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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement mit einem einen Innenraum
begrenzenden Filtertopf mit einem Bodenteil, das einen Fluiddurchlass aufweist,
mit einem im Innenraum des Filtertopfes befindlichen Filtermedium
sowie mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer
Ventileinrichtung am Fluiddurchlass des Bodenteiles.
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Ein
Filterelement dieser Art ist bereits aus der US Patentschrift 5
397 462 bekannt. Je nach Betriebsbedingungen, wie Verschmutzungsgrad
des abzureinigenden Fluides, Stärke
des Volumenstromes und dergleichen müssen derartige Filterelemente
nach Ablauf bestimmter Betriebszeiträume aus dem Filtergehäuse oder
der Filterelementhalterung einer zugeordneten Filtereinrichtung
heraus genommen und durch ein unverbrauchtes Filterelement ersetzt
werden. Durch die am bodenseitigen Fluiddurchlass befindliche Ventileinrichtung
soll verhindert werden, dass beim Ausbau eines verbrauchten Filterelementes
Restfluid zusammen mit den abgesonderten Schmutzstoffen aus dem
Innenraum des Filtertopfes austritt. Bei der oben erwähnten, bekannten Lösung weist
die Ventileinrichtung als Ventilkörper eine Schließkugel auf,
die während
des Betriebes des Filterelementes durch den Fluiddruck des den Fluiddurchlass
durchströmenden
Fluides gegen die Kraft ihres Eigengewichtes von einem Sitz abgehoben
wird.
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Die
bekannte Lösung
ist in mehrerer Hinsicht nachteilig. Zum einen bestimmt der Durchmesser
der Schließkugel
den erreichbaren Strömungsquerschnitt
des Fluiddurchlasses. Wegen der Erhöhung des Eigengewichtes und
der Erhöhung
des dadurch zum Öffnen
erforderlichen Fluiddruckes lassen sich jedoch ausreichende Kugeldurchmesser
in den meisten Fällen
nicht realisieren. Zum zweiten ist ein zuverlässiges Schließen der
Ventileinrichtung aufgrund des Eigengewichtes der Schließkugel nicht
sichergestellt, insbesondere wenn keine genaue Vertikalposition
des Filterelementes beibehalten wird. Die Gefahr, dass kein sicherer
Verschluss durch die Schließkugel
zustande kommt, besteht insbesondere dann, wenn das Filterelement
zu seinem Ausbau aus der Filtereinrichtung aus der Vertikalen in
eine Schräglage
geschwenkt werden muss, wie dies bei der oben erwähnten, bekannten
Lösung
der Fall ist.
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Im
Hinblick auf diesen Stand der Technik stellt sich die Erfindung
die Aufgabe, ein Filterelement zur Verfügung zu stellen, das sich trotz
einfacher und kostengünstiger
Bauweise der Ventileinrichtung durch ein vergleichsweise besseres
Betriebsverhalten auszeichnet.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Filterelement
gelöst,
das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß die Ventileinrichtung
als Ventilkörper
einen schirmartigen, flexiblen Schließmantel aufweist, der im aufgespannten Zustand,
d. h. wenn er eine ausgebreitete Form hat, den Fluiddurchlass sperrt,
lassen sich ohne weiteres große
Querschnitte des Fluiddurchlasses erreichen, weil der Schließmantel
im aufgespannten Zustand eine dem größten Schirmdurchmesser entsprechende
Querschnittfläche überdecken
kann. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, dass der Schließmantel
aufgrund seiner Flexibilität
selbst durch geringe Differenzdrücke
in Richtung auf die geschlossene Schirmkonfiguration bewegt werden
kann, um den Fluiddurchlass freizugeben. Andererseits genügt ein ebenso
geringer Fluiddruck, um den Schließmantel in den aufgespannten,
ausgebreiteten Zustand zu überführen, so
dass, mit anderen Worten gesagt, selbst eine geringe Restfluidmenge
innerhalb des Innenraumes des Filterelementes genügt, um den
sicheren Schließzustand
zu bewirken, wenn ein betreffender Filtrationsbetrieb unterbrochen
wird und das Filterelement aus dem betreffenden Filtergehäuse oder
der Filterhalterung herausgenommen werden soll, um ausgetauscht
zu werden.
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Vorzugsweise
ist der flexible Schließmantel aus
einem falt- oder wölbbaren
Membranmaterial gebildet. Dadurch ergibt sich ein betriebssicherer
dichter Verschluss, wobei eine leichte Beweglichkeit zur Verfügung gestellt
ist, so dass Wölben,
Falten und/oder Ausbreiten zur aufgespannten Schirmform mit besonders
geringen Differenzdrücken
erfolgen kann.
