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Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zur Lüftung eines Arbeitsraums eines Retarders, umfassend ein mehrteiliges Ventilgehäuse, einen Ventilkörper und einen Ventilverschluss, geeignet den Arbeitsraum gegen austretendes Öl abzudichten. Die Erfindung betrifft zudem eine Filtermatte zur Verwendung in einer Ventilvorrichtung sowie ein Verfahren zur Lüftung eines Arbeitsraums.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Ventilvorrichtung zur Lüftung eines Arbeitsraums eines Retarders in
DE 102019108154 A1 bekannt. Die Anordnung eines Gewebefilters kann in dieser Anordnung jedoch dazu führen, dass ein Luftaustausch behindert wird. Zudem sind Wartungsarbeiten im Stand der Technik aufwendig.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, Öl in dem Arbeitsraum eines Retarders zu halten, und gleichzeitig einen zuverlässigen Luftaustausch mit der Umgebung zu ermöglichen. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung Verschmutzungen und Wasser aus dem Arbeitsraum fernzuhalten sowie ein Austreten von feine Öl-Tröpfchen, Öl-Schaum und/oder Öl-Nebel aus dem Retarder zu verhindern. Die Aufgabe der Erfindung ist es zudem Wartungsaufwand zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst wenn die Ventilvorrichtung eine Filtermatte aufweist, die eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von 20 mm - 100 mm aufweist, wobei die Filtermatte zwischen Ventilkörper und Ventilverschluss angeordnet ist und geeignet ist Öl und/oder Schmutzpartikel aufzufangen, die von der Luft bei der Lüftung mitgeführt werden.
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Die Ventilvorrichtung zur Lüftung eines Arbeitsraums eines Retarders ermöglicht eine Belüftung und eine Entlüftung des Arbeitsraumes. Der Ventilkörper kann von dem Öl in dem Arbeitsraum derart angehoben werden, dass das Ventil geschlossen wird und kein Öl aus dem Arbeitsraum entweichen kann. Die Belüftung des Arbeitsraumes erfolgt beispielsweise wenn die Ölmenge in dem Retarder reduziert wird, oder die Luft im Arbeitsraum abkühlt und damit der Druck bzw. das Volumen reduziert wird. Eine Entlüftung des Arbeitsraumes erfolgt wenn der Arbeitsraum im Retarder mit Öl befüllt wird, oder sich die Luft im Arbeitsraum erwärmt und damit ausdehnt.
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Eine Filtermatte hat sich in Versuchen zu dieser Erfindung dabei bewährt besonders kleine Öl-Tröpfchen und/oder Öl-Nebel an der Filteroberfläche festzuhalten. So kann ein Entweichen von Öl aus dem Ventilraum vermindert werden. Öl-Tröpfchen und/oder Öl-Nebel können in dem Arbeitsraum des Retarders aufgrund der sehr großen Scherströmungen entstehen. Auch umgekehrt können Staub, Sand oder Wassertropfen, die bei einem Belüften des Arbeitsraumes aus der Umgebung eingesaugt werden, an der Filtermatte adsorbiert werden. Weiterhin kann an der Filtermatte auch ein Öl-Schaum der in dem Arbeitsraum entstehen kann entlüften und zerstören.
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Fertigungstechnisch ist eine zylindrische Form der Filtermatte vorteilhaft. Dabei bezieht sich die Zylindrische Form wesentlich auf die Wirkfläche, wobei die Wirkfläche die Fläche der Filtermatte ist, die gegenüber Arbeitsraum und/oder Umgebung hin offen ist. Die Filtermatte kann zur Dichtung und/oder Stützung einen Überstand aufweisen, der von der zylindrischen Form abweicht. Auch ein Loch oder eine abgestützte Fläche in der Mitte der Filtermatte können zur Zentrierung oder Stützung der Filtermatte vorgesehen sein.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ventilvorrichtung, die mit einem Dichtungsring gegenüber dem Retardergehäuse abgedichtet ist und geeignet ist einteilig als Baugruppe montiert zu werden.
