DE4300441C1 - Vorrichtung zum Ent- und Belüften von Maschinengehäusen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ent- und Belüften von Maschinengehäusen, insbesondere von Getriebegehäusen, mit einem am Gehäuse festgelegten und mit dessen Innenraum verbundenen Grundkörper, der ein den Gehäuseinnenraum verschließendes Entlüftungsventil aufweist, welches in einen Auffangraum mündet und ein den Auffangraum verschließendes Belüftungsventil aufweist, das in den Gehäuseinnenraum mündet.

Es ist allgemein bekannt, daß zum Beispiel Getriebegehäuse Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Diese Temperaturschwankungen ergeben sich nicht nur durch sich ändernde Umgebungsbedingungen, sondern hauptsächlich aufgrund der bei der Kraftübertragung entstehenden Wärme. Diese Temperaturveränderungen verursachen Volumenschwankungen der im Gehäuse enthaltenen Flüssigkeit und Gase. Aus diesen nicht unwesentlichen Volumenschwankungen ergeben sich Druckdifferenzen zwischen dem Gehäuseinneren und der umgebenden Atmosphäre. Um diese Druckunterschiede abzubauen, werden üblicherweise an geschlossenen Gehäusen Be- und Entlüftungen vorgesehen, welche das Innere der Gehäuse mit der Atmosphäre verbinden. Dabei sollte vor allem aus Umweltschutzgründen kein Öl aus dem Gehäuse austreten.

Handelsübliche Entlüftungsvorrichtungen weisen die Form eines in die Gehäusewand geschraubten Nippels auf, der eine enge Bohrung besitzt. Durch diese enge Bohrung können die Gase austreten, jedoch besteht auch die Möglichkeit, daß Ölschaum oder kleine Öltropfen mit austreten können bzw. diese durch den Luftstrom mitgerissen werden. Wird an der Außenseite ein Drahtgitter zum Auffangen des ausgetretenen Öls angeordnet, dann gelangt das Öl zwar nicht unmittelbar ins Freie, jedoch sammelt sich in dem Drahtgitter allmählich so viel Öl an, daß dieses sich zusetzt und dann das gesamte angesammelte Öl durch den Luftstrom ausgepreßt wird. Bei einer anderen bekannten Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Ventilsystem auf, das eine Verbindung zwischen dem Gehäuseinneren und der Umgebung erst dann herstellt, wenn sich ein gewisser Überdruck im Gehäuseinneren aufgebaut hat. Jedoch besteht auch hier der Nachteil, daß aus dem Gehäuseinneren ausgetretenes und angesammeltes Öl nicht mehr in das Gehäuse zurückgefördert werden kann und in der Regel mit der Luft ins Freie mitgerissen wird. Derartige Entlüftungsvorrichtungen sind nicht universell einsetzbar und bieten auch keine Sicherheit gegen austretenden Ölschaum.

Mit der US 4,742,844 ist eine Entlüftungsvorrichtung für Kraftstofftanks an Fahrzeugen bekannt geworden. Diese Entlüftungsvorrichtung weist ein Entlüftungs- und ein Belüftungsventil und einen dazwischenliegenden Auffangraum auf. Tritt bei dieser bekannten Vorrichtung Flüssigkeit über das Entlüftungsventil aus, dann steigt die Flüssigkeit oberhalb des Entlüftungsventils in einen Ringraum so weit an, bis sie in den Auffangraum abfließen kann. Aus diesem Auffangraum wird die sich darin befindende Flüssigkeit über das Belüftungsventil abgesaugt. Die im Ringraum oberhalb des Entlüftungsventils sich befindende Flüssigkeit bleibt jedoch stehen und wird nicht mit angesaugt. Alle aus dem Tank austretenden Gase werden durch diesen Flüssigkeitsring hindurchgeleitet.

Mit der US 1,365,720 ist ebenfalls ein Tankdeckel bekannt geworden, der ein Entlüftungs- und ein Belüftungsventil aufweist. Am Entlüftungsventil anstehende Flüssigkeit tritt jedoch sofort ins Freie aus, da kein Auffangraum vorgesehen ist.