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Das
Membranmaterial kann zusätzlich
mindestens eine verstärkende
Lage, vorzugsweise aus einem Gewebe oder einem Geflecht, aufweisen.
Auf diese Weise lassen sich die gewünschten mechanischen Eigenschaften
des Schließmantels
herstellen, einschließlich
einer gewissen Eigenelastizität,
die versucht, auch bei fehlendem Differenzdruck den Schließmantel
in die aufgespannte, dem größten Schirmdurchmesser
entsprechende Form zu bringen.
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Bei
Ausführungsbeispielen
mit einem Schließmantel,
der im unverformten Zustand kreisrund ist, kann als Ventilsitz ein
in der Öffnung
des Fluiddurchlasses befindlicher Ringkörper mit radial nach innen
vorstehendem Ringrand vorgesehen sein, der eine Dichtfläche bildet,
auf der der Rand des Schließmantels
im aufgespannten Zustand aufliegt und durch Fluiddruck davon abhebbar
ist.
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Bei
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen
ist der Schließmantel
in seinem Zentralbereich an einer Tragstruktur festgelegt, die aus
mindestens einem, vorzugsweise aus mehreren Trägern gebildet ist, wobei sich
die jeweiligen Träger
speichenartig vom Ringrand des Ringkörpers nach innen erstrecken.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe der Erfindung ist gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung auch durch ein Filterelement gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches
8 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Danach
ist als Ventileinrichtung ein Tellerventil vorgesehen, dessen Ventilkörper gegen
eine Rückstellkraft
durch Fluiddruck von seinem Ventilsitz abhebbar ist.
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Auch
bei Benutzung eines derartigen Tellerventils ergeben sich die oben
dargelegten Vorteile, dass nämlich
ein großer
Durchlassquerschnitt erreichbar ist, dessen Durchmesser dem Tellerdurchmesser
des Ventilkörpers
entspricht. Außerdem
ist die erstrebte hohe Betriebssicherheit gewährleistet, weil eine Rückstellkraft
zum Schließen
des Tellerventils vorhanden ist. Dadurch ist, entsprechend der gewählten Stärke der
Rückstellkraft,
der Schließzustand
betriebssicher und unabhängig
von einer von der Vertikalen abweichenden Lage des Filterelementes
sicher gestellt, wobei die Dimen sionierung so sein kann, dass ein
gewünschter,
verhältnismäßig niedriger
Fluiddifferenzdruck ausreicht, um das Tellerventil zu öffnen, das
wiederum durch die Rückstellkraft
sicher in die Schließstellung
gebracht wird, wenn kein Fluiddruck ansteht.
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Vorzugsweise
ist der Ventilkörper
eine kreisrunde, ebene Scheibe, wobei ein in der Öffnung des Fluiddurchlasses
befindlicher Ringkörper
mit radial nach innen vorstehendem Ringrand in gleicher Weise den
Ventilsitz bildet, wie dies auch bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß dem ersten
Aspekt vorgesehen ist.
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Die
den Ventilkörper
bildende Scheibe kann für
ihre Öffnungs-
und Schließbewegungen
an einem in der Öffnung
des Fluiddurchlasses koaxial angeordneten Führungszapfen geführt sein,
der in ähnlicher Weise,
wie dies bei dem Schließmantel
der Fall ist, von zumindest einem Träger gehalten ist, der sich von
dem den Ventilsitz bildenden Ringrand des Ringkörpers weg erstreckt.
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Der
Führungszapfen
kann auch die Lagerung für
eine auf ihm sitzende Schraubenfeder zur Erzeugung der Rückstellkraft
für die
Scheibe bilden.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es
zeigen:
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– 1 eine
perspektivisch und längs
aufgeschnitten gezeichnete Darstellung eines Ausführungsbeispieles
des erfindungsgemäßen Filterelementes,
eingebaut in ein Filtergehäuse
einer zugeordneten Filtereinrichtung, wobei der während eines Filtrationsvorganges
herrschende Betriebszustand dargestellt ist;
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– 2 eine
gegenüber 1 vergrößert und
abgebrochen gezeichnete perspektivische Schrägansicht lediglich eines bodenseitigen
Teilbereiches des Filterelementes von 1 ohne zugehöriges Filtergehäuse;
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– 3 einen
gegenüber 2 leicht
vergrößert gezeichneten
Längsschnitt
des in 2 gezeigten bodenseitigen Bereiches des Filterelementes;
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– 4 einen
der 3 entsprechenden Längsschnitt, wobei jedoch der
Betriebszustand mit in der Schließstellung befindlicher Ventileinrichtung dargestellt
ist, und
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– 5 eine
der 3 ähnliche
Darstellung, wobei jedoch für
die Ventileinrichtung eine andersartige Bauweise gezeigt ist und
der während
des Filtrationsvorganges herrschende Betriebszustand mit geöffneter
Ventileinrichtung dargestellt ist.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Filterelement 1,
eingebaut in ein ein als Ganzes mit 3 bezeichnetes Filtergehäuse einer
im übrigen
nicht gezeigten, zugeordneten Filtereinrichtung. Wie mit Strömungspfeilen 5 und 7 angedeutet,
ist der während
eines Filtrationsvorganges herrschende Betriebszustand dargestellt,
bei dem ein abzureinigendes Fluid durch einen am Bodenteil 9 des
Filterelementes 1 befindlichen Fluiddurchlass 11 in
den Innenraum 13 des Filterelementes 1 einströmt. Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist das Filterelement 1 an
seinem Bodenteil 9 mittels eines O-Ringes 15 am
Rand einer bodenseitigen Öffnung 17 des
Filtergehäuses 3 abgedichtet.
