DE102022100247A1

DE102022100247A1 - Entlüftungsanordnung

Info

Publication number: DE102022100247A1
Application number: DE102022100247.0A
Authority: DE
Inventors: Henning Deiters; Werner Dreyer; Michael Günther; Hans Janzen; Simon Winter
Original assignee: ZF CV Systems Europe BV
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2023-07-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsanordnung (10) zur Entlüftung eines Raumes (12) eines Gehäuses (52), welcher mit mindestens einem Druckraum (16, 22) wenigstens einer Kolben-Zylinder-Anordnung (18) pneumatisch verbindbar ist, wobei der Raum (12) eine Auslassöffnung (64) aufweist, in welcher ein Halteelement (62) angeordnet ist, wobei zwischen der Auslassöffnung (64) und dem Halteelement (62) wenigstens ein Strömungskanal (88, 90) ausgebildet ist, wobei das Halteelement radial innen eine elastische Scheibe (60) trägt, und wobei die elastische Scheibe den Strömungskanal (88, 90) in einer Schließstellung verschließt sowie in einer Öffnungsstellung für den Durchtritt von Druckluft öffnet. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die elastische Scheibe Schlitze (S1,...,S16) aufweist, welche sich jeweils beginnend mit einem radialen Abstand (A) von einer zentrischen Öffnung (80) der elastischen Scheibe (60) radial auswärts bis zu deren radialen Außenrand (98) erstrecken. Aufgrund der vielfach radial geschlitzten Ausführung der elastischen Scheibe (60) ermöglicht die Entlüftungsanordnung (10) ein geräuscharmes Entlüften mindestens einer Kolben-Zylinder-Anordnung (18) bei einer zugleich guten Abdichtwirkung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsanordnung zur Entlüftung eines Raumes eines Gehäuses, welcher mit mindestens einem Druckraum wenigstens einer Kolben-Zylinder-Anordnung pneumatisch verbindbar ist, wobei der Raum eine Auslassöffnung aufweist, in welcher ein Halteelement angeordnet ist, wobei zwischen der Auslassöffnung und dem Halteelement wenigstens ein Strömungskanal ausgebildet ist, wobei das Halteelement radial innen eine elastische Scheibe trägt, und wobei die elastische Scheibe den Strömungskanal in einer Schließstellung verschließt sowie in einer Öffnungsstellung für den Durchtritt von Druckluft öffnet.
In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend automatisierte Schaltgetriebe genutzt, welche einen ähnlichen Schaltkomfort bieten wie konventionelle Automatikgetriebe in Planetenbauweise, jedoch kostengünstiger in der Herstellung sind. Solche automatisierten Schaltgetriebe bestehen im Wesentlichen aus zwei im gleichen Gehäuse parallel angeordnete und zusammenwirkende Teilgetrieben, welche wechselweise derartig aktiviert und deaktiviert werden, dass immer ein Teilgetriebe ein Drehmoment im Antriebsstrang des Fahrzeug weiterleitet, während das andere Teilgetriebe diesbezüglich passiv ist. Für interne Schalt- und Wählvorgänge, mit denen Gangstufen ausgewählt beziehungsweise Getriebegänge eingelegt und ausgelegt werden, dienen Schalt- und Wählaktuatoren. Zum Aktivieren und Passivieren der beiden Teilgetriebe sind diesen jeweils als Reibkupplungen ausgebildete Trennkupplungen zugeordnet. Diese beiden Trennkupplungen sind parallel zueinander zwischen dem Antriebsmotor des Fahrzeugs und dem jeweiligen Teilgetriebe angeordnet, sodass bei einer ersten geschlossenen Trennkupplung ein Drehmoment von dem Antriebsmotor an das erste Teilgetriebe weiterleitbar ist, während über die zweite, geöffnete Trennkupplung eine Weiterleitung des Drehmoments an das zweite Teilgetriebe in dieser Betriebssituation nicht möglich ist. Für einen Gangwechsel wird in dem aktuell nicht an der Weiterleitung eines Drehmoments beteiligten Teilgetriebe der nächst folgende Gang angewählt und schon in diesen Gang geschaltet. Anschließend wird die bisher geschlossene Trennkupplung geöffnet und parallel dazu die bisher geöffnete Trennkupplung geschlossen, in dessen Folge nun Drehmoment über das zweite Teilgetriebe und den neuen Getriebegang geleitet wird. Auch die Betätigung der beiden Trennkupplungen erfolgt jeweils mittels eines Aktuators. Die erwähnten Aktuatoren können als Kolben-Zylinder-Anordnungen ausgebildet sein, welche bei Nutzfahrzeugen üblicherweise pneumatisch und bei Personenfahrzeugen üblicherweise hydraulisch betätigt werden.
