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Die vorliegende Erfindung betrifft eine innere Verunreinigungsbarriere zum Schutz einer Innenseite eines Trennelements, insbesondere einer semipermeablen Membran, eines Vorschaltventils einer semipermeablen Membran und/oder eines Filterelements, einer Druckausgleichsvorrichtung vor Verunreinigungen.
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In vielen Anwendungen des Maschinenbaus, des Fahrzeugbaus und der Energietechnik sind Getriebe, Kupplungen und/oder andere Komponenten vorgesehen, die geschmiert werden müssen. Wegen der Notwendigkeit einer Schmierung, beispielsweise mit einem Schmieröl, sind diese Komponenten oft in an sich druckdicht ausgeführten Gehäusen untergebracht. Jedoch ergeben sich aus wechselnden Einsatzsituationen häufig wechselnde Temperaturen innerhalb des Gehäuses, was oft zu variablen Druckverhältnissen in den Gehäusen führt. Auch aus wechselnden Umgebungsbedingungen, beispielsweise bezüglich Sonneneinstrahlung und/oder Lufttemperatur können solche Druckdifferenzen zwischen der Umgebung und dem Inneren des Gehäuses resultieren.
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Beispielsweise bei Getrieben und Kupplungen ist es wichtig, dass diese Druckdifferenzen nicht einen gewissen Schwellenwert überschreiten, weil sonst die Wellendichtungen an den Stellen versagen würden, an welchen die Wellen das ansonsten druckdicht ausgeführte Getriebe durchbrechen. Ein typischer Druckschwellenwert für herkömmlicherweise zur Wellendichtung eingesetzte Radialwellendichtringe kann beispielsweise bei ca. 100 Millibar (mbar) liegen.
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Daher weisen die genannten Gehäuse häufig eine Druckausgleichsvorrichtung auf, um ein Überschreiten des Druckdifferenzschwellenwerts zu vermeiden. Aus dem Stand der Technik (beispielsweise aus dem Dokument
DE 4135711 A1 ) sind Druckausgleichsvorrichtungen bekannt, bei welchen das Gehäuse mit einer verhältnismäßig kleinen Öffnung versehen ist, durch welche der notwendige Druckausgleich erfolgen kann. Allerdings ergibt sich durch das Vorhandensein einer solchen Öffnung ein neues Problem: Medien wie Öle, Additive und/oder Aerosole mit Luft und solchen Medien, können aus dem Inneren des Gehäuses nach außen gelangen, was ebenfalls nicht erwünscht ist.
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Ein neuerer bekannter Ansatz ist die Verwendung von selektiv durchlässigen Trennelementen wie semipermeablen Druckausgleichsmembranen, welche einen Ausgleich des Gasdrucks ermöglichen, ohne für die oben genannten, schädlichen Medien von der Umgebung in das Gehäuseinnere hinein oder anders herum durchgängig zu sein. Dabei hat sich jedoch als problematisch erwiesen, dass in verschiedenen Anwendungen, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, die semipermeablen Membranen während der Lebenszeit der entsprechenden Maschine oder Komponente einmal oder mehrfach gewechselt werden müssen, weil sie durch die oben genannten Medien verschmutzt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verunreinigungsbarriere für eine Druckausgleichsvorrichtung eines Gehäuses bereitzustellen, welche eine hohe Lebensdauer der Druckausgleichsvorrichtung ermöglicht.
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Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Grundgedanken, mit geeigneten Mitteln eine lebensdauer-reduzierende Verschmutzung des Trennelements mit den oben genannten schädlichen Medien, insbesondere mit Öl aus einem Aerosol im Inneren des Getriebes, zu reduzieren oder ganz zu vermeiden.
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Konkret wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine innere Verunreinigungsbarriere für eine Gehäuseinnenseite einer Druckausgleichsvorrichtung eines Gehäuses, die eingerichtet ist, Medien aus dem Gehäuseinneren auf dem Weg hin zu einem Trennelement der Druckausgleichsvorrichtung auf eine Radialstrecke hin zur Längsachse zu zwingen. Dadurch werden die Medien umgelenkt und in einen langsameren und/oder turbulenteren Strömungszustand gebracht, was eine Ablagerung wenigstens eines Teils von Additiv- und/oder Öl-Bestandteilen aus einem Schmier-Aerosol im Inneren des Gehäuses fördert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung erstreckt sich die innere Verunreinigungsbarriere radial umlaufend und axial deckelnd auf der Innenseite des Trennelements, wobei an wenigstens einer, insbesondere zwei voneinander beabstandeten, Axialpositionen jeweils wenigstens eine, insbesondere zwei voneinander beabstandete, Radialstrecken in einer Umfangswandung der Verunreinigungsbarriere angeordnet sind. Beispielsweise durch eine Anordnung von jeweils zwei in der Umfangswandung einander gegenüberliegenden Radialstrecken an zwei voneinander beanstandeten Axialpositionen kann eine noch langsamere und/oder turbulentere Strömung des Schmier-Aerosols erreicht werden.
