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Die
Erfindung betrifft einen Filter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Es
ist aus der
DE 21 45
708 A ein automatisches Kegel- oder Tellerventil bekannt,
welches als Nebenschlussventil in einem Filtergehäuse mit
einem Filterelement angeordnet ist. Bei einem stark verschmutzten
Filterelement kann das zu filternde Fluid nicht mehr von einer Rohseite
durch das Filterelement auf eine Reinseite strömen. Dadurch entsteht eine
große
Druckdifferenz zwischen der Rohseite und der Reinseite, welche das
Ventil öffnet
und das Fluid ungefiltert von der Rohseite zur Reinseite strömen lässt. Das
Kegel- oder Tellerventil wird von einem Ventilkörper und einer Spiralfeder
gebildet. Der Ventilkörper
besteht aus einem Kopfflansch und daran angeformte Schenkel, welche
an ihren Enden hakenförmig
ausgebildet sind. Der Ventilkörper
ist durch eine Auflage gesteckt und liegt mit dem Kopfflansch dichtend
daran an, wobei die Spiralfeder sich einerseits an der Auflage und
andererseits an den hakenförmigen
Enden der Schenkel abstützt.
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Aus
der
US 3822787 A ist
ein Filterelement für
Flüssigkeiten
bekannt, das ein Umgehungsventil aufweist. Dieses Ventil besteht
aus einer Federplatte, die eine bestimmte Form aufweist und zwischen
zwei Halteflächen
gelagert ist. Die Federplatte gibt bei einem Differenzdruck, der
größer als
der zulässige Wert
ist, einen Umgehungskanal frei.
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Die
Herstellung des Ventilkörpers
ist jedoch durch seine aufwendige Kontur teuer. Weiterhin ist die
Montage des Ventils umständlich,
da der Ventilkörper
zuerst mit etwas zusammengedrückten Schenkeln
durch die Aufnahme gesteckt und anschließend die Spiralfeder über die
Schenkel montiert werden muss.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher die Schaffung eines Filters mit einem Umgehungsventil,
welches ab einer definierten Druckdifferenz in dem Filter ein Umströmen eines
in dem Filter enthaltenen Filterelementes ermöglicht und kostengünstig und
einfach montier- bzw. herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Filter
dient der Reinigung eines Fluides, insbesondere von Flüssigkeiten wie
z. B. Öl.
Hierzu weist der Filter ein Filtergehäuse mit einem Fluideinlass
und einem Fluidauslass auf. In das Filtergehäuse ist ein Filterelement eingebracht, welches
eine Rohseite dichtend von einer Reinseite trennt. Die Rohseite
korrespondiert mit dem Fluideinlass und die Reinseite korrespondiert
mit dem Fluidauslass. Weiterhin ist ein Umgehungsventil für das Filterelement
in das Filtergehäuse
eingebracht, welches einerseits mit der Rohseite und andererseits
mit der Reinseite korrespondierend verbunden ist. Das Filterelement
kann z. B. durch eine Fasermatte oder ein Filterpapier gebildet
werden.
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Das
Umgehungsventil weist eine Federplatte, einen Ventildeckel und einen
Ventilboden auf. Der Ventilboden steht mit der Reinseite und der
Ventildeckel mit der Rohseite in Kontakt, wobei der Ventilboden
dichtend durch z. B. Schrauben, Kleben, Löten oder Schweißen mit
dem Ventildeckel verbunden ist. In dem Ventilboden befindet sich
eine Öffnung
und in dem Ventildeckel ein Durchlass. Die Federplatte ist zwischen
dem Ventilboden und dem Ventildeckel eingebracht, wobei sie derart
gestaltet ist, dass sie entsprechend den Druckverhältnissen
in dem Filter die Öffnung
dichtend von dem Durchlass trennt oder verbindet, wodurch die Rohseite
von der Reinseite getrennt oder die Rohseite mit der Reinseite verbunden ist.