Beim Entlüften eines Druckraumes eines pneumatischen Aktuators fällt Abluft an, welche möglichst geräuscharm an die Umgebung abgeleitet werden soll. Durch eine dafür in einem Gehäuse vorgesehene Ablassöffnung darf jedoch aus der äußeren Umgebung unter keinen Umständen Wasser und/oder Schmutz in den Aktuator eindringen, um dessen Beschädigung oder eine Fehlfunktion zu vermeiden. Darüber hinaus besteht bei tiefen Temperaturen die Gefahr von Frostschäden durch eingedrungenes Wasser, welches zu Eis gefriert und den Aktuator in dessen Funktion blockieren kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine geräuscharm arbeitende und nur wenig Einbauraum benötigende Entlüftungsanordnung zur mittelbaren Entlüftung von pneumatisch betätigbaren Kolben-Zylinder-Anordnungen vorzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einer Entlüftungsanordnung erreicht, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Demnach betrifft die Erfindung eine Entlüftungsanordnung zur Entlüftung eines Raumes eines Gehäuses, welcher mit mindestens einem Druckraum wenigstens einer Kolben-Zylinder-Anordnung pneumatisch verbindbar ist. Dieser Raum weist eine Auslassöffnung auf, in der ein Halteelement angeordnet ist. Zwischen der Auslassöffnung und dem Halteelement ist wenigstens ein Strömungskanal ausgebildet. Das Halteelement trägt radial innen eine elastische Scheibe, welche den Strömungskanal in einer Schließstellung verschließt sowie in einer Öffnungsstellung für den Durchtritt von Druckluft öffnet.
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei dieser Entlüftungsanordnung vorgesehen, dass die elastische Scheibe Schlitze aufweist, welche sich jeweils mit einem radialen Abstand von einer zentrischen Öffnung in der elastischen Scheibe beginnend radial auswärts bis zu deren radialen Außenrand erstrecken.
Durch die Schlitze ist unter anderem die Steifigkeit der elastischen Scheibe verringert, sodass diese bereits bei geringerem Überdruck in dem genannten Raum in Bezug zum Luftdruck der Außenumgebung vollständig hin zu deren Öffnungsstellung bewegt wird. Geräuschintensive, halboffene Stellungen der elastischen Scheibe werden hierbei vermieden. Durch die Schlitze ergeben sich außerdem kleinere Schwingungsamplituden der Scheibe sowie eine Verschiebung der Schwingungsfrequenzen in für das menschliche Ohr weniger störende Frequenzbereiche. Aufgrund der inneren Reibung an den die Schlitze begrenzenden Scheibenwänden ergeben sich zusätzliche Dämpfungseffekte.
Die Schlitze lassen sich fertigungstechnisch auf vorteilhafte Art und Weise gleichzeitig beispielsweise durch Ausstanzen der elastischen Scheibe aus einem geeigneten Halbzeug fertigen.
Der erwähnte Raum der Entlüftungsanordnung kann mit mehreren Kolben-Zylinder-Anordnungen beziehungsweise pneumatischen Aktuatoren fluidisch verbunden sein. Die elastische Scheibe kann zudem eine von der kreisrunden Form abweichende Geometrie aufweisen.
Gemäß einer technisch vorteilhaften Weiterbildung der Entlüftungsanordnung ist vorgesehen, dass die Schlitze über den Umfang der elastischen Scheibe gleichmäßig zueinander beabstandet ausgebildet sind und die elastische Scheibe hinsichtlich deren axialen Dicke vollständig durchsetzen. Infolgedessen ist eine hinreichend große Flexibilität der Scheibe gegeben. Beispielsweise sind drei oder mehr radial nach außen gerichtete Schlitze in die elastische Scheibe ausgebildet.
Eine andere günstige Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Schlitz zumindest an einem Erstreckungsabschnitt desselben einen nicht geradlinigen Verlauf aufweist. Hierdurch lassen sich Resonanzfrequenzen und sich im Betrieb einstellende maximale Schwingungsamplituden der elastischen Scheibe an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Die Schlitze können hierbei zumindest abschnittweise einen gewellten, mäandrierenden und/oder eckigen Verlauf aufweisen. Außerdem können die Schlitze in Umfangsrichtung ungleichmäßig verteilt beziehungsweise ungleichmäßig zueinander beabstandet sein und/oder unterschiedliche radiale Längen aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elastische Scheibe mittels deren radial innen ausgebildeten zentrischen Öffnung an dem Halteelement fixiert ist. Hierdurch ist eine einfache, vorzugsweise einrastende oder aufknöpfende und werkzeuglose Montage der elastischen Scheibe auf dem Halteelement möglich. Das Halteelement selbst ist bevorzugt mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel Schrauben oder dergleichen, im Bereich der Auslassöffnung des Raumes an einer Gehäusewand befestigt.
Außerdem wird es als vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass die elastische Scheibe im Schließzustand mit ihrem radial äußeren Radbereich an einem Dichtsitz der Auslassöffnung in Richtung zu dem erwähnten Raum mechanisch vorgespannt anliegt. Hierdurch sind die Schlitze im Schließzustand der Entlüftungsanordnung fest sowie verlässlich geschlossen, und das Eindringen von Wasser sowie von Fremdpartikeln in den genannten Raum wird zuverlässig verhindert. Durch die axiale Vorspannung der Scheibe werden jeweils gegenüberliegende Seitenwände eines Schlitzes in Umfangsrichtung beziehungsweise in tangentialer Richtung fest aneinander gepresst, wodurch eine ausgezeichnete Abdichtwirkung der Scheibe gegen das Eindringen der genannten Stoffe gegeben ist.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die elastische Scheibe derartig ausgebildet und angeordnet ist, dass diese den wenigstens einen Strömungskanal freigebend dann von dem Dichtsitz abhebt, wenn der Druck in dem erwähnten Raum mehr als 0,3 × 10⁵ Pa über dem Druck der Außenumgebung liegt. Hierdurch stellt sich der vollständige Öffnungszustand schnell sowie praktisch übergangslos ein, und Geräusche emittierende Zwischenstellungen der elastischen Scheibe werden schnell überwunden, wodurch der akustische Lärmpegel gering gehalten wird.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Schlitze die elastische Scheibe unter einem Winkel von weniger als 90° (α < 90°) in Bezug zu der Oberseite der Scheibe durchdringen, wobei die Oberseite der Scheibe in Richtung zum zu entlüftenden Raum des Gehäuses weist. Aufgrund der schräggestellten beziehungsweise in axialer Richtung der Scheibe geneigt angeordneten Schlitze ergibt sich unter anderem eine weiter verbesserte Abdichtwirkung der elastischen Scheibe, da jeweils gegenüberliegende Seitenwände der schräggestellten Schlitze eine größere Länge aufweisen als bei zur Längsachse der Scheibe parallel angeordneten Schlitzen.