Ausgehend von der US 4,742,844 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Entlüftungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit ihr auf einfache Weise das Gehäuseinnere effektiv entlüftet bzw. belüftet werden kann und daß eine hohe Sicherheit gegen austretendes Öl und gegen austretenden Ölschaum besteht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Entlüftungsventil oberhalb des Belüftungsventiles angeordnet ist und die Flüssigkeit nach dem Entlüftungsventil unmittelbar in den Auffangraum abströmen kann.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Entlüftungsvorrichtung wird der Vorteil erzielt, daß aus dem Gehäuseinneren austretendes Öl bzw. austretender Ölschaum zwar das Entlüftungsventil passieren kann, sich dann aber im Auffangraum ansammelt und dadurch verhindert wird, daß das Öl ins Freie austritt. Das im Auffangraum angesammelte Öl wird dann über das Belüftungsventil wieder in das Gehäuse zurückgeführt. Dabei öffnet vorteilhaft das Belüftungsventil bei im Gehäuse herrschenden Innendruck und schließt selbsttätig, wenn der Unterdruck ausgeglichen ist. Das Entlüftungsventil öffnet bei einem im Gehäuse herrschenden Überdruck von 10 bis 100 mbar, insbesondere bei einem Überdruck von 20 mbar. Auch hier schließt das Entlüftungsventil dann, wenn der Überdruck im Gehäuseinneren ausgeglichen ist bzw. unterhalb des Schwellwertes liegt. Tritt nun Ölschaum aus dem Gehäuseinneren aus und passiert dieser Ölschaum das Entlüftungsventil, dann zerplatzen die Ölblasen unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem Ventil, da sie nun einem um den Schwellwert niedrigeren Umgebungsdruck ausgesetzt sind. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Auffangraum, der zwischen den beiden Ventilen vorgesehen ist, mit Ölschaum angefüllt wird. Die Kapazität des Auffangraumes wird auf diese Weise vollständig nutzbar.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Ventile koaxial zueinander angeordnet. Dabei sitzt das Entlüftungsventil vorteilhaft auf einem zentralen Rohrstück, welches vom Auffangraum umgeben ist. Durch die Länge des Rohrstücks wird z. B. die Höhe des Auffangraums bestimmt. Auf diese Weise kann die Entlüftungsvorrichtung einfach an unterschiedliche Getriebegrößen angepaßt werden.

Bevorzugt bildet das Belüftungsventil den Boden des Auffangraums. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei sich absenkendem Druck im Innenraum des Gehäuses zuerst der Auffangraum entleert wird, bevor Luft aus der Umgebung angesaugt wird. Die Entleerung des Auffangraums erfolgt dadurch, daß das Belüftungsventil als Ablaßventil für den Auffangraum ausgebildet ist. Eine Belüftung des Gehäuseinnenraumes erfolgt also ausschließlich über den Auffangraum.

Vorteilhaft ist die Entlüftungsvorrichtung rotationssymmetrisch aufgebaut. Dabei ist der Auffangraum koaxial zu den Ventilen angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß die Entlüftungsvorrichtung keine bevorzugte Einbaulage aufweist, und daher universell, d. h. in jeder Vertikalausrichtung am Gehäuse befestigbar ist.