Bei einem intakten Filterelement kann das zu filternde Fluid durch
das Filterelement von der Rohseite auf die Reinseite strömen, wodurch
eine geringe Druckdifferenz zwischen der Rohseite und der Reinseite
herrscht. In diesem Zustand bleibt das Umgehungsventil geschlossen,
indem die Federplatte mit einer Dichtfläche auf einem Dichtwulst aufliegt
und so die Öffnung
dichtend von dem Durchlass trennt. Bei einem verschmutzten Filterelement
kann nur sehr wenig Fluid von der Rohseite auf die Reinseite gelangen,
dadurch steigt die Druckdifferenz in dem Filter an. Sobald die Druckdifferenz
eine definierte Druckdifferenz überschreitet,
hebt die Dichtfläche
der Federplatte von dem Dicht wulst ab und das Fluid kann durch die Öffnung im
Ventilboden und den Durchlass im Ventildeckel von der Rohseite auf
die Reinseite strömen.
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Die
Federplatte kann aus einem beliebigen Material bestehen, welches
Federeigenschaften aufweist. Hierbei kann die Federplatte auch aus
mehreren Materialien, welche z. B. schichtweise zusammengefügt sind,
bestehen. Mögliche
Federplattenwerkstoffe sind z. B. Kunststoff oder Metall. Weiterhin ist
die Kontur der Federplatte beliebig, z. B. oval oder quadratisch.
Bei allen Ausführungen
ist die Federplatte jedoch als flächiges Bauteil ausgeführt und weist
eine Dichtfläche
auf, wobei die Federplatte eben oder stufig abgesetzt ausgeführt sein
kann. Die Länge
und Breite der Federplatte beträgt
ein Vielfaches von der Federplattendicke. Entsprechend der Druckdifferenz,
bei der die Federplatte das Umgehungsventil öffnen oder schließen soll,
ist die Federrate der Federplatte definiert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Federplatte gewölbt, insbesondere kugelförmig gewölbt, ausgeführt. Die
Federplatte weist eine konvexe und eine konkave Seite auf. Entsprechend
dem Aufbau des Umgehungsventils kann die konvexe Seite an den Ventildeckel
oder den Ventilboden angrenzen. Die Dichtfläche befindet sich entweder
auf der konvexen oder konkaven Seite. Bei anderen Ausbildungen kann
die Dichtfläche
auch am Umfang der Federplatte verlaufen, wobei ein zusätzliches
Dichtungsbauteil am Umfang der Federplatte vorgesehen sein kann.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Federplatte
durch einen Metallkern mit einem ein-, zwei- oder allseitigen Gummiüberzug gebildet.
Bei dieser Ausführung
besitzt die Federplatte durch den Metallkern eine große Festigkeit
und konstante Federeigenschaften, wobei die Dichtheit der Federplatte
durch den Gummiüberzug
gewährleistet wird.
Weiterhin kommt der Metallkern bei einem allseitigen Gummiüberzug nicht
mit dem Fluid in Kontakt, wodurch die Gefahr einer Korrosion des
Metalls verhindert ist.
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Eine
besondere Ausführungsform
der Erfindung weist ein Filterelement auf, welches einen Filterinnenraum
umschließt,
wobei der Filterinnenraum mit dem Umgehungsventil korrespondierend
verbunden ist. Das Filterelement ist bei dieser Ausführung ringförmig zusammengeschlossen,
wobei der durch das Filterelement gebildete Filterinnenraum z. B. quaderförmig, kreiszylindrisch
oder kegelig ausgeführt
sein kann. In dem Filterinnenraum, welcher bei einem von außen nach
innen durchströmten
Filterelement die Reinseite und bei einem von innen nach außen durchströmten Filterelement
die Rohseite bildet, kann das Umgehungsventil an einer Stirnseite des
Filterelementes angeordnet sein.