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Vorzugsweise weist die die innere Verunreinigungsbarriere zusätzlich zur Umfangswandung eine Deckelwandung auf, in welche die Umfangswandung an ihrem dem Trennelement abgewandten Ende übergeht. Dadurch ist ein Zustrom von Aerosol zum Trendelement ohne Umlenkung in der Radialstrecke ausgeschlossen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist an dem Übergang zwischen Umfangswandung und Deckelwandung wenigstens eine Radialstrecke angeordnet, deren tiefe Anordnung ein ungehindertes, von der Schwerkraft angetriebenes Abfließen von abgeschiedenem, abgesetztem und/oder abgeflossenem Öl bzw. Additiv in das freie Gehäuseinnere ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung grenzt die Umfangswandung einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum der Verunreinigungsbarriere am inneren Umfang der Umfangswandlung ab, wobei sich der Hohlraum entlang der Umfangswandung in Richtung der Längsachse der Druckausgleichs Vorrichtung wenigstens 10 Millimeter, wenigstens 12 Millimeter, wenigstens 15 Millimeter oder wenigstens 20 Millimeter erstreckt. Dadurch kann der Weg und damit die Zeit vergrößert werden, in welcher der Medienstrom langsamer und/oder turbulenter zum Trendelement hinströmt, was wiederum die Abscheidung flüssiger oder fester Medien aus dem Aerosol unterstützt.
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Nachfolgend ist eine Druckausgleichsvorrichtung für ein Gehäuse um einen mit variablem Gasdruck beaufschlagten Innenraum beschrieben, in welcher eine innere Verunreinigungsbarriere im Sinne der Erfindung eingesetzt wird. Dazu werden auch Merkmale einer inneren Verunreinigungsbarriere im Sinne der Erfindung bei Anwendung in diesem Kontext beschrieben.
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Diese Druckausgleichsvorrichtung weist sowohl ein äußeres oleophobes Trennelement zum Ausgleich von Gasdruckunterschieden zwischen dem Inneraum und einer Umgebung des Gehäuses sowie zur Abweisung von flüssigen und/oder festen Medien der Umgebung auf, als auch ein inneres oleophobes Trennelement zur Abweisung von flüssigen und/oder festen Medien des Innenraums.
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Dabei weist das äußere oleophobe Trennelement eine äußere semipermeable Membran auf, und das innere oleophobe Trennelement eine innere semipermeable Membran. Vorzugsweise sind die äußere Membran und die innere Membran an voneinander beabstandeten Positionen entlang einer Längsachse der Druckausgleichsvorrichtung, insbesondere in einer Druckausgleichsausnehmung, die das Innere und die Umgebung des Gehäuses miteinander verbindet, ausgebildet.
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Durch das Vorsehen von zwei getrennten semipermeablen Membranen kann sichergestellt werden, dass jede der beiden Membranen nur von einer Seite beschmutzt werden kann, d. h. die äußere Membran kann nur aus der Umgebung des Gehäuses verschmutzt werden und die innere Membran nur aus dem Inneren des Gehäuses. Allein diese Maßnahme verlängert bereits die Lebensdauer der Druckausgleichsvorrichtung, weil ein kombiniertes Zuschmieren eines Trennelements von innen und von außen nicht mehr möglich ist. Ein Ausfall der Druckausgleichsfunktion kann erst erfolgen, wenn entweder die äußere Membran rein aus der Umgebung vollständig verstopft ist oder die innere Membran rein aus dem Gehäuseinneren heraus.
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Bei den im Gehäuse vorliegenden Medien, deren Zufuhr in die Umgebung des Gehäuses unterbunden werden soll, handelt es sich insbesondere um Mineralöle, synthetische Öle, Korrosionsschutzmittel und/oder sonstige Additive, welche zum Schmieren der von dem Getriebe umschlossenen Maschinenelemente dienen. Diese Medien können unter anderem die unerwünschte Eigenschaft aufweisen, nach und nach die Poren der semipermeablen Druckausgleichsmembran zu benetzen bzw. zu besetzen und dadurch den Druckausgleich zu erschweren und letzten Endes derart zu behindern, dass ein ausreichender Druckausgleich nicht mehr möglich ist.
