der Blendenanströmbohrung 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.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass PTFE-Gewebe einen sehr geringen Reibungskoeffizienten und daher eine extrem niedrige Oberflächenspannung aufweist. Entsprechend sind auch nahezu keine Materialien bekannt, die an PTFE-Gewebe haften bleiben.
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Versuche haben gezeigt, dass ein in einen beispielsweise aus PEEK hergestellten Kunststoffblendenkörper eingespritztes PTFE-Gewebe aufgrund der oben genannten Eigenschaften schon bei geringen Drücken aus dem Blendenkörper herausgezogen und die PTFE-Gewebe-Blende hierdurch beschädigt wird. Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, dass das PTFE-Gewebe nur durch ein auf der Abströmseite der PTFE-Gewebe-Membran angebrachtes öl- und luftdurchlässiges Stützgitter oder Stützgewebe daran gehindert werden kann, sich aus dem Blendenkörper heraus zu lösen und gleichzeitig die gewünschten Eigenschaften - einen Luftdurchtritt durch die Blende zu ermöglichen, aber einen Ölaustritt durch die Blende zu verhindern - beibehält. Folglich ist eine PTFE-Gewebe-Blende ohne ein solches Stützgitter oder Stützgewebe in hydraulischen Systemen nur sehr eingeschränkt einsetzbar.
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Um zu verhindern, dass Material der Membran unter Druck in die Blendenbohrung soweit hineingedrückt werden kann, dass es zu einer unzulässigen Dehnung oder sogar zum Reißen der Membran kommt, weist die Blende daher erfindungsgemäß ein luft- und öldurchlässiges Stützgitter auf, welches in Entlüftungsrichtung der Blende gesehen zwischen der Membran und der Blendenabströmbohrung des Blendenkörpers angeordnet ist und verhindert, dass die Membran in einem unzulässigen Maß in die Blendenabströmbohrung eintritt. Dabei ist die Membran vorzugsweise ein einseitig geglättetes PTFE-Gewebe.
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Auch haben Versuche gezeigt, dass sich in dem Gewebe infolge der Benetzung mit Öl unter Druck Schmutz festsetzen kann, was insbesondere bei sehr dünnen Membranen mit guter Luftdurchlässigkeit zu einer Beschädigung des Gewebes führen kann. Sodann kann sich auf der Blenden-Abströmseite des Gewebes Schmutz ansammeln, was dann zu einer Beeinträchtigung der Entlüftungsfunktion führt.
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Um eine Verschmutzung auf der Abströmseite der Membran zu minimieren, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blende daher die aus einseitig geglättetem PTFE-Gewebe bestehende Membran derart in den Blendenkörper eingesetzt oder derart in die Blende integriert, dass die geglättete Seite der Membran auf der Abströmseite der Blende angeordnet ist, also dem Außenraum zugewandt ist. Entsprechend ist die ungeglättete Seite der Membran der Ölsäule zugewandt.
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Dadurch, dass die geglättete Seite des Gewebes bei der erfindungsgemäßen Blende in den Außenraum zeigt und Schmutz an der geglätteten Seite des Gewebes kaum oder gar nicht haften kann, werden die Schmutzteilchen vom vorbeiströmendem Öl leicht weggeschwemmt, sodass die Entlüftungsfunktion des Gewebes dauerhaft bestehen bleibt. Dies ist die einzige Möglichkeit, um eine Verschmutzung auf der Absrömseite der Gewebe-Blende zu verhindern, da durch die gewollte Eigenschaft der Nichtdurchlässigkeit von Öl ein Durchspülen des Gewebes unmöglich ist.
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Ein zusätzlicher Vorteil der Ausrichtung der geglätteten Seite der Membran in Richtung Außenraum gegenüber der seitenverkehrten Ausrichtung, bei der die geglätteten Seite der Membran der Ölsäule zugewandt wäre, ist eine Verringerung der mögliche Ölleckage, welche die Membran bei gleichem Druck passieren kann.
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Vorteilhaft ist auch, 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.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine typische Entlüftungskurve einer beispielhaften Membran des Entlüfters; und
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entlüfters.