Außerdem kann einen Vorteil bewirkend vorgesehen sein, dass die Schlitze an ihrem radial inneren Ende jeweils eine Geometrie aufweisen, welche mechanische Spannungen in der Scheibe gering hält. Bevorzugt weisen die Schlitze an ihrem radial einwärts gerichteten Ende hierzu jeweils einen kreisförmigen, halbovalen oder tropfenförmigen Ausschnitt auf. Infolgedessen wird die Rissbildungsneigung im Bereich des radial einwärts leigenden Endes der Schlitze verringert.
Die elastische Scheibe ist beispielswiese aus einem Gummimaterial, einem Kunststoff und/oder aus einem Metall hergestellt. Hierdurch ist eine Anpassung an unterschiedliche Drücke der abzuleitenden Luft und/oder verschiedene Umgebungseinflüsse möglich. Beispielsweise ermöglicht die Nutzung von Silikon oder einem anderen Kunststoff für die Herstellung der elastischen Scheibe einen Einsatz unter besonders korrosiven Bedingungen, während eine metallische Ausführung eine gute mechanische Belastbarkeit auch bei hohen Temperaturen aufweist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In der Zeichnung zeigt

1 einen schematischen Querschnitt durch eine die Merkmale der Erfindung aufweisende Entlüftungsanordnung in deren Schließzustand,
2 die Entlüftungsanordnung gemäß 1 in deren Öffnungszustand,
3 die elastische Scheibe gemäß 1 und 2 in einer Draufsicht, und
4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer elastischen Scheibe gemäß der Erfindung.

Ein mittels der Entlüftungsanordnung 10 zu entlüftender Raum 12 eines Gehäuses 52 ist mittels einer ersten Entlüftungsleitung 14 mit einem zu entlüftenden ersten Druckraum 16 einer pneumatisch zu betätigenden Kolben-Zylinder-Anordnung 18 pneumatisch verbindbar. Außerdem ist der Raum 12 mittels einer zweiten Entlüftungsleitung 20 mit einem zu entlüftenden zweiten Druckraum 22 der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 pneumatisch verbindbar. Die erste Entlüftungsleitung 14 weist zum Entlüften des ersten Druckraumes 16 beziehungsweise zum Herstellen der pneumatischen Verbindung mit dem Raum 12 ein erstes Ventil 24 auf. Die zweite Entlüftungsleitung 20 ist mit einem zweiten Ventil 26 versehen, mittels dem zum Entlüften des zweiten Druckraums 22 eine pneumatische Verbindung zu dem Raum 12 geschaltet werden kann. Die beiden Ventile 24, 26 sind beispielsweise als elektromagnetisch betätigbare Schaltventile oder als Überdruckventile ausgebildet.
Die Kolben-Zylinder-Anordnung 18 weist einen Kolben 32 mit einer daran angelenkten Kolbenstange 34 auf. Der Kolben 32 ist axial verschiebbar in einem Zylindergehäuse 36 aufgenommen. Durch den Kolben 32 sind die beiden Druckräume 16, 22 voneinander getrennt und gegeneinander abgedichtet. Der erste Druckraum 16 ist zum Bewegen des Kolbens 32 hin zu der in der 1 gezeigten unteren Stellung mittels einer ersten Druckleitung 42 mit Druckluft unter dem Arbeitsdruck p aus einer nicht dargestellten Druckluftquelle beaufschlagbar. Der zweite Druckraum 22 ist dagegen mittels einer zweiten Druckleitung 44 mit dieser Druckluft aus der Druckluftquelle beaufschlagbar.
In der in 1 dargestellten Position befindet sich der Kolben 32 in einer unteren Stellung im Zylindergehäuse 36, wobei der erste Druckraum 16 über die erste Druckleitung 42 mit Druckluft beaufschlagt ist. Die zweite Druckleitung 44 ist dabei drucklos, also ohne einen Luftdruck, der wesentlich über dem Druck p₂ der Außenumgebung 46 liegt. Der erste Druckraum 16 steht hier somit unter einem Arbeitsdruck p und hält den Kolben 32 bis auf weiteres in der gezeigten unteren Position. Die beiden Ventile 24, 26 befinden sich hierbei jeweils im geschlossenen Zustand, sodass der Luftdruck p₁ im Raum 12 des Gehäuses 52 nahezu dem Luftdruck p₂ der Außenumgebung 46 der Entlüftungsanordnung 10 entspricht. Bei der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 kann es sich beispielsweise um einen im Bedarfsfall zu entlüftenden pneumatischen Aktuator eines automatisierten Schaltgetriebes oder dergleichen handeln. An den Raum 12 der Entlüftungsanordnung 10 können auch mehrere derartige Kolben-Zylinder-Anordnungen 18 angeschlossen sein.