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Bei den in der Umgebung des Gehäuses vorliegenden Medien, deren Zufuhr ins Gehäuse unterbunden werden soll, handelt es sich insbesondere an den äußeren Gehäusewänden abgesetzten Straßenschmutz, im Fahrzeug jenseits des Gehäuses eingesetzten Mineral- und sonstigen Ölen, Streusalz-Rückstände und/oder Wasser sowie wässrige Emulsionen, Suspensionen oder Lösungen der zuvor genannten Medien. Auch diese Medien können unter anderem die unerwünschte Eigenschaft aufweisen, nach und nach die Poren der semipermeablen Druckausgleichsmembran zu benetzen, zu besetzen und/oder zu zerstören und dadurch den Druckausgleich und/oder die Medientrennung zu erschweren und letzten Endes derart zu behindern, dass ein ausreichender Druckausgleich oder eine sichere Trennung der Medien von innerhalb bzw. außerhalb des Gehäuses nicht mehr möglich ist.
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Vorzugsweise weisen die innere und/oder die äußere Druckausgleichsmembran ein PTFE-Material oder ein anderes Polyhalogenolefin auf oder sind aus einem solchen ausgebildet. Vorzugsweise besteht wenigstens eine der, insbesondere beide, Membranen aus einem expandierten PTFE-Werkstoff oder aus einem verpressten, richtungsunabhängig porösen PTFE-Werkstoff. Typische Vertreter der Polyhalogenolefine, die zur Verwendung bei dem Trennelement in Frage kommen, sind Polytetraflourethylen (PTFE), Polytrifluorchlorethylen (PCTFE) und Copolymerisat aus Tetrafluorethylen und Hexaflourpropylen (Polytetraflourethylenperflourpropylen-FEP). Diese Polyhalogenolefine zeichnen sich infolge der Stabilisierung der C-C-Bindungen mittels der Flouratome durch eine hervorragende chemische Beständigkeit und eine extreme Temperaturbeständigkeit (bis hin zu einem Bereich von Tmin = –269°C bis Tmax = +280°C), was für die Anwendung in einer Druckausgleichsmembran im Gehäuse beispielsweise eines KFZ-Getriebes vorteilhaft ist. PTFE weist eine maximale Dauergebrauchstemperatur von ca. 260°C auf.
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Vorzugsweise ist eine Nenn-Porengröße der inneren Membran größer als eine Nenn-Porengröße der äußeren Membran. Die Verwendung derart unterschiedlicher Membranen kann unter anderem der Erkenntnis geschuldet sein, dass eine Verschmutzung der zum Gehäuseinneren angeordneten inneren Membran aufgrund eines im Gehäuse vorliegenden Luft-Öl-Aerosols in viel kontinuierlicherer und/oder stärkerer Art und Weise zu erwarten ist, als eine Verschmutzung aus der Umgebung des Gehäuses bezüglich der äußeren Membran wahrscheinlich ist. Typische Verschmutzungen der äußeren Membran sind hauptsächlich zu erwarten durch Wasser oder verschmutztes Wasser, allerdings auch nur periodisch wiederkehrend, beispielsweise wenn der Motorraum des Fahrzeuges oder der Fahrzeugunterboden mittels eines Dampfstrahlreinigers gesäubert werden soll.
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Da das Potential einer dauerhaften Verstopfung einer semipermeablen Membran durch ölige Medien, die noch dazu kontinuierlich aufgebracht werden, deutlich größer ist, als durch wässrige Medien, die zudem nur sporadisch aufgebracht werden, kann es sinnvoll sein, die äußere Membran mit einer kleineren Nenn-Porengröße auszuführen, als die innere Membran. Aufgrund der größeren Nenn-Porengröße der inneren Membran bleibt deren Durchlässigkeit länger erhalten. Trotzdem ist aufgrund der kleineren Nenn-Porengröße der äußeren Membran sichergestellt, dass auch klein-molekulare Bestandteile wie Wasser oder bestimmte Additive im Gehäuse nicht zwischen dem Gehäuseinneren und dessen Umgebung wechseln können.
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Vorzugsweise liegt eine Nenn-Porengröße der inneren Membran im Bereich von 8 μm bis 12 μm, insbesondere bei ca. 10 μm. Vorzugsweise liegt eine Nenn-Porengröße der äußeren Membran im Bereich von 2 μm bis 8 μm, insbesondere bei ca. 5 μm.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass ein stündlicher Nenn-Luftdurchgang durch die innere Membran größer ist als ein stündlicher Nenn-Luftdurchgang durch die äußere Membran. Ein Nenn-Luftdurchgang durch eine Membran kann in absoluten Werten angegeben und hängt dann neben der Nenn-Porengröße der Membran auch von deren semipermeabler Membranfläche sowie ggf. von der Porengrößen-Verteilung ab.
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Der Nenn-Luftdruck kann aber auch relativ angegeben sein, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführung die äußere Membran einen stündlichen Luftdurchgang von 10 bis 20, insbesondere von 16, Litern pro Quadratzentimeter aufweist und/oder die innere Membran einen stündlichen Luftdurchgang von 100 bis 150, insbesondere von 125, Litern pro Quadratzentimeter aufweist.