Am oberen Ende ist der Innenraum 13 des Filterelementes 1 mit
einem weiteren O-Ring 19 gegenüber einem Ventilgehäuse 21 abgedichtet,
das Teil eines üblichen
Bypassventils 23 ist, das seinerseits Bestandteil eines
Gehäusedeckels 25 des
Filtergehäuses 3 ist.
In der bei der derartigen Filtergehäusen üblichen Weise erstreckt sich
vom Ventilgehäuse 21 koaxial
zur Längsachse 29 (3 und 4)
des Innenraumes 13 ein Magnetstab 27 mit Permanentma gneten
in den Innenraum 13 hinein, um aus dem abzureinigenden
Fluid ferromagnetische Partikel abzusondern.
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2 bis 4 verdeutlichen
nähere
Einzelheiten des dem Bodenteil 9 benachbarten Bereiches
des Filterelementes 1. Wie zu ersehen ist, erstreckt sich
konzentrisch zur Längsachse 29 ein Ringkörper 31 in
den Innenraum 13, wobei der Ringkörper 31 in der Art
eines abgestuften Tubus mit seinem Mantel die Öffnung des Fluiddurchlasses 11 definiert
und endseits einen radial nach innen eingezogenen Ringrand 33 bildet,
der, wie nachstehend erläutert,
eine Ventilsitz-Dichtfläche
für eine
als Ganzes mit 35 bezeichnete Ventileinrichtung bildet.
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Im übrigen ist
das Filterelement 1 von an sich bekannter Bauweise und
weist einen beim vorliegenden Beispiel kreiszylindrisch geformten
Filtertopf 37 auf, an dessen Innenseite ein Filtermedium 39 angrenzt.
Inder bei derartigen Filterelementen üblichen Weise sind in der Wand
des Filtertopfes 37 Durchgänge 41 vorgesehen,
die nur in 1 und 2 angedeutet,
jedoch nicht sämtliche
beziffert sind. Wie in 3 und 4 durch
Pfeile 43 verdeutlicht, tritt abgereinigtes Fluid nach
dem Passieren des Filtermediums 39 durch die Durchgänge 41 aus
dem Filterelement 1 aus. Dieses abgereinigte Fluid verläßt, wie
in 1 mit dem Pfeil 7 angedeutet, das Filtergehäuse 3 durch
eine bodenseitige Öffnung 45.
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Wie
am deutlichsten aus 2 bis 4 ersichtlich
ist, ist der Ventilkörper
der Ventileinrichtung 35 durch einen schirmartigen, flexiblen
Schließmantel 47 gebildet.
Dabei handelt es sich um ein falt- oder wölbbares Membranmaterial aus
einem fluiddichten Elastomer oder einem Gummiwerkstoff. 1 bis 3 zeigen
den Schließmantel 47 in
einem Zustand, in dem er durch den Fluiddruck des in Richtung des
Strömungspfeiles 5 den
Durchlass 11 durch strömenden
Fluides aus einem aufgespannten Zustand in eine einem teilweise
geschlossenen Schirm entsprechende Form gewölbt oder gefaltet ist, so dass,
wie mit Pfeilen 49 in 3 angedeutet, der
Fluiddurchtritt zum Innenraum 13 freigegeben ist. 4 zeigt
demgegenüber
den Zustand des Schließmantels 47,
bei dem er aus dem der teilweise geschlossenen Schirmform entsprechenden
Konfiguration in die aufgespannte Konfiguration bewegt ist, beispielsweise
dadurch, dass keine dem Strömungspfeil 5 entsprechende
Fluidzufuhr von außen her
erfolgt und/oder eine Belastung von oben her entsprechend dem Pfeil 51 in 4 ansteht,
beispielsweise durch eine Restfluidmenge, die sich im Innenraum 13 des
Filterelementes 1 befindet. Der Schließmantel 47 liegt hierbei
auf dem als Ventilsitz-Dichtfläche
fungierenden Ringrand 33 des Ringkörpers 31 auf; so dass
der Durchlass 11 fluiddicht geschlossen ist, so dass ein
Austausch des Filterelementes 1 vorgenommen werden kann,
ohne dass die Gefahr besteht, dass durch den Durchlass 11 austretendes,
ungereinigtes Fluid, gegebenenfalls mit enthaltenen Schmutzstoffen,
die Umgebung belastet.
