DE10045178A1 - Filterelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtrieren einer Flüssigkeit, aus der partikelförmige Verunreinigungen entfernt werden. Das Filterelement kann ein gefaltetes Papierfilter sein, und es kann eine Gruppe von Rippen vorgesehen sein, die der Flüssigkeit eine spiralförmige Bewegung erteilen, ehe sie durch das Filterelement strömt. Die spiralförmige Bewegung erzeugt eine Zentrifugalkraft auf die partikelförmigen Verunreinigungen, wodurch schwere Verunreinigungen veranlaßt werden, sich weg vom Filtermittel zu bewegen in die Nähe der Wand eines Gehäuses, das das Filtermittel umschließt, worauf sich die Verunreinigungen in einem axialen Raum ansammeln, der unterhalb des Filtermittels liegt. Da das Filtermittel die Partikel, die bereits aus der Flüssigkeit ausgefällt sind, nicht entfernen muß, wird die Betriebsdauer des Filtermittels verlängert und seine Kapazität gesteigert, und die Verteilung der Verunreinigungen auf der stromaufwärtigen Seite des Filtermittels wird gleichmäßiger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement zum Filtern einer Flüssigkeit und insbesondere ein Filterelement in Verbindung mit einem Zentrifugal-Separa­ tor.

Flüssigkeitsfilter werden in weitem Umfang im Maschinenbau verwendet, zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen, um verschiedene Fluide zu filtern. Bei Brennkraftmaschinen werden Brennstoff und Öl gefiltert, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs verwendet wird. Andere zu filternde Fluide sind beispielsweise Getriebefluid, Kühlmittel, Hydraulikfluid, verschiedene chemische Lösungen und selbst Trinkwasser.

Bei Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen soll generell im Motorbereich Platz eingespart werden, ebenso im Antriebsbereich, außerdem soll das Gewicht reduziert oder wenigstens eine Gewichtszunahme vermieden werden, wo immer dies möglich ist. Außerdem soll aus vielen Gründen die Filterkapazität gesteigert werden, die Betriebsdauer des Filtermittels verlängert und womöglich der Platzbedarf für die Filtermittel reduziert werden. Ferner ist es erwünscht, eine gleichmäßige Flußverteilung der Partikel in dem Filtermittel zu erreichen, wodurch die Kapazität des Filters und seine Betriebsdauer erhöht und der Platzbedarf für das Filter reduziert werden können. Diese Ziele stehen oft im Widerspruch zueinander und stellen eine Herausforderung bei der Konstruktion von Filtern dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsfilter zu schaffen, dessen Kapazität und Betriebsdauer möglichst hoch sind, während der Platzbedarf des Filtermittels möglichst gering ist, wobei jedoch eine gleichmäßige Verteilung der durch das Filtermittel zurückgehaltenen Partikel erreicht werden soll.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein Filterelement vorgesehen ist zum Filtrieren einer Flüssigkeit, wobei das Filterelement in einem zylindrischen Gehäuse eingebaut werden kann, das ein erstes und ein zweites Ende hat, wobei die Flüssigkeit durch das erste Ende angrenzend an das Filterelement eintritt und in dem Gehäuse mittels einer Gruppe von radial vorstehenden Leitblechen eine rotierende Bewegung erhält, welche an­ grenzend an das erste Ende des Gehäuses angeordnet sind. Die Gruppe von radial vorstehenden Leitblechen ist um ein ringförmiges Filtermittel angeord­ net, das in dem Gehäuse eingebaut ist.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung hat jedes Leitblech oder jede Rippe eine vordere und eine hintere Kante, die bezüglich der Filterachse geneigt oder abgeschrägt sind, um dazwischen Schlitze zu bilden, die Einlaß- und Auslaßenden haben, wodurch, wenn die Flüssigkeit in das erste Ende des Gehäuses eintritt, sie durch diese Schlitze und spiralförmig um das Filtermittel läuft, ehe sie durch das Filtermittel hindurchtritt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse vertikal ausgerichtet, wobei das erste Ende oben und das zweite Ende unten liegt, wodurch, wenn die Flüssigkeit oben am Gehäuse eintritt, ihr eine spiralförmi­ ge Bewegung durch die Gruppe von Rippen oder Leitblechen erteilt wird, um relativ schwere Partikel herauszunehmen, die sich danach am zweiten Ende des Gehäuses ansammeln.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Filters für eine Flüssigkeit mit einem Zentrifugal-Separator in Verbindung mit einem Filtermittel,