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Ein einteiliger Aufbau der Ventilvorrichtung aus einer Mehrzahl von Baugruppen bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Montage vereinfacht wird. Weiterhin kann, bei einem einteiligen Aufbau der Ventilvorrichtung, die Dichtung vereinfacht ausgeführt werden, insbesondere mit nur einem Dichtungsring gegenüber dem Retardergehäuse. Durch eine kompakte Bauweise der Ventilvorrichtung kann ein Einsatz auch in räumlich engen Gegebenheiten ermöglicht werden.
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In Versuchen zu der Erfindung konnte eine vorteilhafte Dichtung erreicht werden, indem eine Dichtungsfläche an dem Retardergehäuse bearbeitet wurde und die Ventilvorrichtung mit zumindest zwei schrauben außerhalb des Dichtungsrings gegen die Dichtungsfläche verschraubt wurde. Weitere Ringdichtungen waren aufgrund des einteiligen Aufbaus nicht erforderlich.
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Weiterhin vorteilhaft ist die Ventilvorrichtung, wobei die Filtermatte Glas- oder Mineralfaser aufweist und durch öffnen des Ventilverschlusses von außerhalb des Getriebegehäuses zugänglich ist.
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Die Filtermatte kann durch Adsorption kleine Öl-Tröpfchen und/oder sonstige Verschmutzungen aufnehmen und undurchlässig zur Lüftung des Arbeitsraumes werden. Ein Tausch oder eine Reinigung der Filtermatte wird durch eine gute Zugänglichkeit ermöglicht. Ein Aufbau der Filtermatte aus Glas- oder Mineralfasern ist vorteilhaft, da diese dem Temperaturbereich des Retarders standhalten und ökonomisch günstig hergestellt werden können. Die Filtermatte kann dabei aus gesinterten oder ungesinterten Glas- oder Mineralfasern aufgebaut sein.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ventilvorrichtung wobei die Filtermatte eine poröse, offene Struktur aufweist, wobei die Filtermatte eine Porosität von 55 % bis 97 % aufweist.
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Die Porosität ist als Prozentwert in der Formel (1) definiert, wobei P für Porosität steht, R für die Dichte der Filtermatte und R
0 für die Dichte des Rohmaterials.
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Für die Bestimmung der Porosität wird die Filtermatte nicht komprimiert. Eine offene Struktur mit einem vergleichsweise hohen Porositätswert ermöglicht eine gute Durchströmung mit Luft bei der Lüftung des Arbeitsraumes. Die feine Struktur der Filtermatte bietet gleichzeitig viel Oberfläche an der Öl oder Verschmutzungen adsorbieren können. In Versuchen hat sich auch eine Porosität von 60 % - 90 % als Vorteilhaft gezeigt, da in diesem Bereich das Verhältnis von Filterwirkung und Strömungswiederstand besonders günstig ist.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ventilvorrichtung, wobei die Filtermatte einen Luftaustausch von 50 l/m2 - 500 l/m2 ermöglicht und wobei die Filtermatte eine Schichtdicke von 1 mm - 12 mm aufweist.
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Die Permeabilität der Filtermatte ist entscheidend um die Funktion der Lüftung der Ventilvorrichtung zu erreichen. Die Bestimmung der Permeabilitätswerte kann dabei schon bei einer geringen Druckdifferenz von 25 mbar - 250 mbar erfolgen. In Versuchen war die Luftdurchlässigkeit von Filtermatten bei einer Permeabilität von 100 l/min - 400 l/min besonders vorteilhaft für die Funktion der Ventilvorrichtung. Die Werte für Porosität und Permeabilität beziehen sich auf eine saubere Filtermatte. Im Betrieb kann die Permeabilität und/oder die Porosität reduziert werden, beispielsweise durch die Adsorption von Schmutz und/oder Öl. Auch die Filterleistung mit einer Schwebstoff-Filterklasse nach EN 1822-1:2009 von H12 bis H15 ist für diese Filtermatte vorteilhaft. Besonders geeignet sind Filtermatten die eine Abscheidung von > 99,995 % erreichen und damit der Schwebstoff-Filterklasse H14 entsprechen.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ventilvorrichtung wobei zwischen Ventilkörper und Ventilverschluss eine Labyrinthvorrichtung angeordnet ist.