Das Gehäuse 52 weist den erwähnten Raum 12 auf, welcher über eine Auslassöffnung 64 mit der Außenumgebung 46 pneumatisch verbindbar ist. Das Gehäuse 52 selbst ist zumindest abschnittweise rotationssymmetrisch zu seiner geometrischen Längsachse 54 ausgebildet. Zum reversiblen Öffnen und Verschließen der nach Art einer Stufenbohrung ausgebildeten Auslassöffnung 64 ist im Bereich dieser Auslassöffnung 64 eine angenähert kreisringförmige elastische Scheibe 60 angeordnet, welche dort an einem Halteelement 62 fixiert ist. Die Auslassöffnung 64 weist einen Dichtsitz 70 in Form einer Dichtschulter zum abdichtenden Anlegen der zum Raum 12 weisenden Oberseite 120 eines radialen Außenrandes 96 der flexiblen Scheibe 60 auf. Zwischen dem Halteelement 62 und dem Gehäuse 52 ist ein Dichtelement 72 in der Form eines O-Rings angeordnet. Das Halteelement 62 ist mittels nicht dargestellter Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben oder dergleichen, im Bereich der Auslassöffnung 64 an dem Gehäuse 52 fixiert.
Das hier nur exemplarisch in Bezug zur Längsachse 54 in etwa rotationssymmetrisch ausgebildete Halteelement 62 ist ungefähr topfförmig ausgebildet und weist im Bereich seines Bodens 74 einen in Richtung zum Raum 12 weisenden dornartigen Dom 76 auf. Die elastische Scheibe 60 weist eine zentrische Öffnung 80 auf, mittels der die elastische Scheibe 60 auf dem Dom 76 vorzugsweise einrastend oder angeknöpft fixiert ist. Um einen zuverlässigen Sitz der elastischen Scheibe 60 auf dem Dom 76 des Halteelements 62 zu gewährleisten, weist dieser hierzu einen umlaufenden, wulstartigen und radial nach außen gerichteten Vorsprung 82 auf, welcher die elastische Scheibe 60 geringfügig im Bereich der zentrischen Öffnung 80 der Scheibe 60 radial übergreift.
Die Auslassöffnung 64 und das Halteelement 62 bilden in diesem Ausführungsbeispiel zusammen mehrere umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandete Durchgangsöffnungen aus, von denen lediglich zwei Durchgangsöffnungen 88, 90 in den 1 und 2 zeichnerisch dargestellt sind. In dem in 1 gezeigten Schließzustand der Entlüftungsanordnung 10 liegt der radiale Randbereich 96 der elastischen Scheibe 60 an dem umlaufenden Dichtsitz 70 der Auslassöffnung 64 an, sodass keine Luft aus dem Raum 12 des Gehäuses 52 über die Durchgangsöffnungen 88, 90 in die Außenumgebung 46 strömen kann.
Erst dann, wenn der Druck p₁ der Luft in dem Raum 12 um zum Beispiel mindestens 0,3 × 10⁵ Pa ist höher als der Druck p₂ der Luft in der Außenumgebung 46, hebt sich der umlaufende Randbereich 96 der elastischen Scheibe 60 von dem Dichtsitz 70 des Gehäuse 52 nahezu schlagartig ab, sodass sich die Entlüftungsanordnung 10 in deren Öffnungsstellung befindet. In dieser Öffnungsstellung kann Luft aus dem Raum 12 des Gehäuses 52 über die Durchgangsöffnungen 88, 90 bis in die Außenumgebung 46 gelangen, ohne dass die Scheibe in der Luftströmung flattert (siehe 2).
Die elastische Scheibe 60 weist mehrere in Bezug zur Längsachse 54 radial auswärts gerichtete Schlitze auf, von denen wegen der gewählten Schnittebene der 1 und 2 hier lediglich zwei Schlitze S₁, S₉ repräsentativ für alle übrigen Schlitze erkennbar sind. Diese Schlitze S₁, S₉, sowie alle weiteren, hier nicht erkennbaren Schlitze, erstrecken sich gemäß den 1 bis 4 beginnend mit einem radialen Abstand A von der zentrischen Öffnung 80 der elastischen Scheibe 60 bis zu deren radialen Außenrand 98. Die Schlitze S₁, S₉ der elastischen Scheibe 60 durchdringen diese und sind durch jeweils zwei gegenüberliegende Wände der Scheibe 60 begrenzt, von denen in den 1 und 2 lediglich zwei Wände der beiden Schlitze S₁, S₉ ohne ihr jeweiliges Gegenüber dargestellt sind. Hierbei ist zu beachten, dass die Schnittebene der 1 und 2 durch die Entlüftungsanordnung 10 zwischen den Schlitzwänden der beiden Schlitze S₁ und S₉ verläuft. Daher sind repräsentativ für alle übrigen Schlitzwände nur zwei Schlitzwände 100, 102 erkennbar und bezeichnet. Die Schlitze durchsetzen die elastische Scheibe 60 dabei erkennbar hinsichtlich deren Dicke D vollständig in axialer Richtung.
Die elastische Scheibe 60 ist in ihren mechanischen Eigenschaften durch die radialen Schlitze S₁,...,S₁₆ schwingungstechnisch derart verstimmt, dass die bei bekannten Ausführungsformen von Entlüftungsmembranen oder bekannten elastischen Dichtscheiben auftretenden Geräusche beim Entlüftungsvorgang reduziert oder sogar ganz vermieden werden. Diese Wirkung liegt daran, dass die Steifigkeit der elastischen Scheibe 60 durch die Ausbildung der Schlitze verringert ist und sich in deren Folge die Amplituden von Störgeräuschen reduziert werden. Darüber hinaus sind Resonanzfrequenzen der elastischen Scheibe 60 in einen für das menschliche Ohr als weniger unangenehm empfundenen Bereich verschoben. Außerdem führen innere Reibungseffekte in den Schlitzen beziehungsweise Reibungseffekte der aneinander liegenden Wände eines jeden Schlitzes zu einem akustischen Dämpfungseffekt.