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Um ein Verölen der inneren Membran auch mittels des Effekts der Schwerkraft zu reduzieren, ist vorzugsweise die innere Membran schräg zu einer Längsachse der Druckausgleichsvorrichtung angeordnet. Bei bekannten Druckausgleichsvorrichtungen mit einer semipermeablen Druckausgleichsmembran ist die Membran im Regelfall senkrecht zu dieser Längsachse angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist die äußere Membran vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse angeordnet, während die innere Membran in einem Winkel von zwischen 30° und 60°, vorzugsweise in einem Winkel von 45°, zu der Längsachse angeordnet ist. Die Winkelangabe bezieht sich vorzugsweise auf die Ausrichtung einer Ebene, in der sich die innere Membran im Wesentlichen erstreckt.
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Um das äußere oleophobe Trennelement vor einer Verschmutzung zu schützen, weist die Druckausgleichsvorrichtung vorzugsweise eine äußere Verunreinigungsbarriere auf, die eingerichtet ist, Medien aus der Umgebung des Gehäuses auf dem Weg hin zu dem äußeren oleophoben Trennelement auf eine Axialstrecke weg von der Membran (oder auf eine Axialstrecke hin zu und weg von der Membran) und auf eine Radialstrecke hin zur Längsachse der Druckausgleichsvorrichtung zu zwingen.
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Vorzugsweise erstreckt sich die äußere Verunreinigungsbarriere dabei radial umlaufend und axial deckelnd auf der Außenseite der äußeren Membran, wobei jeweils an einer Umfangsposition eine Axialstrecke und/oder eine Radialstrecke als Ausnehmung in der äußeren Verunreinigungsbarriere angeordnet ist.
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In bevorzugter Ausführung sind dabei wenigstens eine Axialstrecke und mindestens eine Radialstrecke an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet, wobei dann eine Umfangsstrecke zur Verbindung zwischen dieser Axialstrecke und dieser Radialstrecke vorgesehen ist.
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Um eine Verunreinigung der inneren Membran zu reduzieren oder zu vermeiden, weist die Druckausgleichsvorrichtung eine innere Verunreinigungsbarriere gemäß einer Ausführung der Erfindung auf, die vorzugsweise eingerichtet ist, Aerosol aus dem Gehäuse auf dem Weg hin zu der inneren Membran auf eine Radialstrecke hin zur Längsachse der Druckausgleichsvorrichtung zu zwingen.
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Vorzugsweise erstreckt sich dabei die innere Verunreinigungsbarriere radial umlaufend und axial deckelnd auf der Innenseite der inneren Membran, wobei an wenigstens einer Anfangsposition eine Radialstrecke als Ausnehmung in der inneren Verunreinigungsbarriere angeordnet ist.
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Um einen Abfluss von an der inneren Membran abgetropftem Medium zu ermöglichen, weist dabei die innere Verschmutzungsbarriere eine Umfangswand und eine Axialdeckelwand auf, wobei die Axialdeckelwand an ihrem membranfernen Ende in die Umfangswand übergeht, und wobei am Übergang die wenigstens eine Radialstrecke angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist die Druckausgleichsvorrichtung einen Gehäusedorn auf, der druck- und medienfest in einer Gehäuseausnehmung aufgenommen ist. Der Gehäusedorn weist eine, bezüglich der Druckausgleichsvorrichtungs-Längsachse rotationssymmetrische, Ausnehmung auf, in welcher die innere und die äußere Membran an einem eingeschobenen Membranenträger angeordnet sind. Gemeinsam mit dem Membranenträger oder separat ausgebildet ist in der rotationssymmetrischen Ausnehmung zum Gehäuseinneren von der inneren Membran beabstandet, die innere Verunreinigungsbarriere angeordnet. Die äußere Verunreinigungsbarriere ist, vorzugsweise im Sinne eines Deckels, über den Gehäusedorn und/oder über den Membranenträger gestülpt und mit der Druckausgleichsvorrichtung verbunden, vorzugsweise mit einer Clip-Verbindung.
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Auch in einer anderen Druckausgleichsvorrichtung für ein Gehäuse um einen variablen gasdruckbeaufschlagten Innenraum kann eine innere Verunreinigungsbarriere im Sinne der Erfindung verbaut werden.
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Diese Druckausgleichsvorrichtung weist ein erstes, insbesondere äußeres, oleophobes Trennelement zum Ausgleich von Gasdruckunterschieden zwischen dem Innenraum und einer Umgebung des Gehäuses und zur Abweisung von flüssigen und/oder festen Medien der Umgebung auf, wobei ein zweites, insbesondere inneres, oleophobes Trennelement zur Abweisung von flüssigen und/oder festen Medien des Innenraums vorgesehen ist.