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Gemäß einer
weiteren Variante der Erfindung ist der Ventilboden mit dem Ventildeckel
formschlüssig
verbunden. Hierbei weist entweder der Ventildeckel oder der Ventilboden
eine Aufnahme auf, welche einen Formbereich des entsprechenden Gegenstücks, Ventilboden
bzw. Ventildeckel, umschließt.
Die Aufnahme und der Formbereich können z. B. rund, oval oder
eckig ausgeführt
sein, wobei beide Teile ohne weitere Hilfsmittel miteinander verbunden
sind. Die Aufnahme kann zu dem Formbereich derart ausgestaltet sein,
dass der Ventildeckel mit dem Ventilboden eine Presspassung erzeugt,
wodurch das Fluid nicht unkontrolliert von der Rohseite auf die
Reinseite strömen
kann.
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Es
ist vorteilhaft, dass die Federplatte über Zentrierohren verfügt, wodurch
die Lage der Federplatte senkrecht zur Schließrichtung fixiert ist. Die Zentrierohren
können
direkt an die Federplatte angeformt oder als separate Bauteile ausgeführt und
mit der Federplatte verbunden sein. Damit die Federplatte nicht
verrutscht und die Dichtfläche
nicht mehr mit dem Dichtungswulst in Kontakt steht, wodurch das Fluid
unkontrolliert von der Rohseite auf die Reinseite strömen kann,
können
mehrere Zentrierohren am Umfang der Federplatte verteilt angeordnet
sein. Die Zentrierohren stützen
die Federplatte an dem sie umgebenden Bauteil z. B. dem Ventildeckel
oder dem Ventilboden ab, wobei der Abstand zwischen den Zentrierohren
untereinander derart gewählt
ist, dass das Fluid zwischen den Zentrierohren hindurch strömen kann.
Die Ausgestaltung der Zentrierohren ist beliebig, es sind z. B.
halbkreisförmige,
dreieckige oder rechteckige Ausbildungen denkbar.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Zentrierohren abgewinkelt.
Hierbei dient der Winkelbereich der Zentrierohren als Abstandshalter
der Federplatte zu dem Ventildeckel oder Ventilboden. Die Höhe des Winkelbereiches
ist frei wählbar,
wobei er derart ausgestaltet sein muss, dass ausreichend Fluid zwischen dem
Ventilboden oder dem Ventildeckel und der Federplatte strömen kann.
Der Winkelbereich verhindert bei einer sehr großen Druckdifferenz zwischen
der Rohseite und der Reinseite, dass sich die Federplatte an den
Ventilboden anlegt und so kein Fluid durch das Umgehungsventil strömen kann.
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Eine
besondere Ausführungsform
der Erfindung weist eine kreisförmig
ausgebildete Federplatte mit einer kreisförmigen Dichtfläche auf.
Diese Ausführungsform
ist besonders vorteilhaft, da sie einfach herzustellen ist und die
kreisringförmige
Dichtfläche mit
einem gleichmäßig auf
sie wirkenden Druck eine gute Dichteigenschaft aufweist. Bei dieser
Ausführung
hebt die Federplatte durch den Fluiddruck in dem Filter gleichmäßig von
ihrer Anlagefläche
z. B. auf dem Ventildeckel ab.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Umgehungsventil
Füße auf,
mit welchen das mit dem Umgehungsventil verbundene Filterelement
am Filtergehäuse
abstützbar
ist. Die Füße können an
den Ventildeckel oder den Ventilboden angeformt sein und stützen sich
an dem Filtergehäuse
ab, hierbei ist eine beliebige Anzahl an Füßen denkbar. Vorzugsweise können drei
oder vier Füße verwendet
werden, wodurch eine ausreichende Abstützung des Filterelementes erfolgt.
Das Filterelement ist durch z. B. Aufstecken auf einen Einführkonus
an dem Ventildeckel oder Ventilboden mit dem Umgehungsventil verbunden.
