Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Gas aus einem in einem

Reservoir bevorrateten Medium

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Gas aus einem in einem Reservoir bevorrateten Medium, wobei gasangereichertes Medium aus dem Reservoir in eine medienführend mit dem Reservoir verbundene Separiereinrichtung geführt wird, wobei in der Separiereinrichtung ein Un- terdruck gegenüber dem Reservoir herrscht, und wobei das in der Separiereinrichtung aus dem Medium entwichene Gas aus der Separiereinrichtung führbar ist.

Eine Anreicherung von Gas in einem Medium, wie von Luft in Hydrauliköl, kann beispielsweise in einem Hydraulikkreislauf mitunter zu einer Beeinträchtigung von sicherheitsrelevanten Komponenten und deren Funktionen führen. Luft kann die Steifigkeit hydraulischer Antriebe und unter Umständen auch die Funktionsfähigkeit von Ventilen verringern. Bislang ist Luft aus Hydrauliköl hauptsächlich dadurch abgetrennt bzw. abgeschieden worden, dass das Hydrauliköl mit einer längeren Verweilzeit im Tank belassen worden ist, so dass Luft aus dem Hydrauliköl entweichen kann. Mit zunehmend kürzeren Verweilzeiten im Vorratstank und reduzierten Tankvolumina bis hin zum vollständigen Entfall eines Vorratstanks wird nunmehr eine Teilmenge des Mediums zur Abtrennung von Gas in eine typischerweise mit Vakuumdruck beaufschlagte Separiereinrichtung geführt. Nach Entweichen des Gases aus dem Medium wird das abgetrennte Gas aus der Separiereinrichtung und in der Regel vollständig aus dem Hydraulikkreislauf geführt. Eine gemäß dem Verfahren der eingangs genannten Art betreibbare Vorrichtung zum Trennen von Fluidgemischen ist aus DE 101 29 100 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist einen mehrere Teilräume aufweisenden Vakuumbehälter auf, wobei mindestens eine flüssige Komponente des Fluidgemisches nach seiner Auftrennung aus dem Vakuumbehälter mittels einer Fördereinrichtung abtransportierbar ist und die jeweils anderen Komponenten mittels einer Vakuumpumpe aus dem Vakuumbehälter gas- und/oder dampfförmig absaugbar sind. Zur erleichterten Auftrennung des Fluidgemisches ist einer der Teilräume des Vakuumbehälters mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet. Der Unterdruck bzw. das Vakuum im Vakuumbehälter wird durch eine gesonderte Vakuumpumpe eingestellt. Hinsichtlich des Einbaus in kleine Einbauräume lässt die bekannte Lösung noch Wünsche offen.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Verfahren zur Abtrennung von Gas aus einem in einem Reservoir bevorrateten Medium in einfacher, bauraumsparender, und wenige Komponenten erfordernder Weise durchzuführen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in seiner Gesamtheit. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Unterdruck in der Separiereinrichtung dadurch erzeugt wird, dass gasreduziertes Medium von der Separiereinrich- tung zum Reservoir und entsprechend einem einstellbaren Differenzdruck zwischen dem Reservoir und der Separiereinrichtung gasangereichertes Medium vom Reservoir zur Separiereinrichtung geführt wird. Auf diese Weise kann eine separate, den Unterdruck in der Separiereinrichtung erzeugende Pumpe entfallen. In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Medium abwechselnd von der Separiereinrichtung zum Reservoir zur Erzeugung des Unterdruckes in der Separiereinrichtung und vom Reservoir zur Separiereinrichtung zum Austrag von Gas aus der Separiereinrichtung ge- führt. In einem ersten Abschnitt wird weitestgehend gasfreies Medium von der Separiereinrichtung zum Reservoir geführt. Entsprechend der aus der Separiereinrichtung entnommenen Teilmenge an Medium wird der dort herrschende Druck reduziert und ein Unterdruck erzeugt. In einem zweiten Abschnitt, der sich unmittelbar oder nach einer vorgebbaren Zeit an den ersten Abschnitt anschließt, wird mit Gas angereichertes Medium vom Reservoir zur Separiereinrichtung geführt und der dortige Füllstand an Medium erhöht, so dass das aus dem Medium entwichene Gas, in einem Teilvolumen der Separiereinrichtung oberhalb des Mediums gesammeltes Gas komprimiert und bei einem einen vorgebbaren Gasdifferenzdruck über- schreitenden Gasüberdruck aus der Separiereinrichtung geführt wird. An den zweiten Abschnitt schließt sich mit Verzögerung oder unmittelbar wieder der erste Abschnitt an, wodurch der Zyklus geschlossen ist. In dieser Variante kann das erfindungsgemäße Verfahren bei schnellen Wechselzeiten unter Beachtung der Aufstiegszeit quasi-kontinuierlich durchgeführt werden.