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Der Erfindung berücksichtigt, dass aus dem Stand der Technik bekannte PTFE-(Poly-Tetra-Fluor-Ethylen-)-Gewebe-Membranen einer mathematischen Entlüftungskurve gehorchen. In 1 ist eine in durchgezogener Linie gezeichnete 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-Gewebe-Membran hindurchtretender Volumenstrom Q aufgetragen ist. Anschaulich zu sehen ist, dass eine mit Druck beaufschlagte PTFE-Gewebe-Membran bis zum Erreichen einer diskreten Druckschwelle gleichermaßen für Luft und Öl zumindest weitgehend dicht ist und erst oberhalb dieser Druckschwelle Luft die Membran in größeren Mengen durchdringen kann. Bei dem in 1 dargestellten Materialbeispiel ist die Membran bis etwa 0,3 bar öl- und luftdicht und bei einem Druck größer 0,5 bar weitgehend öldicht und dabei luftdurchlässig. Die in 1 in gestrichelter Linie eingezeichnete Leckagekurve B verdeutlicht, dass bei ansteigendem Druck eine geringe Ölleckage durch die PTFE-Gewebe-Membran auftreten kann, im dargestellten Beispiel bis etwa akzeptable 2 ml pro Minute.
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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.
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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 ungeglättete 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.
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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.
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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/m
2/sec ausweist, beispielsweise mit einer Porengröße 12 µm.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Darstellung. Mit 1 bezeichnet ist eine Blende, die in eine Bohrung eines Gehäuses 10 eines hier nicht näher dargestellten hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes eingebaut ist. Die Blende 1 umfasst einen Blendenkörper 2 mit einer Blendenabströmbohrung 3 und einer Blendenanstömbohrung 4, ein auf einer Seite der Blendenabströmbohrung 3 in den Blendenkörper 2 integriertes öl- und luftdurchlässiges Stützgitter 6, sowie eine auf der gleichen Seite der Blendenabströmbohrung 3 auf der der Blendenabströmbohrung 3 abgewandten Seite des Stützgitters 6 angeordnete semipermeable Membran 5. In vorteilhafter und kostengünstiger Weise ist die Blende 1 als mittels Spritzgießen hergestellter Kunststoffring ausgebildet, der sowohl die Membran 5 als auch das Stützgitter 6 umschließt. Ein geeignetes Material für den Blendenkörper 2 ist beispielsweise PEEK (Poly-Ether-Ether-Keton).
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Dabei eignet sich die Blende 1 auch für den Einbau in einen Kanal eines hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes, in den seitens des Steuergerätes Öl eingebracht werden kann.
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Die semipermeable Membran 5 ist aus einem einseitig geglätteten PTFE-Gewebe hergestellt und bildet zusammen mit dem Blendenkörper 2 einen Entlüfter für das Gehäuse 10 (alternativ für den Kanal) des hier nicht näher dargestellten Steuergerätes. Ein nach außen hin offener Außenraum der Blende 1 ist mit 7 bezeichnet und steht unter Umgebungsdruck. Ein Innenraum der Blende 1 ist mit 8 bezeichnet und bildet einen Luftraum, der einerseits durch die Blendenanströmbohrung 4 des Blendenkörpers 2 und andererseits durch eine Ölsäule 9 begrenzt wird, derart, dass der Innenraum 8 fluidtechnisch über die von der Membran 5 abgedeckte Blendenabströmbohrung 3 der Blende 1 mit dem Außenraum 7 verbunden ist. Die Ölsäule 9 wird von dem hier nicht näher dargestellten hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergeräte erzeugt bzw. bereitgestellt, sodass zumindest dann, wenn das hydraulische bzw. elektrohydraulische Steuergerät in Betrieb ist, die Ölsäule 9 mit vordefiniertem Druck p auf den Innenraum 8 wirkt.
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Der Erfindung liegen Versuche zugrunde, die zeigen, dass eine in einen Kunststoffblendenkörper eingespritztes PTFE-Gewebe-Membran aufgrund ihrer Werkstoffeigenschaften schon bei geringen Drücken aus dem Blendenkörper herausgezogen wird, was zu einer Beschädigung des PTFE-Gewebes führt. Dieses Problem wird wirkungsvoll gelöst durch das Vorsehen des öl- und luftdurchlässigen Stützgitters 6 auf der Abströmseite der Membran 5. Das Stützgitter 6 verhindert also, dass sich Teile der Membran 5 unter Druck p soweit in die Blendenabströmbohrung 3 hineindrücken, dass es zu einem Reißen der Membran 5 kommt, ohne dabei die eigentliche Funktion der Blende 1 - nämlich einen Luftdurchtritt durch die Blendenabströmbohrung 3 zu ermöglichen und gleichzeitig einen Ölaustritt durch die Blendenabströmbohrung 3 zumindest weitgehend zu verhindern - zu behindern.