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Als Labyrinthvorrichtung ist hier ein länglicher Gang zu verstehen, der eine offene Eingangsfläche und eine offene Ausgangsfläche verbindet, wobei der Gang länger ist als die direkte Verbindung zwischen Eingangsfläche und Ausgangsfläche. Dies geschieht insbesondere in dem der Gang Kurven umfasst und/oder einem mäandernden Muster folgt. Die Labyrinthvorrichtung kann beispielsweise auch durch eine Mehrzahl von Wandungen erreicht werden, die an verschiedenen Stellen Durchgänge aufweisen. Dabei können diese Wandungen zylindrisch ausgeführt sein und mit verschiedenen Durchmessern ineinander verschachtelt werden.
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Die vorteilhafte Wirkung der Labyrinthvorrichtung ist das Fließen von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Öl, durch einen Strömungswiederstand zu behindern, wobei Luft oder Gas vergleichsweise leicht durch das Labyrinth gelangt. Die Wirkung wird dabei vor allem durch die unterschiedliche Viskosität von Luft und Öl ermöglicht.
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Weiterhin vorteilhaft ist ein Ventilverschluss für eine Ventilvorrichtung, wobei an der Innenseite des Ventilverschlusses eine weitere Labyrinthvorrichtung angeordnet ist, geeignet den Luftaustausch zwischen Ventilvorrichtung und Umgebung zu ermöglichen, und das Eindringen von Wasser zu erschweren.
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Bei der weiteren Labyrinthvorrichtung wird lediglich das Ziel verfolgt Wasser und/oder Verschmutzungen am Eindringen in den Ventilraum zu hindern. Die weitere Labyrinthvorrichtung ist dabei vorteilhaft angeordnet, wenn das eindringende Wasser auch wieder leicht, mittels Schwerkraft, aus dem Ventilverschluss abfließen kann.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ventilvorrichtung wobei die Labyrinthvorrichtung zumindest einen Kanal mit einer Querschnittsfläche von 5 - 300 mm2 und einer Länge von zumindest 10 mm umfasst.
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In Versuchen zu dieser Erfindung hat es sich gezeigt das diese Geometrie besonders günstig zu fertigen ist, und ausreicht die Strömung von Öl und/oder Öl-Schaum entsprechend zu bremsen. Vorteilhaft ist auch eine Ausführung mit zwei oder mehr Labyrinthvorrichtungen die parallel oder radial um die Ausgangsfläche oder Eingangsfläche angeordnet sind.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ventilvorrichtung wobei an der Filtermatte zumindest eine Verteilvorrichtung angeordnet ist.
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Die Verteilvorrichtung umfasst einen Hohlraum der unter und/oder über der Filtermatte angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Verteilvorrichtung rund aufgebaut. Die Verteilvorrichtung umfasst weiterhin eine Stützstruktur, die geeignet ist die Filtermatte zu halten. Vorteilhafte Wirkung der Verteilvorrichtung ist es die Luft flächig an der Filtermatte zu verteilen, sodass ein gleichmäßiges, flächiges Durchströmen der Filtermatte ermöglicht wird. Die Stützstruktur kann dabei auch eine Einspannvorrichtung der Filtermatte am Rand der Filtermatte umfassen.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Filtermatte zur Verwendung in einer Ventilvorrichtung wobei die Filtermatte eine Materialstärke von 0,5 mm bis 10 mm aufweist.
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Die Materialstärke der Filtermatte bezeichnet die Dicke oder Schichtdicke der Filtermatte, bei einer Zylindrischen Form also die Höhe des Zylinders. Mittels der Materialstärke lässt sich der Strömungswiederstand bei der Lüftungsfunktion einstellen. Weiterhin hat die Materialstärke eine direkte Auswirkung auf die für Adsorption verfügbare Oberfläche. Je nach Retarder ist hier eine Unterschiedliche Materialstärke erforderlich, bei zu geringen Materialstärken der Filtermatte kann es zudem zu einem Reißen oder einer Lochbildung in der Filtermatte kommen. In Versuchen zu dieser Erfindung hat sich eine Materialstärke von 0,5 bis 10 mm als vorteilhaft gezeigt. Besonders vorteilhaft war eine Materialstärke von 1 mm bis 8 mm, da hier Stabilität und Filterwirkung in einem besonders günstigen Verhältnis stehen.