Vorteilhafterweise erfolgt die Überführung von Medium zwischen dem Reservoir und der Separiereinrichtung mittels einer Transfereinrichtung, wie einer Pumpe. Die Pumpe kann als Konstantpumpe, insbesondere als Zahn- radpumpe, ausgebildet sein. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich bei Verwendung einer einzigen reversi erbaren Pumpe zum Medientransport zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir. Alternativ kann die Umkehrung der Förderrichtung auch durch den Einsatz einer geeigneten Ventilschaltung erfolgen. Es können jedoch auch zwei, einer jeweiligen Transport- bzw. Förderrichtung zugeordnete Pumpen vorgesehen sein. An- dere Transfereinrichtungen, wie mit Ventilen verschaltete Arbeitszylinder, sind ebenfalls einsetzbar.

Besonders bevorzugt wechselt die Pumpe zeitgesteuert zwischen einer ers- ten Richtung zur Überführung von Medium von der Separiereinrichtung zum Reservoir und einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung zur Überführung von Medium vom Reservoir zur Separiereinrichtung. Bei einer derartigen zeitgesteuerten Richtungsumkehr kann jegliche Sensorik zur Messung der Füllstandshöhe des Mediums in der Separierein- richtung und/oder im Reservoir entfallen. Eine zeitgesteuerte Befüllung kann auch durch geeignete Ventilschaltung nebst einer entsprechenden Ansteuerung erfolgen. Eine Füllstandserfassung ist ebenfalls möglich. Eine andere Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Richtungsumkehr über eine Messung der Füllstandshöhe bei Überschreiten eines bestimmten Füll- Stands in die Wege geleitet wird.

Weiter ist es vorteilhaft, dass der bevorzugt 0,5 bar betragende Differenzdruck zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir über ein Druckbegrenzungsventil oder Druckregelventil eingestellt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei Erzeugung eines Unterdrucks in der Separiereinrichtung durch Entnahme von Medium eine bestimmte Menge an gasangereichertem Medium vom Reservoir in die Separiereinrichtung geführt wird, wo dann das Gas aus dem Medium entweichen kann. Zweckmäßigerweise sind die Anschlussstelle zur Entnahme von gasreduziertem Medium in einem unteren Bereich der Separiereinrichtung und die Anschlussstelle zur Zuführung von gasangereichertem Medium über das Druckbegrenzungsventil in einem oberen Bereich der Separiereinrichtung angeordnet. Beim Entweichen von Gas aus dem in der Separiereinrichtung enthaltenen, dort weitestgehend ruhenden Medium wandern Gasbläschen im Medium„naturgemäß" von unten nach oben und entweichen an einer oberen Grenzfläche aus dem Medium. In einem sich an die Grenzfläche anschließenden Teilvolumen der Separiereinrichtung wird das aus dem Medium entwichene Gas gesammelt und aus der Separiereinrichtung geführt. In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der Separiereinrichtung aus dem Medium entwichene und gesammelte Gas zurück in das Reservoir geführt. Hierfür kann ein weiteres Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, mittels dessen der bevorzugt 0,3 bar betragende Gasdifferenzdruck zwischen der Separiereinrichtung und dem Reservoir eingestellt wird. Das weitere Druckbegrenzungsventil ist zweckmäßigerweise an das das gesammelte Gas enthaltende Teilvolumen der Separiereinrichtung angeschlossen, aus welchem bei den Gasdifferenzdruck übersteigendem Gasüberdruck Gas in ein ebenfalls Gas enthaltendes Teilvolumen des Reservoirs überführt wird.