Der Begriff „Schlitz“ definiert im Kontext der hier vorliegenden Beschreibung einen länglichen Einschnitt in die elastische Scheibe 60, dessen einander gegenüberliegende Schlitzwände zwar stofflich voneinander getrennt sind, die aber gleichwohl zumindest bereichsweise aneinander liegen, also im Idealfall ohne Abstand zueinander parallel verlaufen. Alternativ dazu können die gegenüberliegenden Schlitzwände auch in einem, wenn auch sehr geringen Abstand parallel zueinander verlaufen. Dieser Wandabstand ist jedoch so gering bemessen, dass keine Flüssigkeiten, wie etwa Wasser, keine Gase, wie etwa Luft, oder keine Fremdpartikel aus der Außenumgebung 46 in einem nennenswerten Umfang bis in den Raum 12 der Entlüftungsanordnung 10 gelangen können.
Darüber hinaus hängt eine Größe des Abstands der die Schlitze S₁,...,S₁₆ begrenzenden Wände 100, 102 von dem genutzten Fertigungsverfahren zur Erzeugung der Schlitze ab. Materialverdrängende Verfahren, wie zum Beispiel Schneiden oder Stanzen gestatten die Fertigung von Schlitzen mit Wandabständen von Null zwischen den jeweils gegenüberliegenden Wänden, während materialabtragende Verfahren, wie Sägen, Wasserstrahlschneiden, Hitzdrahtschneiden oder Laserstrahlschneiden die Erzeugung von Schlitzen nur mit einem, wenn auch sehr kleinen Wandabstand erlauben. Darüber hinaus hängt das anwendbare Fertigungsverfahren zur Herstellung der Schlitze auch vom Material der elastischen Scheibe 60 ab, die bevorzugt aus einem gummielastischen Material oder mit einem Kunststoff und/oder mit Metall hergestellt ist. Bei einer Herstellung der elastischen Scheibe mittels eines Spritzgießverfahrens sind aufgrund der einzusetzenden Spritzgusskerne ebenfalls nur Wandabstände der Schlitze von größer Null realisierbar. Erfolgt eine Fertigung der elastischen Scheibe 60 beispielsweise durch das Ausstanzen aus einem plattenförmigen Halbzeug, können die Schlitze zeitgleich mit der Konturierung der elastischen Scheibe 60 gefertigt werden, sodass die Fertigungskosten vergleichsweise gering sind.
In dem hier dargestellten Schließzustand der elastischen Scheibe 60 steht diese unter einer axialen Vorspannung in Richtung zum Raum 12 des Gehäuses 52 der Entlüftungsanordnung 10, wodurch jeweils zwei gegenüberliegende Wände eines jeden Schlitzes S₁,...,S₁₆ in Umfangsrichtung mit einer definierten Kraft aneinander gepresst beziehungsweise zur gegenseitige Anlage gebracht sind. Infolgedessen sind die Schlitze S₁,...,S₁₆ in dieser Betätigungsstellung tangential geringfügig zusammengedrückt und eine zuverlässige Abdichtwirkung ist gewährleistet.
Die 2 zeigt die Entlüftungsanordnung gemäß 1 in einem Öffnungszustand. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 18 ist demnach als ein pneumatischer Aktuator ausgebildet, welche in beide axiale Richtungen betätigbar ist. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 18 umfasst wie erwähnt das Zylindergehäuse 36 sowie den Kolben 32 mit der Kolbenstange 34 auf, wobei der Kolben 32 den ersten Druckraum 16 abdichtend von dem zweiten Druckraum 22 trennt. An das Zylindergehäuse 36 sind stirnseitig gegenüberliegend die beiden Druckleitungen 42, 44 und die beiden Entlüftungsleitungen 14, 20 angeschlossen. Die Entlüftungsleitungen 14, 20 führen über jeweils ein Ventil 24, 26 in den bedarfsweise zu entlüftenden Raum 12 des Gehäuses 52 der Entlüftungsanordnung 10. In der mehrfach gestuften Auslassöffnung 64 des Gehäuses 52 ist die elastische Scheibe 60 wie schon erwähnt mittels des Halteelements 62 befestigt, wobei zwischen dem Halteelement 62 und dem Gehäuse 52 ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 72 angeordnet ist. Die elastische Scheibe 60 weist eine Vielzahl von Schlitzen S₁,...,S₁₆ auf, von denen lediglich die beiden Schlitze S₁ und S₉ sichtbar sind. Die Auslassöffnung 64, das Halteelement 62 mit der daran befestigten elastischen Scheibe 60 sowie das Dichtelement 72 sind wie geschildert im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Längsachse 54 des Gehäuses 52 ausgebildet.