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Wie 1 bis 4 zeigen,
ist der Schließmantel 47 in
seinem Zentralbereich an einer Trägerstruktur verankert, die,
wie am deutlichsten aus 2 zu ersehen ist, aus stabartigen
Trägern 53 gebildet
ist. Diese erstrecken sich vom Ringrand 33 weg speichenartig
in radialer Richtung nach innen und vereinigen sich im Zentralbereich
zur Bildung einer Anbringstelle 55 für den Schließmantel 47.
Dieser weist für
seine Verankerung einen noppenartigen, endseits kugelförmig erweiterten
Vorsprung 57 auf, der einen an der Anbringstelle 55 befindlichen
Durchbruch so durchgreift, dass eine clip- oder druckknopfartige Verankerung zustande
kommt.
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Zur
Anpassung an die in Frage kommenden Betriebsbedingungen wie Druckniveau,
Stärke
des Volumenstromes, Strömungsgeschwindigkeit,
Vis kosität
des Fluides und dergleichen können
am oder im Membranmaterial eine oder mehrere verstärkende Lagen,
beispielsweise in Form eines Gewebes oder Geflechtes, vorgesehen
sein, um einen Verbundwerkstoff mit den optimalen Betriebseigenschaften hinsichtlich
Flexibilität,
Eigenelastizität
und dergleichen zu erreichen. Das Membranmaterial kann beispielsweise
so gestaltet sein, dass es die Neigung hat, im drucklosen Zustand,
d. h. wenn kein Differenzdruck ansteht, die in 4 gezeigte,
aufgespannte Form anzunehmen.
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5 zeigt
in einer der 3 entsprechenden Darstellung
eine alternative Bauweise, wobei, wie in 3, der Betriebszustand
dargestellt, bei dem entsprechend dem Strömungspfeil 5 Fluid
durch den Durchlass 11 hindurch dem Innenraum 13 zugeführt wird.
Anders als zuvor beschrieben, ist als Ventileinrichtung 61 ein
Tellerventil mit einer kreisrunden Ventilscheibe 63 vorgesehen.
Wie bei dem zuvor beschriebenen Beispiel, bei dem der Schließmantel 47 in
der Schließstellung
der Ventileinrichtung mit dem Ringrand 33 am Ringkörper 1 zusammenwirkt,
liegt beim Beispiel von 5 die Ventilscheibe 63 mit
ihrem Scheibenrand auf dem Ringrand 33 des Ringkörpers 31 auf,
wobei der Ringrand 33 die Ventilsitz-Dichtfläche bildet:
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5 zeigt
den Betriebszustand, bei dem die Ventilscheibe 63 zur Freigabe
des Durchlasses 11 abgehoben ist. Die Scheibe 63 hat
sich dabei in Axialrichtung auf einem Führungszapfen 65 bewegt, der
koaxial zur Längsachse 29 angebracht
ist. Zwischen einer auf dem Führungszapfen 65 befindlichen Mutter 67 und
der Scheibe 63 ist eine Schraubenfeder 69 zur
Bildung einer Rückstellkraft
eingespannt, die die Ventileinrichtung 61 zu schließen sucht.
Die Verankerung des Führungszapfens 65 erfolgt
in entsprechender Weise wie die Verankerung des Schließmantels 47 der
Ventileinrichtung 35 an. einer Anbringstelle 55,
an der sich die speichenartigen Träger 53 im Zen tralbereich
vereinigen, welche sich, wie bei der zuvor beschriebenen Lösung, radial
vom Ringrand 33 weg erstrecken.
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Die
Ventilscheibe 63, vorzugsweise eine dünne Metallscheibe, kann in
dem mit dem Ringrand 33 zusammenwirkenden Dichtungsbereich
oder ganzflächig
mit einer Lage oder Schicht eines Dichtungsmaterials 71 versehen
sein.