Die Erfindung umfasst weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend eine medienführend mit einem Reservoir für Medium verbindbare Separiereinrichtung und Mittel, insbesondere eine Pumpe, zur Überführung von Medium zwischen der Separierein- richtung und dem Reservoir. Das Reservoir kann ein Tank oder eine fluid- führende Leitung sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reservoir integraler Bestandteil der Vorrichtung. Die Separier- einrichtung und das Reservoir sind vorteilhafterweise einstückig, insbesondere als Kunststoffteil gefertigt. Auf diese Weise wird ein in einfacher Weise herstellbarer, kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht. Zur Einstellung einer definierten Druckdifferenz zwischen dem Reservoir und der Separiereinrichtung ist zweckmäßigerweise ein Druckbe- grenzungsventil oder Druckregel ventil vorgesehen. Sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung führen zu einer Reduzierung der zur Abtrennung von Gas aus dem Medium benötigten Zeit sowie zu einer Reduzierung des Konstruktionsaufwandes zur Realisierung der Gasabtrennung. Durch den Einsatz einer zeitgesteuert im Wechselbetrieb betriebenen, in jeweils einer Medien- transportrichtung betreibbaren Pumpe werden nur wenige Komponenten benötigt und dadurch insbesondere die Störanfälligkeit reduziert. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit mit einer konventionellen Pumpe nebst Ventilschaltung die erfindungsgemäße Lösung zu verwirklichen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht sein. Es zeigt: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Reservoir und einer Separiereinrichtung zur Veranschaulichung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; eine perspektivische Ansicht eines Torus zur Veranschaulichung der Ausbildung eines Reservoirs in einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung; einen Längsschnitt durch ein als Doppeltank ausgeführtes zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich tung; einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Fig. 3a; Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Separiereinrichtung 10 und ein Reservoir 12, welche über eine erste Leitung 14, eine zweite Leitung 16 und eine dritte Leitung 18 medienführend miteinander verbunden sind. In beiden Behältern, der Separiereinrichtung 10 und dem Reservoir 12, ist flüssiges Medium 20 eingefüllt und das jeweils verbleibende, in der Figur oben gezeigte Teilvolumen 24a, 24b mit Gas 22 befüllt. Die mit Gas gefüllten Teilvolumina 24a, 24b der Separiereinrichtung 10 und des Reservoirs 12 sind über die erste Leitung 14 gasführend miteinander verbunden. Durch ein in der ersten Leitung 14 angeordnetes weiteres Druckbegrenzungsventil 26c ist eingestellt, dass bei einem einen Gasdifferenzdruck von 0,3 bar übersteigenden Gasüberdruck im Teilvolumen 24a der Separiereinrichtung 10 Gas 22 in das Teilvolumen 24b des Reservoirs 12 überführt wird. Im sich im jeweili- gen Behältnis unterhalb der jeweiligen Füllstandsgrenze anschließenden Bereich ist gasangereichertes Medium 20 enthalten und die zweite Leitung 16 zwischen den beiden Behältern, der Separiereinrichtung 10 und dem Reservoir 12 vorgesehen. Durch ein in der zweiten Leitung 16 vorgesehenes Druckbegrenzungsventil 26M oder Druckregelventil wird erreicht, dass bei einem einer eingestellten Druckdifferenz von beispielsweise 0,5 bar entsprechenden Unterdruck in der Separiereinrichtung 10 gegenüber dem Reservoir 12 gasangereichertes Medium 20 vom Reservoir 12 in die Separiereinrichtung 10 geführt wird. In der Separiereinrichtung 10 entweichen Gasbläschen 28 (nicht sämtliche bezeichnet) aus dem Medium 20 und steigen, wie mit Pfeilen angedeutet, nach oben, wo sie sich an einer Grenzfläche aus dem Medium 20 lösen und im sich anschließenden Teilvolumen 24a als Gas 22 sammeln. Infolgedessen ist im unteren Bereich der Separiereinrichtung 10 weitestgehend gasfreies, gas reduziertes Medium 20' vorhanden. In diesem unteren Bereich ist die dritte Leitung 18 mit einer darin angeordneten Pumpe 30 vorgesehen. In einer ersten Richtung, in Abb.1 mit Pfeilen veranschaulicht, fördert die Pumpe 30 gas reduziertes Medium 20' aus der Separiereinrichtung 10 in das Reservoir 12. Bei dieser Förder- bzw. Transportrichtung der Pumpe 30 wird der Druck in der Separiereinrichtung 10 reduziert und entsprechend einem über das Druckbegrenzungsventil 26M oder Druckregel ventil eingestellten Differenzdruck von beispielsweise 0,3 bar über die zweite Leitung 16 gasangereichertes Medium 20 in die Separiereinrichtung 10 nachgeführt. In einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung fördert die Pumpe 30 Medium 20 vom Reservoir 12 zur Separiereinrichtung 10, wodurch in dieser der Füllstand des Mediums 20 erhöht und folglich das Teilvolumen 24a mit Gas 22 reduziert wird. Der damit einhergehende Gasdruckanstieg im Teilvolumen 24a wird entsprechend einem über das Druckbegrenzungsventil 26G eingestellten Gasdifferenzdruck über die erste Leitung 14 aus der Separiereinrichtung 10 in das Reservoir 12, genauer vom einen Teilraum 24a in den anderen Teilraum 24b, überführt.