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Vorzugsweise weist das erste oleophobe Trennelement eine semipermeable Membran auf. Das zweite oleophobe Trennelement weist gemäß einer bevorzugen Ausführung ein Filterelement auf, das insbesondere mit einem Gewebe- und/oder mit einem Faser-Filterelement ausgebildet ist.
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Bei einem zweiten oleophoben Trennelement, das mit einem solchen Filterelement ausgebildet ist, erfolgt die Trennung des ersten oleophoben Trennelements von einem Aerosol oder einem anderen, insbesondere ölbeaufschlagten, Medium im Gehäuseinneren nicht mittels einem oberflächlichen Abscheiden, wie dies beispielsweise bei einer semipermeablen Membran der Fall wäre, sondern mittels einer Tiefenfilterung.
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Um diese Tiefenfilterung zu ermöglichen, benötigt das Filterelement vorzugsweise eine gewisse Erstreckung entlang der Längsachse der Druckausgleichsvorrichtung. Vorzugsweise ist das Filterelement dazu zylinderförmig, wobei die Zylinderhochachse insbesondere mit der Längsachse der Druckausgleichsvorrichtung zusammenfällt oder zu dieser parallel ausgebildet ist.
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Innerhalb des Filterelements sind vorzugsweise je nach Ausführung Gewebeelemente und/oder Faserelemente eng aneinander angeordnet, an denen das Öl „nach und nach” hängenbleibt. Für eine wirksame Abschirmung des äußeren oleophoben Trennelements von dem Öl ist also entscheidend, dass der Fachmann in an sich bekannter Weise die richtige Kombination aus Filterfähigkeit des Filtermaterials und geometrischer Ausprägung des Zylinderdurchmessers und/oder der Zylinderhöhe des Filterelements wählt.
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Die zuletzt beschriebene Druckausgleichsvorrichtung stellt eine Alternative zu der zuerst beschriebenen Druckausgleichsvorrichtung mit einer äußeren und einer inneren Membran als Trennelemente dar.
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Vorteilhafte Ausbildungen der verschiedenen Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen, teilweise in stark schematisierter Darstellung,
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1 in einer Draufsicht und einer Schnittansicht eine Druckausgleichsvorrichtung mit einer inneren Verschmutzungsbarriere gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung;
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2 in einer geschnittenen Seitenansicht und einer geschnittenen Draufsicht einen inneren Membranträger für eine Druckausgleichsvorrichtung gemäß 1;
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3 in einer seitlichen Schnittansicht eine Druckausgleichsvorrichtung mit einer äußeren Verunreinigungsbarriere und einer inneren Verunreinigungsbarriere gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung;
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4 in einer Schnittansicht eine äußere Verunreinigungsbarriere; und
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5 in einer Schrägansicht eine innere Verunreinigungsbarriere nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
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In 1 ist eine Druckausgleichsvorrichtung 1 in einer Draufsicht gezeigt, wobei in der Draufsicht ein Schnitt A-A eingezeichnet ist, zu dem die entsprechende seitliche Schnittansicht ebenfalls in 1 dargestellt ist. Der Schnitt A-A schneidet zuerst mittig die untere Seite der als Deckel ausgebildeten äußeren Verunreinigungsbarriere 2 und dann mittig deren rechte Seite. Daraus ergibt sich in der Detaildarstellung A-A eine entsprechend halbierte Schnittdarstellung der Druckausgleichsvorrichtung, wobei die im Detail A-A eingezeichnete Längsachse L der Druckausgleichsvorrichtung sowohl eine Mittelachse eines Druckausgleichshohlraums 4 als auch den „Knick” der in der Draufsicht eingezeichneten Schnittlinie A-A darstellt.
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Die einzelnen Bestandteile der Druckausgleichsvorrichtung 1 sind dem Detail A-A zu entnehmen. Die Druckausgleichsvorrichtung 1 weist neben der äußeren Verunreinigungsbarriere 2 einen äußeren Membranträger 6 auf, an dem ein als äußere semipermeable Membran ausgebildetes äußeres oleophobes Trennelement 8 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Membran 8 senkrecht zur Achse L angeordnet und wird zwischen dem äußeren Membranträger 6 und der als Deckel ausgebildeten äußeren Verschmutzungsbarriere 2 gehalten.
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Die äußere Verschmutzungsbarriere 2 ist auf den äußeren Membranträger 6 derart aufgesetzt, dass sie eine Druckkraft hin zum Membranträger auf die äußere Membran 8 aufbringen kann, beispielsweise durch eine nicht dargestellte Clippverbindung. Die äußere Verunreinigungsbarriere 2 weist eine Art Mantel 10 auf, der so ausgebildet ist, dass zwischen dem äußeren Membranträger 6 und dem Mantel 10 ein Hohlraum 9 frei bleibt, der zur Aufnahme eines in 1 nicht dargestellten Gehäusedorns ausgebildet ist, mit welchem die Druckausgleichsvorrichtung an einem ebenfalls nicht dargestellten Gehäuse befestigt werden kann.