Fig. 2 eine Stirnansicht des ersten oder oberen Endes der Filterpatro­ ne nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Bodens der Filterpatrone nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Filterelementes, das in der Filterpatrone nach den Fig. 1 und 3 verwendet wird,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Filterelement nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Untersicht auf das Filterelement nach Fig. 4,

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Gruppe von Leitblechen oder Rippen zur Befestigung am Filterelement der Fig. 4 bis 6,

Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils der Rippen nach Fig. 7, wobei eine einzelne Rippe dargestellt ist,

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Rippengruppe nach Fig. 4, und

Fig. 10 eine Seitenansicht einer einzelnen Rippe und eines Teils einer Basis, auf der die Rippe montiert ist.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Patrone 10 zum Filtern von Flüssigkeiten nach der Erfindung gezeigt, wobei die Patrone ein ringförmiges Filterelement 12 aufweist, das aus einem konventionellen gefalteten Papierfilter 13 oder einem anderen Filtermaterial gebildet ist, und das in einem zylindrischen Gehäuse 14 angeordnet ist. Das ringförmige Filterelement 12 liegt konzentrisch zu einer Achse 16 der Patrone 10 und hat einen hohlen Kern 18. Das Gehäuse 14 der Filterpatrone hat ein erstes Ende 20 und ein zweites Ende 22, wobei das zweite Ende einteilig mit einer Seitenwand 24 des Gehäuses 14 ausgebildet ist. Die Seitenwand 14 des Gehäuses 22 ist beabstandet von dem Filtermittel 13 des Filterelements 12 durch einen ringförmigen Raum 26, während das erste Ende 20 des Gehäuses 14 durch einen axialen Raum 28 vom Filterelement 12 beabstandet ist. Ein zweiter axialer Raum 30 liegt zwischen dem Filterelement 12 und dem zweiten Ende 22 des Gehäuses 14.

Das erste Ende 20 des Gehäuses 14 ist durch eine Platte 32 geschlossen, die einen mit Gewinde versehenen zentralen Auslaß 34 und eine Mehrzahl von beabstandeten Einlässen 36 hat. Die Einlässe 36 stehen in Verbindung mit dem ersten axialen Raum 30, während der zentrale Auslaß 34 in Verbindung mit dem hohlen Kern 18 des Filterelementes 12 steht. Die zu filtrierende Flüssigkeit tritt somit in das Gehäuse 14 des Kanisters 10 über die Einlässe 36 ein und strömt dann zum ersten axialen Raum 28. Die zu filtrierende Flüssigkeit füllt dann den ringförmigen Raum 26 und den zweiten axialen Raum 30. Da die Flüssigkeit unter Druck steht, fließt sie dann durch das Filtermittel 13 in den hohlen Kern 18 auf der sauberen Seite des Filters und tritt dann durch die zentrale Öffnung 34 aus.

Nach der Erfindung wird die Flüssigkeit durch eine Gruppe 40 von Rippen 42, die zwischen dem ersten axialen Raum 28 und dem ringförmigen Raum 26 liegen, dazu gebracht, um die Achse 16 zu rotieren, während sie vom ersten axialen Raum 28 in den ringförmigen Raum 26 fließt. Da die Flüssigkeit rotiert, läuft sie spiralförmig zum zweiten Ende 22 des Gehäuses 14 und wegen dieser spiralförmigen Bewegung der Flüssigkeit wird eine Zentrifugal­ kraft auf Partikel 43 ausgeübt, die in der Flüssigkeit mitgeführt werden. Die Zentrifugalkraft bewirkt, daß die Partikel 43 zur inneren Oberfläche der zylindrischen Wand 24 wandern und durch das spiralförmig fließende Fluid zum zweiten axialen Raum 30 transportiert werden. In dem zweiten axialen Raum 30 sammeln sich die Partikel 43 an der inneren Oberfläche des zweiten Endes 22 des Gehäuses an, und stoßen somit nicht auf das Filtermittel 13. Wenn die Partikel nicht auf das Filtermittel 13 auftreffen, setzen sie sich in diesem nicht ab und verstopfen daher das Filtermittel nicht.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Filterpatrone 10 mit der Achse 16 wenigstens im wesentlichen vertikal ausgerichtet, so daß die Schwerkraft die Partikel 43, die sich im zweiten Ende 22 des Gehäuses 14 angesammelt haben, im zweiten axialen Raum 30 hält und die dort verbleiben, wenn die Maschine oder der Motor in Ruhe ist. Wenn der Motor oder die Maschine läuft, so daß die Flüssigkeit um das Filtermittel 13 zirkuliert, werden schwere Partikel kontinuierlich durch die Zentrifugalkraft dazu gebracht, zur inneren Oberfläche der zylindrischen Wand 24 zu wandern und sich in dem axialen Raum 30 am unteren Ende des Gehäuses abzusetzen.