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Weiterhin vorteilhaft ist ein Verfahren zur Lüftung eines Arbeitsraums eines Retarders mittels einer Ventilvorrichtung wobei die Filtermatte Öl oder Schmutzpartikel auffängt und wobei die Filtermatte getauscht wird, wenn die Filtermatte von Öl und/oder Schmutzpartikeln verstopft ist.
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Vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass die Wartungsarbeiten deutlich vereinfacht werden, da die Filtermatte durch Öffnen des Ventilverschlusses zugänglich ist. Eine Demontage der Ventilvorrichtung ist zum Tauschen einer verschmutzten Filtermatte nicht mehr notwendig. Die Zylindrische Form der Filtermatte ermöglicht zudem das leichte Entfernen z.B. mittels eines einfachen Werkzeuges.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 zeigt einen Teilschnitt einer Ventilvorrichtung aus dem Stand der Technik,
- 2 zeigt einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung,
- 3 zeigt eine Ausführungsvariante einer Ventilvorrichtung, und
- 4 zeigt einen Ventilverschluss gemäß Aspekten der Erfindung.
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1 zeigt einen nicht maßstäblichen schematischen Teilschnitt zu einer Ventilvorrichtung 1 aus dem Stand der Technik, die so von der Firma Voith in Retardern verwendet wird. Das Ventilgehäuse 4 ist mehrteilig ausgeführt und umfasst drei Dichtungen gegenüber dem Retardergehäuse 3. Der Ventilkörper 5 ist unmittelbar am Arbeitsraum 2 angeordnet. Der Ventildeckel verfügt über einige Bohrungen zur Lüftung. Zwischen Ventilkörper 5 und Ventildeckel 6 ist ein großer Siebkorb angeordnet um aus dem Arbeitsraum 2 austretenden Öl-Schaum zu brechen. Die Montage der Ventilvorrichtung erfolgt mehrteilig und erfordert mehrere bearbeitete Dichtungsflächen um die Wirkung der Dichtung zu ermöglichen.
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2 zeigt einen nicht maßstäblichen schematischen Teilschnitt einer vorteilhaften Ausführung gemäß Aspekten der Erfindung. Die Ventilvorrichtung 1 ist kompakt aufgebaut. Der Ventilkörper 5 ist oberhalb des Arbeitsraumes 2 angeordnet und wird seitlich durch das Ventilgehäuse 4 mit Spiel geführt, sodass er die Ventilvorrichtung 1 schließen kann wenn er durch das nicht dargestellte Öl 9 aus dem Arbeitsraum 2 nach oben gegen eine Dichtung hebt. Das Ventilgehäuse 4 ist mit nur einem Dichtungsring 8 gegen das Retardergehäuse 3 abgedichtet. Eine nicht dargestellte Schraub- oder Klemmverbindung verbindet das Ventilgehäuse 4 mit dem Retardergehäuse 3, wobei das Retardergehäuse gegenüber dem Dichtungsring 8 eine glatte Dichtungsfläche aufweisen kann. Der kompakte Aufbau der Ventilvorrichtung 1 und die Abdichtung zum Retardergehäuse 3 mittels dem einen Dichtungsring 8 ermöglichen eine einfache Montage und eine gute Wartbarkeit der Ventilvorrichtung 1. Zwischen Ventilkörper 5 und Filtermatt 7 ist eine Labyrinthvorrichtung 11 angeordnet. Die Labyrinthvorrichtung 11 umfasst zumindest einen länglichen Gang, der eine offene Eingangsfläche oberhalb des Ventilkörpers mit einer Ausgangsfläche an der Verteilvorrichtung 13 unter der Filtermatte verbindet. Die Labyrinthvorrichtung 11 kann auch weitere nicht bildlich dargestellte Gänge aufweisen. Die Labyrinthvorrichtung 11 kann auch mehrteilig ausgeführt werden. Die Funktion jedes Ganges ist aus dem Arbeitsraum 2 austretendes Öl 9, bzw. Öl-schaum durch einen Strömungswiederstand zu verlangsamen, und eine Lüftung zu ermöglichen. Die Verteilvorrichtung 