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Um die Verbindung zwischen dem äußeren Membranträger 6 und dem nicht dargestellten Gehäusedorn dicht bezüglich Gasdruck und/oder Mediendurchgang ausführen zu können, ist an dem äußeren Membranträger 6 ein umlaufender Dichtungs-O-Ring 12 angeordnet.
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Der äußere Membranträger 6 weist auf seiner der äußeren Verunreinigungsbarriere 2 abgewandten Seite einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 14 auf. In diesem Hohlraum 14 ist ein innerer Membranträger 16 angeordnet, der hohlzylindrisch ausgebildet ist und seinerseits fest mit einem inneren Membranhalter 18 verbunden ist, der das als innere semipermeable Membran ausgebildete innere oleophobe Trennelement 20 trägt.
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Zusätzlich zu dem inneren Membranträger 16 ist im Hohlraum 14 des äußeren Membranträgers 6 eine innere Verschmutzungsbarriere 22 angeordnet.
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In 2 ist der innere Membranträger 16 mit dem inneren Membranhalter 18 und der inneren Membran 20 genauer dargestellt. Aus 2 ist ersichtlich, dass die innere Membran auf dem Membranhalter 18 aufliegt. Sie ist an der umlaufenden Auflagefläche auch dauerhaft befestigt. Die innere Membran 20 ist in einem Winkel α zur Längsachse L der Druckausgleichsvorrichtung von ca. 40° angeordnet.
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Der Einbau der Druckausgleichsvorrichtung 1 in einem Gehäuse ist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel derart vorgesehen, dass die Längsachse L zumindest auch im Wesentlichen der Wirkachse der Schwerkraft entspricht. Dadurch ermöglicht die Anordnung der inneren Membran 20 im Winkel α, dass sich Öl beispielsweise aus einem Aerosol aus dem Inneren des Getriebes, welches sich auf der Unterseite der inneren Membran 20 festsetzt, mit der Zeit entlang der Schräge der inneren Membran 20 abfließen kann. Ein Abtropfen von Öl, das sich an der Unterseite der inneren Membran 20 sammelt, wäre bei einer waagrechten Anordnung der inneren Membran 20 erst bei sehr viel größeren, angesammelten Ölmengen zu erwarten. Durch die schräge Stellung der inneren Membran 20 im Winkel α kann ein Abfließen angesammelten Öls bereits erreicht werden, bevor der Verschmutzungsgrad der Membran mit Öl die Durchlässigkeit der Membran zu stark behindert.
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In der seitlichen Schnittansicht von 2 ist der Schnittverlauf B-B eingezeichnet, die Darstellung des zugehörigen Details B-B in einer Draufsicht zeigt, dass die schräg angeordnete innere Membran 20 kreisrund ausgebildet ist, und in ihrem äußeren Bereich (radial außerhalb der gestrichelten Kreislinie) auf dem inneren Membranhalter aufliegt.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das äußere oleophobe Trennelement 8 mitttels der äußeren Verunreinigungsbarriere 2 vor groben Verschmutzungen geschützt, indem das Medium auf seinem Weg aus der Umgebung des Getriebes hin zu der äußeren semipermeablen Membran 8 mehrfach umgelenkt wird. Im Rahmen dieser Umlenkung wird das Medium auf seinem Weg hin zu der äußeren Membran 8 auf eine Axialstrecke 24 weg von der Membran sowie auf wenigstens eine Radialstrecke 26.1, 26.2 gezwungen. Diese Umlenkungen unterstützen (vergrößern) die Wahrscheinlichkeit, dass Verunreinigungen durch den Effekt der Schwerkraft oder durch den Effekt der Umlenkung bereits an der äußeren Verunreinigungsbarriere, und nicht erst an der äußeren Membran abgeschieden bzw. abgelagert werden. Eine Einlassanordnung 28 mit Axial- und Radialstrecken 24 und 26 kann an einer einzigen Umfangsstelle der Barriere 2 oder an mehreren Umfangsstellen angeordnet sein.
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Die Druckausgleichsvorrichtung 1 gemäß 1 weist zudem eine innere Verunreinigungsbarriere 22 auf, die Medien aus dem Inneren des Gehäuses auf ihrem Weg hin zu der inneren Membran 20 auf wenigstens eine Radialstrecke 26.3, 26.4 zwingt. Ein an sich rotationssymmetrischer innerer Barrierekörper 30 weist einen Hohlraum 32 auf, an dessen Umfangsbegrenzung radial verlaufende Ausnehmungen 26.3 und 26.4 angeordnet sind, welche die Radialstrecken 26 der inneren Verschmutzungsbarriere 22 ausbilden, indem sie Medien auf dem Weg zur inneren Membran 20 gezwungenermaßen umlenken.