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten ersten Betriebssituation wurde in der in 2 dargestellten zweiten Betriebssituation das erste Ventil 24 in der ersten Entlüftungsleitung 14 geöffnet und das zweite Ventil 26 in der zweiten Entlüftungsleitung 20 geschlossen. Sogleich wurde der zweite Druckraum 22 der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 über die zweite Druckleitung 44 mit Druckluft beaufschlagt, welche den Arbeitsdruck p aufweist. Im ersten Druckraum 16 der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 herrscht dabei anfänglich ebenfalls der Arbeitsdruck p oder ein etwas darunter liegender Luftdruck. Wegen des Arbeitsdrucks p im zweiten Druckraum 22 der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 und dem geöffneten ersten Ventil 24 wird der Kolben 32 in Richtung des Pfeils 108 bis in seine obere Stellung verschoben. Dabei wird Luft aus dem ersten Druckraum 16 herausgetrieben, welche dadurch über die erste Entlüftungsleitung 14 und das erste Ventil 26 in den Raum 12 des Gehäuses 52 der Entlüftungsanordnung 10 befördert wird.
Erreicht der Druck p₁ der Luft im Raum 12 einen Wert, der um beispielsweise mindestens 0,3 × 10⁵ Pa über dem Druck p₂ der Außenumgebung 46 liegt, so hebt sich der Randbereich 96 der elastischen Scheibe 60 von dem umlaufenden Dichtsitz 70 der Auslassöffnung 64 52 ab, und die im zu entlüftenden Raum 12 befindliche Luft kann, wie mit den beiden Pfeilen 110, 112 veranschaulicht ist, über die beiden Durchgangsöffnungen 88, 90 sowie weitere hier nicht sichtbare Durchgangsöffnungen in die Außenumgebung 46 abströmen. Damit ist der Öffnungszustand der Entlüftungsanordnung 10 erreicht. In diesem Öffnungszustand der Entlüftungsanordnung 10 ist ein Eindringen von Flüssigkeit und/oder Fremdpartikeln in den Raum 12 aufgrund der in Richtung der Pfeile 110, 112 aus dem Raum 12 heraus verlaufenden Luftströmung bei einer kurzzeitig vom Dichtsitz 70 abgehobenen elastischen Scheibe 60 sicher ausgeschlossen.
Der anfänglich im ersten Druckraum 16 der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 anstehende Arbeitsdruck p wird im Zuge dieses Vorgangs abgebaut und der Kolben 32 kann in Richtung des Pfeils 108 weiter bis in seine obere Stellung geschoben werden, welche mit einer punktierten Umrissdarstellung angedeutet ist. In der oberen Stellung des Kolbens 32 reduziert sich die Druckdifferenz zwischen dem Raum 12 und der Außenumgebung 46 so weit, dass die mit den Pfeilen 110, 112 angedeutete Luftströmung versiegt und der Randbereich 96 der elastischen Scheibe 60 aufgrund der in der Scheibe 60 herrschenden mechanischen Vorspannung wieder zur Anlage an den Dichtsitz 70 der Auslassöffnung 64 gelangt. Hiernach befindet sich die Entlüftungsanordnung 10 erneut in deren Schließzustand, womit der Entlüftungsvorgang der Kolben-Zylinder-Anordnung 18 beendet ist. Die axiale Position des Kolbens 32 gemäß 2 bleibt solange bestehen, bis mithilfe der Druckleitungen 42, 44 und der Ventile 24, 26 die Druckverhältnisse im Zylindergehäuse 32 gemäß 1 wieder hergestellt werden und sich der Kolben 32 erneut in seine untere Position verschiebt.
Die 3 zeigt die elastische Scheibe 60 gemäß den 1 und 2 in einer axialen Draufsicht. Hierdurch ist gut erkennbar, dass die elastische Scheibe 60 im Wesentlichen kreisringförmig und rotationssymmetrisch zu deren geometrischen Längsachse 54 ausgebildet ist. Die zentrisch angeordnete und kreisrund ausgebildete Öffnung 80 der elastischen Scheibe 60 weist einen Innenradius R_I auf. Die elastische Scheibe 60 weist ferner einen Außenradius R_A auf. Die radiale Breite B₁ zwischen dem Außenrand 98 der elastischen Scheibe 60 und deren zentrischer Öffnung 80 ist in etwa doppelt so groß bemessen wie der Abstand A, ab dem sich die radialen Schlitze S₁,...,S₁₆ bis zum Außenrand 98 der Scheibe 60 erstrecken. Die radiale Breite B₁ ist darüber hinaus gleich der Differenz zwischen dem äußeren Radius R_A der Scheibe 60 und dem inneren Radius R_I der zentrischen Öffnung 80.
Die elastische Scheibe 60 weist hier nur beispielhaft sechszehn Schlitze S₁,...,S₁₆ auf, welche jeweils strahlenförmig radial auswärts gerichtet und mit gleichen Abständen zueinander über den Umfang der Scheibe 60 verteilt angeordnet sind. Die Schlitze S₁,...,S₁₆ erstrecken sich jeweils beginnend mit einem radialen Abstand A von der zentrischen Öffnung 80 bis hin zu dem Außenrand 98 der elastischen Scheibe 60.
Die Schlitze S₁,...,S₁₆ weisen vorzugsweise jeweils eine Breite B₂ auf, welche zwischen Null oder einem gerade so großen Wert liegt, dass die notwendige Abdichtwirkung der elastischen Scheibe 60 unter allen Betriebsbedingungen zuverlässig gewährleistet ist. Zwischen jeweils zwei umfangsseitig unmittelbar benachbarten Schlitzen S₁,S₂; S₂,S₃; S₃,S₄; bis S₁, S₁₆ ist jeweils ein näherungsweise tortenstückartiger Flächensektor F₁,...,F₁₆.ausgebildet.