13 unterhalb der Filtermatte ist in dieser 2 Ringförmig ausgeführt. Die Verteilvorrichtung 13 umfasst einen Hohlraum der mit der Labyrinthvorrichtung 11 in Verbindung steht. Die Verteilvorrichtung 13 hat die vorteilhafte Wirkung eine gleichmäßige flächige Durchströmung der Filtermatte 7 zu ermöglichen. Zudem wird die Filtermatte 7 in dieser Darstellung am Rand und in der Mitte gestützt, wobei Ventilgehäuse 4 und Ventilverschluss 6 maßgeblich die Stützfunktion bereitstellen. Die Filtermatte 7 hat in der Darstellung eine zylindrische Form und ist unmittelbar unter dem Ventilverschluss 6 zugänglich angeordnet. Die Filtermatte 7 kann eine nicht dargestellte Kerbe oder ein nicht dargestelltes Loch umfassen damit die Filtermatte 7 leicht mittels einem Werkzeug austauschbar ist. Wobei die Kerbe oder das Loch nicht unmittelbar mit der Verteilvorrichtung in Verbindung steht, sondern beispielsweise im Bereich der Stützfunktion. Der Ventilverschluss 6 umfasst zumindest eine weitere Labyrinthvorrichtung 12. Die Funktion der weiteren Labyrinthvorrichtung 12 ist es Wasser und/oder Verschmutzungen von außerhalb des Retardergehäuses 3 aus fernzuhalten, während eine Lüftung des Arbeitsraumes 2 ermöglicht wird. In 2 ist die Schnittebene A-A dargestellt, die in 3 gezeigt ist.
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3 zeigt einen nicht maßstäblichen schematischen Teilschnitt durch eine Ventilvorrichtung 1 gemäß der Schnittebene A-A aus 2. Gezeigt wird die Labyrinthvorrichtung 11, die mit 3 Gängen ausgeführt ist, die zentrisch in offenem Zustand der Ventilvorrichtung 1 mit dem Arbeitsraum 2 in Verbindung stehen. In geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 1 stehen die Gänge zentral mit dem Ventilkörper 4 in Verbindung. Die Gänge der Labyrinthvorrichtung 11 folgen einem längeren Weg bevor sie an ihrem Ende mit der nicht dargestellten Verteilvorrichtung 13 in Verbindung stehen. Die Labyrinthvorrichtung kann dabei vorteilhaft in einem Additiven Verfahren hergestellt werden, insbesondere in einem 3D-Druck-Verfahren. Ein weiterer möglicher Aufbau der Labyrinthvorrichtung kann aus einer Mehrzahl von Wandungen insbesondere aus Ringen erfolgen. Der Teilschnitt zeigt auch den Ventilverschluss 6 mit vier weiteren Labyrinthvorrichtungen 12.
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4 zeigt eine nicht maßstäbliche isometrische Darstellung eines Ventilverschluss 6 gemäß Aspekten der Erfindung. Der Ventilverschluss 6 zeigt seitlich vier weitere Labyrinthvorrichtungen 12 die auf der Innenseite des Ventilverschluss 6 angeordnet sind. Die weiteren Labyrinthvorrichtungen 12 sind geeignet Wasser aus dem Innenraum der Ventilvorrichtung abzuleiten. Gleichzeitig erschweren die weiteren Labyrinthvorrichtungen 12 das Wasser und/oder Verschmutzungen aus der Umgebung in die Ventilvorrichtung 1 und von da aus in den Arbeitsraum 2 des Retarders gelangen können. Der Ventilverschluss ist vorteilhaft aus einem Kunststoff oder Metallwerkstoff gefertigt. Eine vorteilhafte Herstellung kann hier auch in einem additiven Verfahren wie beispielsweise einem 3D-Druck-Verfahren erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilvorrichtung
- 2
- Arbeitsraum
- 3
- Retardergehäuse
- 4
- Ventilgehäuse
- 5
- Ventilkörper
- 6
- Ventilverschluss
- 7
- Filtermatte
- 8
- Dichtungsring
- 9
- Öl
- 10
- Schmutzpartikel
- 11
- Labyrinthvorrichtung
- 12
- weitere Labyrinthvorrichtung
- 13
- Verteilvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019108154 A1 [0002]