Bevorzugt ist das Rohrstück am oberen Ende von einer insbesondere in Richtung auf das Rohrstück federbelasteten Kappe verschlossen. Diese Kappe bildet das Entlüftungsventil, wobei durch die Federkraft der Öffnungsdruck des Ventils, d. h. der maximale Innendruck des Gehäuses bestimmt wird. Derartige federbelastete Ventile sind außerdem relativ unempfindlich gegen Verschleiß, Verschmutzung, Fehlfunktion usw. Sie können als Dichtung eine Gummischeibe aufweisen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kappe als nach unten gerichteter Rohrstutzen ausgebildet, der das Rohrstück mit Spiel übergreift. Durch diesen kappenartigen Rohrstutzen wird also die über das Entlüftungsventil austretende Luft und der mitgerissene Ölschaum unmittelbar nach dem Austritt nach unten abgelenkt. Da die Ölblasen nach dem Passieren des Ventils zerplatzen wird durch den Rohrstutzen gewährleistet, daß das Öl des Ölschaums an der Außenwand des Rohrstutzens nach unten abläuft. Die ebenfalls nach unten abgelenkte Luft wird zunächst nach unten geführt, so daß durch diese Luft das Öl zusätzlich nach unten mitgerissen wird. Nach dem Verlassen des Bereichs des Rohrstutzens läuft das Öl weiterhin an der Außenwand des Rohrstücks entlang nach unten, wohingegen die Luft den Auffangraum in Richtung der Austrittsöffnung der Entlüftungsvorrichtung verläßt. Hierdurch wird eine besonders effektive Trennung von Luft und Öl erzielt.

Mit Vorzug überragt die Außenwand des Auffangraumes das Entlüftungsventil nach oben. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das Entlüftungsventil zwar oberhalb des Belüftungsventils angeordnet ist, jedoch noch innerhalb des Auffangraumes liegt. Der Auffangraum kann auf diese Weise vollständig mit Öl angefüllt werden.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Belüftungsventil als durch eine Membrane einseitig verschlossene Lochscheibe ausgebildet ist. Diese Lochscheibe bildet den Boden des Auffangraumes, der in Richtung auf das Gehäuseinnere durch die Membrane verschlossen ist. Sobald ein Unterdruck auf der mit der Membrane verschlossenen Seite anliegt, hebt die Membrane von der Lochscheibe ab und es kann das Öl aus dem Auffangraum in Richtung des Gehäuseinnenraums abfließen.

Mit Vorzug besteht die Membrane aus einem Silikonmaterial. Eine Silikonmembrane hat sich als besonders geeignet erwiesen, da das Silikon neben hervorragenden elastischen Eigenschaften auch eine gute Widerstandsfähigkeit gegen technische Öle und vor allem gegen hohe Temperaturen besitzt.

Um eine einfache und kostengünstige Montage zu erreichen, sind das Rohrstück, die Lochscheibe und die Membrane, also das Belüftungsventil, als vormontiertes Einsatzteil ausgebildet. Dieses Einsatzteil muß demnach lediglich im Grundkörper angeordnet werden, der schließlich mit einem Verschlußdeckel noch zu verschließen ist. Die Montage einer derart aufgebauten Entlüftungsvorrichtung kann maschinell erfolgen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Entlüftungsvorrichtung; und

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf das kappenartig ausgebildete Entlüftungsventil.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Ent- und Belüftungsvorrichtung 1 ist deren Unterseite in ein Gehäuse 2 z. B. eines Getriebes eingeschraubt. Dabei ragt ein stutzenartiger Fortsatz 3 in das Gehäuseinnere 22 und bildet die Eintrittsöffnung in die Vorrichtung 1, durch die die Gase austreten können. Dieser Fortsatz 3 ist das untere Ende eines Grundkörpers 4, der das Schraubgewinde 5 sowie eine Dichtfläche 6 aufweist. Nach oben setzt sich der Grundkörper 4 in einen Auffangraum 7 fort, der am oberen Ende eine Austrittsöffnung 8 für die austretenden Gase aufweist. Der Auffangraum 7 wird von einer Außenwand 9 und einem koaxial eingesetzten Rohrstück 10 sowie einer Bodenscheibe 11 begrenzt. Das Rohrstück 10 und die Bodenscheibe 11 sind z. B. einstückig als Einsatzteil ausgebildet, das, den Auffangraum 7 nach unten dicht verschließend, von oben in den Grundkörper 4 eingeschoben wird. Ferner ist der Grundkörper 4 durch eine Kappe 12 verschlossen, die diesen von oben her vollständig umgreift und am unteren Ende einen Schnappverschluß 13 aufweist. Zwischen der Außenwand 9 und der Seitenwand der Kappe 12 ist ein Labyrinth vorgesehen, das zwar einen Austritt von Gasen aus der Entlüftungsvorrichtung 1 zuläßt, jedoch ein Eindringen von Fremdkörpern oder Flüssigkeiten verhindert. Filterelemente wie Drahtgitter, Schwämme o. dgl. sind im Auffangraum 7 nicht vorgesehen.