Durch die am Filtergehäuse
abgestützten
Füße liegt
das Filterelement mit seiner Endscheibe oder das Umgehungsventil
nicht direkt an dem Filtergehäuse
an, sondern weist eine Distanz auf. Durch diese Distanz kann das
Fluid das Filterelement umströmen
und zu der Öffnung
in dem Ventildeckel des Umgehungsventils gelangen.
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Eine
bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht ein kreiszylindrisch ausgebildetes
Filterelement mit einer ersten kreisringförmigen Endscheibe und einer
zweiten kreisringförmigen
Endscheibe vor, wobei die erste Endscheibe dichtend mit dem Filtergehäuse bzw.
dem Fluidauslass und die zweite Endscheibe an einem Einführkonus
dichtend mit dem Umgehungsventil verbunden ist.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den
Zeichnungen hervor.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Hierbei
zeigt
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1 einen
Filter im Schnitt,
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2 einen
Filter im Halbschnitt,
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3 einen
Ausschnitt Z gemäß 2
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4 eine
Federplatte in der Draufsicht.
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In 1 ist
ein Filter 10 im Schnitt dargestellt, welcher ein Filtergehäuse 11 mit
einem Gehäusedeckel 12 aus
Metall und einem Behälter 13 aus Metall,
ein Filterelement 14 und ein Umgehungsventil 15 aufweist.
Der Gehäusedeckel 12 verfügt über einen
Fluideinlass 16 und einen Fluidauslass 17 und
ist dichtend, z. B. durch Schweißen, mit dem Behälter 13 verbunden.
Der Fluideinlass 16 und/oder der Fluidauslass 17 kann/können auch
an dem Behälter 13 angeordnet
sein.
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Das
Filterelement 14 trennt eine Rohseite 18 dichtend
von einer Reinseite 19, wobei die Rohseite 18 mit
dem Fluideinlass 16 und die Reinseite 19 mit dem
Fluidauslass 17 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das Filterelement 14 durch ein zick-zack-förmig gefaltetes
Filterpapier mit einer ersten Endscheibe 20 und einer zweiten
Endscheibe 21 gebildet, wobei die Endscheiben 20, 21 dichtend
mit dem Filterpapier verbunden sind. Die Endscheiben 20, 21 sind
in ihrer Mitte geöffnet,
wodurch der Fluidauslass 17 in die erste Endscheibe 20 dichtend
eingreifen und das Fluid ab einer definierten Druckdifferenz durch
die zweite Endscheibe 21 hindurch strömen kann. Das Filterelement 14 umschließt einen
Filterinnenraum 36, welcher einen Teil der Reinseite 19 bildet.
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Das
Umgehungsventil 15 ist an der zweiten Endscheibe 21,
dem Filterelement gegenüberliegend angeordnet
und wird durch einen Ventilboden 22, einen Ventildeckel 23 und
eine Federplatte 24 gebildet. Der Ventilboden 22 steht
mit der Reinseite 19 und der Ventildeckel 23 mit
der Rohseite 18 in Kontakt, wobei der Ventilboden 22 jedoch
auch Bereiche aufweist, die mit der Rohseite 18 in Kontakt
stehen. Die Federplatte 24 ist als ebenes, flaches Bauteil
ausgeführt, welches über Federeigenschaften
verfügt.
Die flache Federplatte 24 liegt in ihrer Mitte an dem Ventilboden 22,
welcher einen Kuppelbereich 25 aufweist, an, wobei die
Federplatte 24 auch an dem Kuppelbereich 25 befestigt
sein kann.
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Bei
einem intakten Filterelement 14 herrscht eine geringe Druckdifferenz
in dem Filter 10, wodurch die Federplatte 24 unter
einer definierten Vorspannung mit einer Dichtfläche 32 umlaufend dichtend
an einem Dichtungswulst 26 des Ventildeckels 23 anliegt.