Die Pumpe 30 ist zeitgesteuert oder niveau gesteuert zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung umschaltbar. Am Reservoir 12 oder an der Separiereinrichtung 10 kann ein den jeweiligen Teilraum 24a, 24b mit einer Umgebung verbindender, nicht dargestellter Auslass zur Abführung von Gas 22 an die Umgebung vorgesehen sein. Am Auslass kann ein vorgebbarer Öffnungsdruck eingestellt sein, wobei auch ein entsprechend konzipierter Belüftungsfilter zum Einsatz kommen kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens können sowohl Sensoren zur Messung der Füllstandshöhe des Mediums 20 in der Separiereinrichtung 10 sowie im Reservoir 12 entfallen; des Weiteren ist ein über eine im Reservoir 12 angebrachte Sensorik geregeltes Regulierventil entbehrlich. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei druckvorgespannten Reservoiren 12, wie einem druckvorgespannten Haupttank, eingesetzt werden, wobei hier lediglich eine entsprechende Einstellung der Druckbegrenzungsventile 26c, 26M erforderlich ist.

Eine besondere Form eines im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Reservoirs 12a ist in Fig. 2 als Torus gezeigt. Durch die torusförmige Ausge- staltung des Reservoirs 12a wird eine hohe Druckfestigkeit des Reservoirs 12a gegenüber einem im Betrieb erforderlichen Mediendruck erreicht. In eine durch die Form des Torus bedingte mittige Aussparung 32 kann eine in Fig. 2 nicht gezeigte Separiereinrichtung eingesetzt werden, so dass insgesamt eine kompakte Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Abtrennung von Gas aus einem in dem Reservoir 12a bevorrateten Medium erreicht wird.

Alternative Ausführungsformen des Reservoirs 12b, 12c, 12d mit darin eingesetzter bzw. von diesem umgebener Separiereinrichtung 10b, 10c, 10d sind in den Fig. 3a, 4, 5 jeweils im Längsschnitt gezeigt. Sowohl das jewei- lige Reservoir 12b, 12c, 12d als auch die jeweilige Separiereinrichtung 10b, 10c, 10d können jeweils einen kreiszylinderförmigen oder einen rechteck- förmigen Querschnitt aufweisen. Dem in Fig. 3b gezeigten Querschnitt ist entnehmbar, dass bei dem in Fig. 3a gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel die Separiereinrichtung 10b einen kreisförmigen Querschnitt und das Re- servoir 12b einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Das die Separiereinrichtung 10b vollständig umgebene Reservoir 12b weist, wie Fig. 3a ohne Weiteres entnehmbar, die gleiche Längenerstreckung wie die

Separiereinrichtung 10b auf. Die Separiereinrichtung 10b wird in einem von dem Reservoir 12b vorgegebenen Innenraum dadurch ausgebildet, dass dieser durch einen unteren Deckel 34 und einen oberen Deckel 36 mit einer entsprechenden Dichtung verschlossen und mediendicht nach außen hin abgedichtet ist. Fig. 3b ist die kreisförmige Ausgestaltung des oberen Deckels 36 entnehmbar.

Die in den Fig. 3a, 3b, 4, 5 gezeigten Reservoire 12b, 12c, 12d und Sepa- riereinrichtungen 10b, 10c, 10d sind jeweils rotationssymmetrisch zur Rotationsachse R ausgebildet und aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. In dem in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist die Separiereinrichtung 10c als Zylindertank durch ein aus Kunststoff gefertigtes Inlay ausgebildet und innerhalb des vom Reservoir 12c umschlossenen Innenraums angeord- net. Anstelle der in Fig. 3a gezeigten Deckel 34, 36 ist im in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel die Separiereinrichtung 10c an Ober- und Unterseite jeweils durch eine das Reservoir 12c umhüllende Wandung eingeschlossen und mediendicht abgedichtet. Bei dem in Fig. 5 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel sind das Reservoir 12d und die mittig angeordnete Separiereinrichtung 10d einteilig aus Kunststoff gefertigt, was eine einfache Herstellung in wenigen Fertigungsschritten ermöglicht.