Das Rohrstück 10 weist ein unteres und ein oberes offene Ende auf, wobei das untere Ende mit dem Fortsatz 3 fluchtet. Das obere offene Ende ist durch ein Entlüftungsventil 15 verschlossen. Dieses Entlüftungsventil 15 ist als Rohrstutzen ausgebildet, dessen Seitenwand 16 nach unten gerichtet ist und das obere Ende des Rohrstücks 10 über eine gewisse Länge übergreift. Außerdem ist der Innendurchmesser der ringförmigen Seitenwand 16 geringfügig größer als der Außendurchmesser des Rohrstücks 10, so daß ein Spalt 17 zwischen der Seitenwand 16 und dem Rohrstück 10 verbleibt. Das Entlüftungsventil 15 wird über eine Feder 18, die sich an der Kappe 12 abstützt, axial auf das Rohrstück 10 gedrückt. Die Federkraft der Feder 18 ist dabei so bemessen, daß das Entlüftungsventil 15 zusammen mit seinem Eigengewicht und dem Gewicht der Feder 18 mit einem Druck von 10 bis 100 mbar (10³ bis 10⁴ Pa) auf die obere Öffnung des Rohrstücks 10 drückt und dieses dicht verschließt.

Die Bodenscheibe 11, die den unteren Abschluß des Auffangraums 7 bildet, ist in etwa wannenförmig ausgebildet und weist Durchgangsöffnungen 19 auf, die zu einem Lochring angeordnet sind. Die Bodenscheibe 11 ist von einem Dichtungselement 20 untergriffen, welches die Öffnungen 19 von unten verschließt. Das Dichtungselement 20 sowie die Bodenscheibe 11 bilden das Belüftungsventil 21. Das Dichtungselement 20 ist so ausgebildet, daß es bereits bei einem geringen Unterdruck bezüglich der Umgebung öffnet, jedoch bei Druckausgleich oder bei einem Überdruck im Gehäuseinneren die Öffnungen 19 verschließt.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Entlüftungsvorrichtung 1 beschrieben. Entsteht durch Temperaturerhöhung ein Überdruck im Gehäuseinnenraum 22, der den Schwellwert von 10 bis 100 mbar übersteigt, dann öffnet das Entlüftungsventil 15, indem es gegen die Kraft der Feder 18 vom oberen Ende des Rohrstücks 10 geringfügig abhebt. Angenommen das Rohrstück 10 hat sich mit Ölschaum, der durch den Pfeil 23 angedeutet wird, angefüllt, dann tritt dieser Ölschaum durch das Entlüftungsventil 15 in den Auffangraum 7 aus. Da die Ölblasen nach dem Passieren des Entlüftungsventils 15 einem um den Schwellwert von 10 bis 100 mbar geringeren Druck ausgesetzt sind, zerplatzen die Blasen und das Öl läuft an der Außenwand des Rohrstücks 10, wie durch die Pfeile 24 angedeutet, nach unten. Außerdem wird die aus dem Gehäuseinnenraum 22 austretende Luft durch die Seitenwand 16 nach unten abgelenkt. Nachdem die Luft das Ventil 15 passiert hat und aus dem Spalt 17 ausgetreten ist, strömt sie, wie durch den Pfeil 25 angedeutet, in Richtung der am oberen Ende der Außenwand 9 des Auffangraums 7 vorgesehenen Austrittsöffnung 8. Das Öl fließt jedoch weiter an der Wand des Rohrstücks 10 nach unten und sammelt sich auf der Bodenscheibe 11 an. Am Ausgang des Entlüftungsventils 15 wird also eine effektive Trennung von Öl und Luft gemäß den Pfeilen 24 und 25 erzielt. Die Auflösung des Ölschaums erfolgt durch die plötzliche Absenkung des den Ölschaum umgebenden Drucks am Ausgang des Ventils 15, wobei der Druck durch die Kraft der Feder 18 sowie der Masse des Rohrstutzens und der Feder bestimmt wird.