Die geringe Druckdifferenz reicht nicht aus, die vorgespannte Federplatte 24 von
dem Dichtungswulst 26 abzuheben, wodurch ein Durchlass 27 im Ventilboden 22 dichtend
von einer Öffnung 28 im Ventildeckel 23 getrennt
ist. Der Durchlass 27 wird bei dieser Ausführung durch
vier Bohrungen gebildet. Der Ventilboden 22 und der Ventildeckel 23 weisen jeweils
einen Rand 31 auf, an welchem beide Ventilteile 22, 23 miteinander
durch z. B. Verschweißen, Verkleben
oder Verlöten
verbunden sind.
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Damit
das Fluid das Umgehungsventil 15 anströmen kann, ist ein Distanzstück 29 in
das Filtergehäuse 11 eingebracht,
welches das Filterelement 14 von dem Behälter 13 abhebt.
Das Distanzstück 29 weist
mehrere Beine 30 auf, welche das Filterelement 14 an
mehreren Stellen an der zweiten Endscheibe 21 abstützen. Bei
anderen Ausführungen können die
Beine 30 direkt an das Filtergehäuse 11 oder das Umgehungsventil 15 angeformt
sein.
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In 2 ist
ein Filter 10 im Halbschnitt dargestellt. Der Filter 10 dient
zur Reinigung eines Öls
in einem Ölkreislauf
(nicht dargestellt), wobei der Filter 10 als Wechselfilter
ausgebildet ist. Der Filter 10 wird durch ein Filtergehäuse 11 mit
einem Gehäusedeckel 12 und
einem Behälter 13 gebildet,
wobei der Gehäusedeckel 12 und
der Behälter 13 aus
Metall besteht. Weiterhin weist der Filter 10 ein Filterelement 14 und ein
Umgehungsventil 15 auf. Der Gehäusedeckel 12 ist mit
dem Behälter 13 verbördelt, wodurch
beide Gehäuseteile 12, 13 flüssigkeitsdicht
miteinander verbunden sind. Bei Bedarf kann eine Dichtung (nicht dargestellt)
zwischen Gehäusedeckel 12 und
Behälter 13 eingebracht
werden. Der Gehäusedeckel 12 verfügt über einen
Fluideinlass 16 und einen Fluidauslass 17. Außerdem ist
auf den Gehäusedeckel 12 eine
umlaufende Filterdichtung 33 aus Gummi aufgebracht, welche
den Filter 10 gegenüber
den angrenzenden Bauteilen abdichtet.
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Der
Fluidauslass 17 ist derart gestaltet, dass sich das zylindrische
Filterelement 14 an einem Anschlag 34 unter Verwendung
einer O-Dichtung 35 abstützen kann, wodurch eine Rohseite 18 dichtend
von einer Reinseite 19 getrennt ist. Die Rohseite 18 korrespondiert
mit dem Fluideinlass 16 und die Reinseite 19 mit
dem Fluidauslass 19. Das Filterelement 14 ist
von außen
nach innen durchströmt,
wodurch die Rohseite 18 zwischen dem Behälter 13 und
dem Filterelement 14 und die Reinseite 17 durch
einen durch das Filterelement 14 gebildeten Filterinnenraum 36 erzeugt
ist.
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Das
Filterelement 14 wird durch ein zick-zack-förmig gefaltetes
Filterpapier, welches kreisringförmig
zusammengeschlossen ist, gebildet, wobei stirnseitig eine erste
Endscheibe 20 und eine zweite Endscheibe 21 das
Filterelement 14 begrenzen. Beide Endscheiben 20, 21 sind
kreisringförmig ausgebildet.
Der Fluidauslass 17 greift in die erste Endscheibe 20 und
das Umgehungsventil 15 in die zweite Endscheibe 21 ein.
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Das
Umgehungsventil 15 wird durch einen Ventilboden 22,
einen Ventildeckel 23 und eine Federplatte 24 gebildet.
Die Federplatte 24 ist zwischen dem Ventilboden 22 und
dem Ventildeckel 23 angeordnet, wobei beide Ventilteile 22, 23 aus
Metall bestehen. Der Ventilboden 22 weist einen Kuppelbereich 25 auf,
in welchem Durchlässe 27 angeordnet sind.