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Um als (im Prinzip unerwünschte) Leckage in den Außenraum 7 zu gelangen, müsste das über die Ölsäule 9 in die Blendenanströmbohrung 4 des Blendenkörpers 2 eingebrachte Öl die von der Membran 5 abgedeckten Blendenabströmbohrung 3 passieren. Vorzugsweise ist der auf die Ölsäule 9 wirkende Öldruck p im Betrieb daher so eingestellt, dass das in den Blendenanströmbohrung 4 des Blendenkörpers 2 eingebrachte Öl die Membran 5 nicht oder nur in kleinen Mengen passiert, aber ein Abschnitt der Blendenanströmbohrung 4 des Blendenkörpers 2 unterhalb der Membran 5 ständig mit Öl befüllt bleibt, sodass keine Außenluft aus dem Außenraum 7 in das Steuergerät zurückgesaugt werden kann. Vorteilhaft ist, wenn der auf die Ölsäule 9 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 Betriebsbedingungen des Steuergerätes sichergestellt ist. Dieser Druck p kann seitens des hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes als konstanter Wert vordefiniert sein, sodass auf die Ölsäule 9 im Betrieb tatsächlich ein zumindest annährend konstanter Öldruck wirkt. Alternativ kann dieser im Betrieb auf die Ölsäule 9 wirkende Druck p aber auch als variabler Wert vordefiniert sein.
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Das seitens des hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerätes einzustellende Druckniveau p, mit dem die unterhalb des zu entlüftenden Innenraums 8 befindliche Ölsäule 9 beaufschlagt wird, ist einerseits eine Funktion der Porenklasse der verwendeten Membran 5 und andererseits eine Funktion des Innendurchmessers der Blendenabströmbohrung 3. Ist die verwendete Membran 5 beispielsweise bis zu einem Druck von 0,5 bar luft- und öldicht, so kann das auf die Ölsäule 9 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 wenigen Milli-Litern pro Stunde führen kann. Für eine technische Anwendung ist in der Regel eine geringe Leckage von bis zu zwei Milli-Litern pro Minute akzeptabel.
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Zudem kann durch zusätzliche (an sich bekannte) konstruktive Maßnahmen im hydraulischen oder elektrohydraulischen Steuergerät im Bereich der Ölzuführung zu der Blende 1 sichergestellt sein, dass in dem Innenraum des Blendenkörpers 2 auch dann noch eine Ölsäule 9 verbleibt, wenn das Steuergerät außer Betrieb ist, sodass zu keinem Zeitpunkt Luft vom Außenraum 7 über die Blende 1 in das Hydrauliksystem des Steuergerätes eingesaugt werden kann. Als Beispiel für eine derartige konstruktive Maßnahme sei ein im Zulauf der Gehäusebohrung installiertes Rückschlagventil genannt.
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Der Erfindung liegen auch Versuche zugrunde, die zeigen, dass sich mit einer gerichteten Montage einer aus einseitig geglättetem PTFE-Gewebe bestehenden Membran deren Entlüftungsverhalten verbessern lässt. Um eine Verschmutzung auf der Abströmseite der in 2 dargestellten Blende 1 zu minimieren, ist daher die aus einseitig geglättetem PTFE-Gewebe bestehende Membran 5 derart in den Blendenkörper 2 eingebettet, dass die geglättete Seite 5g der Membran 5 auf der Abströmseite der Blende 1 angeordnet ist, also der Blendenabströmbohrung 3 und dem Außenraum 7 zugewandt ist. Entsprechend ist die ungeglättete Seite 5u der Membran 5 dem Innenraum 8 und der Ölsäule 9 zugewandt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausrichtung der geglätteten Seite 5g der Membran 5 ist die Verringerung der die Membran 5 passierende Öl-Leckagemenge.
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Selbstverständlich wird der Fachmann die äußere Formgebung der Blende 1 derart ausführen, dass eine verwechselungssichere Montage der Blende 1 in die zur Außenkontur der Blende 1 korrespondierende Bohrung oder Ausnehmung sichergestellt ist, dass also stets die ungeglättete Seite 5u einer Membran 5 der Ölsäule 9 zugewandt ist bzw. dass stets glatte Seite 5g der Membran 5 stets dem Außenraum 7 zugewandt ist.
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Eine beispielhafte Verwendung dieses Entlüfters ist der Einbau der Blende 1 mit der darin eingebetteten Membran 5 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blende
- 2
- Blendenkörper
- 3
- Blendenabströmbohrung
- 4
- Blendenanströmbohrung
- 5
- Membran, PTFE-Gewebe
- 5g
- geglättete Seite der Membran
- 5u
- ungeglättete Seite der Membran
- 6
- Stützgitter
- 7
- Außenraum
- 8
- Innenraum
- 9
- Ölsäule
- 10
- Gehäuse
- A
- Entlüftungskurve
- B
- Leckagekurve
- p
- Druck
- Q
- Volumenstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012214388 B3 [0003, 0005]
- DE 19717043 C2 [0004, 0021]