Abweichend von der Darstellung der 3 können die Schlitze S₁,...,S₁₆ auch asymmetrisch über den Umfang der elastischen Scheibe 60 verteilt ausgebildet und zumindest abschnittweise einen nicht geradlinigen Verlauf aufweisen. Infolge der in diesem Fall unterschiedlichen umfangsseitigen Breite der einzelnen Flächensektoren F₁,...,F₁₆ lassen sich verschiedene Öffnungscharakteristiken und damit auch voneinander abweichende Geräuschverhalten der elastischen Scheibe 60 beim Entlüftungsvorgang realisieren.
Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer elastischen Scheibe 130 mit den Merkmalen der Erfindung. Auch diese elastische Scheibe 130 ist kreisringförmig und rotationssymmetrisch zu deren geometrischen Längsachse 54 ausgebildet. Sie weist eine zentrische und hier nur beispielhaft kreisrunde Öffnung 132 sowie einen radialen Außenrand 134 auf. An ihrem Außenrand 134 weist die Scheibe 130 erkennbar eine umlaufende Fase auf, wodurch der Außenrand 134 der Scheibe 130 in Richtung zur Oberseite 142 der Scheibe 130 abgeschrägt ausgebildet ist. Diese Oberseite 142 der Scheibe 130 weist in deren montiertem Zustand hin zu dem zu entlüftenden Raum 12 des Gehäuses 52. Weiter weist die Scheibe 130 eine axiale Dicke D auf, welche materialabhängig bestimmt ist.
Die elastische Scheibe 130 gemäß 4 weist ebenfalls sechzehn Schlitze N₁,...,N₁₆ auf, welche jeweils sich jeweils radial erstrecken und über den Umfang der Scheibe 130 gleichmäßig zueinander angeordnet sind. Die Schlitze N₁,...,N₁₆ erstrecken sich jeweils beginnend mit einem Abstand A von der zentrischen Öffnung 132 radial bis zum Außenrand 134 der elastischen Scheibe 130. Auch diese Schlitze N₁,...,N₁₆ durchsetzen die elastische Scheibe 130 in axialer Richtung deutlich erkennbar über deren gesamte Dicke D.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform der elastischen Scheibe 60 gemäß den 1 bis 3 sind die Schlitze N₁,...,N₁₆ der Scheibe 130 gemäß 4 in Bezug zu der Oberseite 142 der elastischen Scheibe 130 jeweils um einen Winkel α, der kleiner als 90° ist, schräggestellt beziehungsweise geneigt ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel α etwa 60°. Infolgedessen ergibt sich im Vergleich zu der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 eine vergrößerte axiale Länge L der Schlitze N₁,...,N₁₆ beziehungsweise der jeweils gegenüberliegenden und in Kontakt miteinander befindlichen Wände der Schlitze N₁,...,N₁₆. Hierdurch ist eine weiter verbesserte Abdichtwirkung der elastischen Scheibe 130 erreicht, denn ein einfaches axiales Durchdringen der Schlitze N₁,...,N₁₆ in Richtung zum Raum 12 des Gehäuses 52 ist dadurch nicht möglich.
Darüber hinaus weist die Scheibe 130 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 eine verringerte Elastizität auf. Sie ist also steifer. In dessen Folge hebt die Scheibe 130 erst bei einem vergleichsweise hohen Druck im Raum 12 von dem Dichtsitz 70 ab und behält demnach ihre Abdichtungsfunktion länger bei. Dies liegt daran, dass sich die jeweils gegenüberliegenden Schlitzwände der Schlitze N₁,...,N₁₆ aufgrund deren geneigten Ausbildung in axialer Richtung weniger leicht gegeneinander bewegen können, in dessen Folge die axiale Bewegung zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Flächensektoren G₁, G₂; G₂, G₃, G₃, G₄; G₁ bis G₁₆ erschwert ist.
Ein weiterer Unterschied im Vergleich zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Schlitze N₁,...,N₁₆ an ihrem radial einwärts gerichteten Ende jeweils eine geeignete, mechanische Spannungen reduzierende Geometrie aufweisen. Von den in der 4 dargestellten radial einwärts gerichteten Enden der Schlitze N₁,...,N₁₆ sind der besseren zeichnerischen Übersicht halber lediglich zwei dieser Enden 144, 146 der gegenüberliegenden Schlitze N₁, N₉ mit deren etwaige mechanische Spannungen reduzierende Geometrien 148, 150 repräsentativ für alle Übrigen bezeichnet.
Diese radial innen, endseitig ausgebildeten Geometrien 148, 150 sind hier lediglich exemplarisch als zylindrische, die elastische Scheibe 130 axial vollständig durchsetzende Durchbrüche ausgebildet. Der Durchmesser dieser Durchbrüche ist hierbei jeweils größer bemessen als die Breite B₂ der Schlitze N₁,...,N₁₆. Die radial innen endseitige Geometrie der jeweiligen Schlitze N₁,...,N₁₆ kann abweichend von der hier lediglich beispielhaft gezeigten zylindrischen Form auch eine andere kantenfreie, beispielsweise elliptische, ovale oder tropfenförmige Geometrie aufweisen.