Senkt sich nun z. B. aufgrund einer Temperaturverringerung der Druck im Gehäuseinneren 22 unterhalb des Umgebungsdrucks ab, dann öffnet das Belüftungsventil 21, indem das Dichtungselement 20 von der Bodenscheibe 11 abhebt und die Öffnungen 19 freigibt. Es kann nun das auf der Bodenscheibe 11 angesammelte Öl durch das Belüftungsventil 21 in den Gehäuseinnenraum 22 gemäß der Pfeile 26 zurückfließen. Auf diese Weise wird der Auffangraum 7 entleert. Steht kein Öl mehr auf der Bodenscheibe 11 an, dann wird über die Austrittsöffnung 8 und die Öffnungen 19 Luft angesaugt.

Die Vorrichtung 1 gewährleistet, daß bei der Entlüftung des Gehäuses 2 kein Öl aus dem Gehäuseinnenraum 22 ins Freie austreten kann. Außerdem wird das Öl, das das Entlüftungsventil 15 passiert hat, wieder dem Gehäuseinnenraum 22 zugeführt.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Entlüftungsventils 15, bei dem die Seitenwand 16 an der Innenseite Stege 27 aufweist. Diese Stege 27 gewährleisten einen definierten Abstand der Seitenwand 16 vom Rohrstück 10, so daß sich der Spalt 17 über den gesamten Umfang des Rohrstücks 10 erstreckt.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Ent- und Belüften von Maschinengehäusen, insbesondere von Getriebegehäusen, mit einem am Gehäuse (2) festgelegten und mit dessen Innenraum (22) verbundenen Grundkörper (4), der ein den Gehäuseinnenraum (22) verschließendes Entlüftungsventil (15) aufweist, welches in einen Auffangraum (7) mündet, und ein den Auffangraum (7) verschließendes Belüftungsventil (21) aufweist, das in den Gehäuseinnenraum (22) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsventil (15) oberhalb des Belüftungsventiles (21) angeordnet ist und die Flüssigkeit nach dem Entlüftungsventil unmittelbar in den Auffangraum abströmen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsventil (15) im oberen Bereich des Auffangraumes (7) angeordnet ist, so daß das im Auffangraum (7) angesammelte Öl nicht von der aus dem Getriebegehäuse austretenden Luft durchströmt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsventil (21) bei einem im Gehäuseinnenraum (22) herrschenden Unterdruck öffnet und das Entlüftungsventil (15) bei einem im Gehäuseinnenraum (22) herrschenden Druck von 10 bis 100 mbar, insbesondere 20 mbar, öffnet.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventile (15 und 21) koaxial zueinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsventil (21) den Boden des Auffangraums (7) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangraum (7) koaxial zu den beiden Ventilen (15 und 21) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangraum (7) von einem Rohrstück (10) durchgriffen ist, dessen oberes Ende vom Entlüftungsventil (15) verschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (10) am oberen Ende von einer in Richtung auf das Rohrstück (10) federbelasteten Kappe verschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe als nach unten gerichteter Rohrstutzen ausgebildet ist, der das Rohrstück (10) mit Spiel umgreift.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (9) des Auffangraumes (7) das Entlüftungsventil (15) nach oben überragt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsventil (21) als durch eine Membrane einseitig verschlossene Lochscheibe (11) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane aus einem Silikonmaterial besteht.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (10) und die Lochscheibe (11) mit der Membrane, also das Belüftungsventil (21), als vormontiertes Einsatzteil ausgebildet ist.