Wenn das Filterelement 12, wie die Fig. 4, 5 und 6 zeigen, aus dem Gehäuse 14 herausgenommen wird, erkennt man, daß das Filterelement eine Gruppe oder Reihe von Rippen 40 besitzt, die integral mit ihm ausgebildet sind, so daß das Zentrum des Gehäuses 14 einschließlich der Stirnplatte 32 als Gehäuse ohne Modifikation benutzt werden kann. Bei dem Filterelement 12 nach Fig. 4 sind die Rippen 40 am zweiten Ende des Filtermittels 13 eingebaut, wobei sie mit einer Plastisol-Dichtung 50 verbunden sind, welche das erste Ende 52 des Filtermittels abdichtet. Das zweite Ende 54 des Filtermittels 13 ist durch eine Schicht eines Plastisols 56 abgedichtet, welche eine kreisförmige, schalenförmige Stirnkappe 58 mit dem Filtermittel verbindet, um sowohl das zweite Ende des Filtermittels als auch den hohlen Kern 18 zu schließen. Wenn somit das Filterelement 12 im Gehäuse eingebaut ist, wobei das offene Ende des hohlen Kerns in Verbindung mit der zentralen Öffnung 34 steht, muß das gesamte Fluid im Gehäuse 14 durch das Filtermittel 13 fließen, ehe es aus der Patrone 10 austreten kann.

In den Fig. 7 bis 10 ist eine Gruppe von Rippen oder Leitblechen dargestellt, die separat vom Filterelement 12 angeordnet sind, wobei die Rippengruppe 40 aus einer Mehrzahl von radial verlaufenden Rippen 42 gebildet ist, die in einem Winkel α schräg zur Achse 16 der Filterpatrone 10 und des Filtermittels 13 verlaufen. Da die Rippen 42 sowohl schräg wie auch im Abstand zueinander verlaufen, bilden sie schräg verlaufende Schlitze 60 zwischen sich, welche sich zwischen den stromabwärtigen Kanten 62 und den stromaufwärtigen Kanten 64 erstrecken. Wenn Flüssigkeit unter Druck von den Einlässen 36 in den ersten ringförmigen Raum 28 fließt, erhält diese Flüssigkeit notwendigerweise eine kreisförmige Bewegungskomponente während sie durch die Schlitze 60 in den ringförmigen Raum 26 strömt.

Vorzugsweise hat jede Rippe 42 eine freie Kante 66, die in Eingriff mit der inneren Oberfläche der Wand 24 oder in enger Nähe zu dieser Oberfläche steht.

Wie Fig. 8 zeigt, hat die Filtergruppe 40 eine Basis 70, die einen kanalförmi­ gen Abschnitt 72 hat. Der kanalförmige Abschnitt 72 umschließt das erste Ende 52 des Filtermittels 13 mit einer Stabilisierungsrippe 74, die in der Schicht aus Plastisol 52 eingebettet ist (Fig. 1 und 4). Der Kanal 72 hat eine innere axial verlaufende Wand 76 und eine äußere axial verlaufende Wand 78, wobei die innere Wand 76 sich in den hohlen Kern 18 des Filtermittels 13 erstreckt (Fig. 1 und 4), während die äußere Wand 78 eine Basis zur Abstützung der Rippen 42 bildet.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Rippengruppe 40 mit Schnappsitz auf das zweite Ende 52 des Filtermittels 13 des Filter­ elementes 12 aufgesetzt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Filtergruppe 40 aus einem elastischen Kunststoffmaterial geformt ist, so daß sie sich selbst durch Reibung um das Filtermittel hält, oder durch Vorsprünge, durch welche ein axiales Auflager mit entsprechenden Flächen des Filterelementes 12 oder des Filtermittels in Eingriff gebracht wird.