Bezugszeichenliste

10: Entlüftungsanordnung
12: Raum des Gehäuses 52
14: Erste Entlüftungsleitung
16: Erster Druckraum
18: Kolben-Zylinder-Anordnung, pneumatischer Aktuator
20: Zweite Entlüftungsleitung
22: Zweiter Druckraum
24: Erstes Ventil
26: Zweites Ventil
32: Kolben
34: Kolbenstange
36: Zylindergehäuse
42: Erste Druckleitung
44: Zweite Druckleitung
46: Außenumgebung
52: Gehäuse der Entlüftungsanordnung
54: Längsachse des Gehäuses
60: Elastische Scheibe
62: Halteelement
64: Auslassöffnung
70: Dichtsitz am Gehäuse
72: Dichtelement, O-Ring
74: Boden des Halteelements
76: Dom des Halteelements
80: Zentrische Öffnung in der elastischen Scheibe
82: Radialer Vorsprung am Halteelement
88: Erster Strömungskanal
90: Zweiter Strömungskanal
96: Radial äußerer Randbereich der elastischen Scheibe
98: Außenrand der elastischen Scheibe
100: Erste Wand eines Schlitzes
102: Zweite Wand eines Schlitzes
108: Erster Pfeil
110: Zweiter Pfeil
112: Dritter Pfeil
120: Oberseite der elastischen Scheibe 60
130: Elastische Scheibe (2. Ausführungsform)
132: Zentrische Öffnung in der Scheibe 130
134: Außenrand der Scheibe 130
142: Oberseite der Scheibe 130
144: Radial inneres Ende eines ersten Schlitzes
146: Radial inneres Ende eines zweiten Schlitzes
148: Spannungsreduzierende Geometrie am Ende des Schlitzes N₁
150: Spannungsreduzierende Geometrie am Ende des Schlitzes N₉
A: Strecke zwischen der Öffnung bis zum inneren Ende eines Schlitzes
B1: Breite von der zentrischen Öffnung 80 bis zum Außenrand 98 der Scheibe
B2: Breite eines Schlitzes
D: Axiale Dicke der Scheibe
L: Axiale Länge eines Schlitzes
p: Arbeitsdruck
p1: Druck im Raum 12
p2: Druck der Außenumgebung
RA: Außenradius der elastischen Scheibe
RI: Innenradius der zentrischen Öffnung
F1,...,F16: Erste Flächensektoren der elastischen Scheibe
G1,...,F16: Zweite Flächensektoren der elastischen Scheibe
S1,...,S16: Senkrechte Schlitze in der elastischen Scheibe 60
N1,...,N16: Geneigte Schlitze in der elastischen Scheibe 130
α: Winkel, unter dem sich ein Schlitz in der Scheibe erstreckt

Claims

Entlüftungsanordnung (10) zur Entlüftung eines Raumes (12) eines Gehäuses (52), welcher mit mindestens einem Druckraum (16, 22) wenigstens einer Kolben-Zylinder-Anordnung (18) pneumatisch verbindbar ist, wobei der Raum (12) eine Auslassöffnung (64) aufweist, in welcher ein Halteelement (62) angeordnet ist, wobei zwischen der Auslassöffnung (64) und dem Halteelement (62) wenigstens ein Strömungskanal (88, 90) ausgebildet ist, wobei das Halteelement (62) radial innen eine elastische Scheibe (60, 130) trägt, und wobei die elastische Scheibe (60, 130) den Strömungskanal (88, 90) in einer Schließstellung verschließt sowie in einer Öffnungsstellung für den Durchtritt von Druckluft öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Scheibe (60, 130) Schlitze (S₁,...,S₁₆; N₁,...,N₁₆) aufweist, welche sich jeweils beginnend mit einem radialen Abstand (A) von einer zentrischen Öffnung (80, 132) der elastischen Scheibe (60, 130) radial auswärts bis zu deren radialen Außenrand (98, 134) erstrecken.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (S₁,...,S₁₆; N₁,...,N₁₆) über den Umfang der elastischen Scheibe (60, 130) gleichmäßig zueinander beabstandet ausgebildet sind und die elastische Scheibe (60, 130) hinsichtlich deren axialen Dicke (D) vollständig durchsetzen.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schlitz (S₁,...,S₁₆, N₁,...,N₁₆) zumindest an einem Erstreckungsabschnitt einen nicht geradlinigen Verlauf aufweist.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Scheibe (60, 130) mittels deren radial innen ausgebildeten zentrischen Öffnung (80, 132) an dem Halteelement (62) fixiert ist.
Entlüftungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Scheibe (60, 130) im Schließzustand mit ihrem radial äußeren Radbereich (98) an einem Dichtsitz (70) der Auslassöffnung (64) in Richtung zum Raum (12) vorgespannt anliegt.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Scheibe (60, 130) derartig ausgebildet und angeordnet ist, dass diese den wenigstens einen Strömungskanal (88, 90) frei gebend dann von dem Dichtsitz (70) abhebt, wenn der Druck in dem Raum (12) mehr als 0,3 × 10⁵ Pa über dem Druck (p₂) der Außenumgebung (46) liegt.
Entlüftungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Schlitze (N₁,...,N₁₆) die elastische Scheibe (130) unter einem Winkel von weniger als 90° (α < 90°) in Bezug zu deren Oberseite (142) durchdringen, wobei die Oberseite (142) der Scheibe (130) in Richtung zum Raum (12) der Entlüftungsanordnung (10) weist.
Entlüftungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (S₁,...,S₁₆; N₁,...,N₁₆) an ihrem radial inneren Ende (144, 146) jeweils eine mechanische Spannungen reduzierende Geometrie (148, 150) aufweisen.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (S₁,...,S₁₆, N₁,...,N₁₆) an ihrem radial inneren Ende (144, 146) jeweils eine kreisförmige, halbovale oder tropfenförmige Geometrie aufweisen.
Entlüftungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Scheibe (60, 130) aus einem Gummimaterial, einem Kunststoff und/oder einem Metall besteht.