Weiterhin besitzt der Ventilboden 22 einen Einführkonus 38 mit
einem anschließenden
Lagerbereich 37, auf welchem sich die zweite Endscheibe 21 des
Filterelementes 14 dichtend abstützt und vier Füße 39,
welche das Umgehungsventil 15 mit dem aufgebrachten Filterelement 14 von
dem Behälter 13 distanzieren.
Die Füße 39 sind
schmal ausgebildet, wodurch das Fluid die Füße 39 umströmen kann,
um zu dem Umgehungsventil 15 zu gelangen. Der Einführkonus 38 wird
einerseits von dem Filterelement 14 aufgenommen und bildet
andererseits eine Aufnahme 40 für den Ventildeckel 23.
Der Ventildeckel 23 ist in den Ventilboden 22 eingesteckt,
wobei beide Ventilteile 22, 23 dichtend miteinander
verbunden sind. Hierzu kann Klebstoff, eine Presspassung, eine Dichtung
(nicht dargestellt) oder eine Kombination daraus verwendet werden.
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Die
Federplatte 24 liegt mit einer Dichtfläche 32 dichtend auf
einem Dichtungswulst 26 auf. Sobald das Filterelement 14 verschmutzt
ist, steigt die Druckdifferenz zwischen der Rohseite 18 und
der Reinseite 19 an, wodurch die Federplatte 24 durch die
Druckdifferenz, insbesondere ab 2 bar, von dem Dichtungswulst 26 abgehoben
wird und das Fluid durch die Öffnung 28 in
dem Ventildeckel 23 an der Federplatte 24 vorbei
zu dem in dem Ventilboden 22 auf der Reinseite 19 angeordneten
Durchlass 27 strömen
kann. Damit die Federplatte 24 nicht zwischen dem Ventilboden 22 und
dem Ventildeckel 23 verrutschen kann, sind abgewinkelte
Zentrierohren 42 an der Federplatte 24 vorgesehen.
Die abgewinkelten Zentrierohren 42 wirken bei einer zu
grollen Druckdifferenz gleichzeitig als Abstandshalter der Federplatte 24 zu
dem Ventilboden 22, damit sich die Federplatte 24 nicht
an den Ventilboden 22 anlegt, sondern dass das Fluid durch
das Umgehungsventil 15 strömen kann.
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Die
linke Bildhälfte
stellt den Filter 10 in der Hauptansicht dar, wobei der
Behälter 13 im
unteren Bereich über
eine Montagehilfe 41 verfügt und der Behälter 13 bodenseitig
gewölbt
ausgeführt
ist.
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In 3 ist
ein Ausschnitt Z gemäß 2 dargestellt,
wobei das Umgehungsventil 15 in einer anderen Ausgestaltung
dargestellt ist. Bei dieser Ausführung
sind die Füße 39 an
den Ventildeckel 23 angeformt und der Ventilboden 22 ist
auf den Ventildeckel 23 aufgesteckt.
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In 4 ist
eine Federplatte 24 in der Draufsicht dargestellt. Diese
Federplatte 24 ist kreisförmig ausgebildet und weist
vier am Umfang verteilte, abgewinkelte Zentrierohren 42 auf.
Die Zentrierohren 42 sind trapezförmig ausgebildet, wodurch sich
eine Abstützfläche 43 ergibt,
welche die Federplatte 24 an den angrenzenden Bauteilen
(nicht dargestellt) abstützt.
Die Federplatte 24 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen,
wobei ein Überzug
aus einem anderen Material einseitig, beidseitig oder vollständig vorgesehen
sein kann. Die Federplatte 24 weist eine kreisförmige Dichtfläche 32 auf,
welche sich durch den Kontakt zu dem Ventildeckel 23 gemäß 2 oder 3 ergibt.