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Diese Medien verlieren dabei an Geschwindigkeitskomponente hin zur inneren Membran und strömen durch die Umlenkung turbulenter, was insbesondere eine verstärkte Abscheidung von Öl, beispielsweise aus einem Aerosol im Innere des Getriebes, im Hohlraum anstatt an der Membran 20 zur Folge haben kann. Abgeschiedenes Öl kann durch die Positionierung der Ausnehmung 26.3 ganz unten im Hohlraum 32 wieder zurück ins Getriebe laufen.
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In 3 ist in einer seitlichen Schnittansicht eine Druckausgleichsvorrichtung 1 gezeigt, die in die Gehäusewand 101 eines Gehäuses 100 eingebaut ist. Die Druckausgleichsvorrichtung 1 gemäß 3 weist eine von der äußeren Verunreinigungsbarriere gemäß 1 abweichend gestaltete äußere Verunreinigungsbarriere 2 auf, ist aber abgesehen davon funktional im Wesentlichen identisch zu der in 1 gezeigten Druckausgleichsvorrichtung ausgebildet. Neben der für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel spezifischen äußeren Verschmutzungsbarriere 2 weist die Druckausgleichsvorrichtung 1 gemäß 3 einen äußeren Membranträger 6 auf, wobei zwischen dem äußeren Membranträger 6 und der äußeren Verunreinigungsbarriere 2 die äußere Membran 8 in einem äußeren Membranhalter 34 angeordnet ist. In einem Hohlraum 14 des äußeren Membranhalters 6 ist ein innerer Membranträger 16, ein innerer Membranhalter 18 und die darauf angeordnete innere Membran 20 angeordnet. Entlang der Längsachse L hin zum Gehäuseinneren ist am äußeren Membranhalter 6 eine innere Verschmutzungsbarriere 22 eingeclippt, die bis auf die in 1 nicht dargestellte Rastnase 36 im Wesentlichen der Ausführung gemäß 1 entspricht.
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Die Druckausgleichsvorrichtung 1 weist zudem einen Gehäusedorn 38 auf, in dessen gehäuseäußeren Teil eine Baugruppe mit dem äußerem Membranträger 6, dem inneren Membranträger 16, dem inneren Membranhalter 18, der inneren Membran 20 und der inneren Verschmutzungsbarriere 22 derart eingeführt ist, dass an dem O-Ring 12 eine druck- und mediendichte Abdichtung entsteht. An einem Verbindungsumfang 40 des Gehäusedorns 38 ist dieser in die Gehäusewand 101 druck- und mediendicht eingepresst. Die äußere Verschmutzungsbarriere 2 ist als Deckel ausgeführt, der über den äußeren Membranhalter, die oben darin aufgenommene äußere Membran 8 und den gehäuseäußeren Teil des Gehäusedorns 38 gestülpt wird, wobei die axiale Festlegung bezüglich der Längsachse L mittels Verbindungsnasen 42 an der äußeren Verbindungsbarriere 2 und Verbindungsnasen 44 am Gehäusedorn 38 im Sinne einer Clipp-Verbindung erfolgt.
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In 4 ist die äußere Verunreinigungsbarriere 2 aus 3 dargestellt. Anhand der Darstellung in 4 werden die Merkmale dieser äußeren Verunreinigungsbarriere 2 sowie die damit verbundene Funktionalität bei der Entkopplung der äußeren Membran 8 von Umgebungsschmutz und anderen unerwünschten Medien erläutert. Die äußere Verschmutzungsbarriere 2 ist als Deckel 46 ausgebildet, der den äußeren Membranhalter 6 nicht in jedem denkbaren, aber in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen mit einer radialen Umfangswand 48 umfängt und mit einer axialen Abschlusswandung (= Deckelwandung) 49 axial deckelt bezüglich der Längsachse L.
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Zur Befestigung des Deckels 46 an dem Gehäusedorn 38 dienen die bereits zu 3 beschriebenen Rastnasen 42. Im montierten Zustand ist an wenigstens einer, hier der rechts außen dargestellten, Umfangsposition eine Rastnasenausnehmung 50 und eine Membranhalterausnehmung 52 angeordnet, die eine axiale Führung von Medien aus der Umgebung der Druckausgleichsvorrichtung im Wesentlichen parallel zu der Längsachse L ermöglicht. Die Führung des Mediums verläuft dabei entlang der Rastnasenausnehmung 50, des Hohlraums 11 und/oder der Membranhalterausnehmung 52 im Wesentlichen in axialer Richtung. Je nach Position der äußeren Membran 8 bezüglich der Längsachse L wird das Medium dabei hin zur Membran oder weg zur Membran geführt; im dargestellten Ausführungsbeispiel entlang einer einzigen Axialstrecke erst hin zur Membran und dann im Bereich der Membranhalterausnehmung 52 weg von der Membran. Wichtig ist, dass auch eine weg von der Membran führende Axialstrecke 24 Teil der axialen Führung ist, weil durch die Führung weg von der Membran sichergestellt ist, dass wenigstens ein zusätzlicher Umlenkvorgang bezüglich des Medienstroms erforderlich ist.