Während die Rippengruppe 40 eine bevorzugte Einrichtung ist, um der in die Patrone eintrömenden Flüssigkeit eine spiralförmige Bewegung um das Filtermittel 13 zu erteilen, sind auch andere Anordnungen zur Erreichung dieses Zieles möglich. Beispielsweise können die Einlässe 36 Rohre aufweisen mit Öffnungen, die tangential oder in Umfangsrichtung bezüglich der Achse 16 verlaufen, so daß die in die Patrone eintretende Flüssigkeit in dieser Richtung durchwirbelt wird, um auf die in der Flüssigkeit befindlichen Partikel eine Zentrifugalkraft zu erzeugen. Die Rippen 42 können auch von der zylindrischen Wand 24 radial einwärts gerichtet sein und sie können auch an dieser Wand befestigt sein anstatt am Filterelement 12, um der Flüssigkeit eine spiralförmige Bewegung zu erteilen.

Die bevorzugte Ausführungsform ist jedoch ein geeigneter Weg zur Befesti­ gung der Rippen 42, da nur sehr wenige Herstellungsschritte, wenn überhaupt, geändert werden müssen, außer daß die Rippengruppe 40 auf das erste Ende 52 des Filtermediums 13 aufgesetzt wird.

Durch die vorbeschriebene Anordnung wird die Kapazität der Filterpatrone 10 gesteigert und die Nutzung des Filtermittels erweitert, ohne daß zusätzliches Filtermaterial erforderlich ist. Die zu filtrierende Flüssigkeit kann Schmieröl, Brennstoff, Kühlmittel, Hydraulikfluid, Getriebefluid oder ein anderes Fluid sein, das für unterschiedliche Arten von Maschinen und Motoren verwendet wird.

Claims (11)

1. Filterelement zum Filtrieren einer Flüssigkeit, wobei das Filterelement in einem zylindrischen Gehäuse, das ein erstes und ein zweites Ende hat, eingebaut ist, und die Flüssigkeit in das zylindrische Gehäuse durch das erste Ende angrenzend an das Filterelement eintritt, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Filtermittel mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende angrenzend an das erste Ende des Gehäuses und das zweite Ende angrenzend an das zweite Ende des Gehäuses liegt, ferner durch eine Gruppe von radial vorstehenden Rippen, die angrenzend an das erste Ende des Gehäuses angeordnet sind, ferner dadurch, daß die Rippen so ausgerichtet sind, daß sie der Flüssigkeit im Gehäuse eine rotierende Bewegung erteilen, wenn die Flüssigkeit in das Gehäuse durch dessen erstes Ende eintritt, wodurch Partikel durch die Zentrifugalkraft weg vom Filtermittel geführt werden.

2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen in einer ringförmigen Reihe um das Filterelement angeordnet sind.

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe eine vordere und eine hintere Kante hat, und daß sie bezüglich der Achse des Filters geneigt verläuft, um Schlitze zwischen den Rippen zu bilden, die Einlaß- und Auslaßenden haben, so daß, wenn die Flüssigkeit in das erste Ende des Gehäuses und in die Schlitze eintritt, durch die letzteren der Flüssigkeit eine spiralförmige Bewegung um das Filtermittel erteilt wird, ehe sie durch das Filtermittel durchströmen.

4. Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Rippen auf einer ringförmigen Basis angebracht ist, die um das Filtermittel herum angeordnet und befestigt ist.

5. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Basis einen kanalförmigen Abschnitt hat, welcher das erste Ende des Filtermittels aufnimmt.

6. Filterelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel eine ringförmige Stirndichtung aus einem Kunststoff­ material aufweist, mit welchem der kanalförmige Abschnitt der Basis verbunden ist.

7. Filterelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kanalförmige Abschnitt eine Schnappsitzverbindung aufweist zur Befestigung der Rippen am ersten Ende des Filtermittels.

8. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen, die Basis und der kanalförmige Abschnitt einteilig ausgebildet sind.

9. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippen, die Basis und der kanalförmige Abschnitt als Einheit aus einem Kunststoffmaterial geformt sind.

10. Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen, die Basis und der kanalförmige Abschnitt einteilig ausgebildet sind.

11. Filterelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen, die Basis und der kanalförmige Abschnitt als Einheit aus einem Kunststoffmaterial geformt sind.