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Eine axiale Medienführung wie an der äußersten rechten Umfangsposition dargestellt, kann entweder nur an dieser Umfangsposition oder an zwei, drei oder mehreren Umfangspositionen vorgesehen sein. Jede dieser axialen Medienführungen (= Axialstrecke) mündet im Ausführungsbeispiel in eine Umfangsstrecke 54, die unterhalb der Deckelwandung 49 umlaufend um die Achse L ausgebildet ist. Mittels der Umfangsstrecke 54 ist die medienführende Verbindung zwischen der wenigstens einen Axialstrecke 24 und Radialstrecken 26.6 und 26.7 sichergestellt, die als Ausnehmungen zwischen Radialtrennwänden 56 über den Umfang verteilt angeordnet sind.
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Im Ausführungsbeispiel ist an der Umfangsposition jeder Axialstrecke 24 grundsätzlich eine Radialtrennwand 56 angeordnet, sodass jeweils mindestens eine zusätzliche Umlenkung des Medienstroms erforderlich ist.
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Soll also nun aufgrund eines Unterdrucks im Gehäuse verschmutze Luft zur äußeren Membran geführt werden, geschieht dies erst entlang einer Axialstrecke 24 durch die Hohlräume 50, 11 und 52, dann auf einer Umfangsstrecke 54 zu der Umfangsposition einer Radialstrecke 26 hin, wobei die Luft zumindest am Übergang von der Axialstrecke 24 zu der Umfangsstrecke 54 und am Übergang von der Umfangsstrecke 54 hin zu der Radialstrecke 26 sowie vorzugsweise nochmals an deren Ausgang umgelenkt wird. Jede dieser Umlenkungen birgt das Potential turbulenter Verwirbelungen, was zum Absetzen von Schmutz in den Hohlräumen der einzelnen Strecken führen kann.
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In der Ausführung nach 4 ist eine speziell lange Axialstrecke 24 vorgesehen, die sich entlang der Hohlräume 50, 11 und 52 erstreckt. Auch durch diese bewusst große Erstreckung der Axialstrecke 24 wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sich durch Schwerkrafteffekte oder Turbulenzeffekte Verschmutzungen an den Wänden der Hohlräume 50, 11 oder 52 aus dem Luftstrom heraus ablagern. Vorzugsweise ist eine Axialstrecke vorgesehen, deren axiale Länge wenigstens einem Viertel, einem Drittel, der Hälfte oder dem ganzen Durchmesser der äußeren Membran 8 entspricht. Bei Druckausgleichsvorrichtungen 1 in einer für Kraftfahrzeug-Anwendungen typischen Größe kann damit die Erstreckung der Axialstrecke 24 beispielsweise wenigstens 3, wenigstens 4, wenigstens 6 oder wenigstens 12 Millimeter betragen.
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Bezüglich der übereinstimmenden Merkmale bis zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird auch auf die zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 zur äußeren Verunreinigungsbarriere beschriebenen Merkmale verwiesen.
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In 5 ist die innere Verunreinigungsbarriere 22 aus der Druckausgleichsvorrichtung 1 gemäß 3 dargestellt. Mit der Rastnase 36 kann die innere Verunreinigungsbarriere 22 in den äußeren Membranträger 6 eingeclippt werden. In diesem Fall ist die innere Verunreinigungsbarriere 22 auf einer inneren Seite der inneren Membran 20 angeordnet und dient insbesondere dem Zweck, insbesondere durch ihre geometrische Gestaltung mit Radialstrecken 26 einer Abscheidung von Öl aus einem Luft-Öl-Aerosol in dem Hohlraum 32 anstatt an der Innenseite der Membran 20 Vorschub zu leisten.
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Dazu ist es hilfreich, wenn das Aerosol, um an die Membran 20 gelangen, in eine möglichst turbulente Strömung gezwungen wird, beispielsweise wie hier vorgesehen, durch Umlenkungen im Aerosolstrom.
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Diese Umlenkungen werden durch eine axiale Deckelwandung 58 und Radialstrecken 26.3 und 26.4 erzwungen, die einen Zugang zur Membran nur über eine radiale Bewegung gefolgt von einer axialen Bewegung hin zur Membran 20 ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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