DE102006062807B4

DE102006062807B4 - Filterelement

Info

Publication number: DE102006062807B4
Application number: DE200610062807
Authority: DE
Inventors: Günther Müller; Gerhard Stehle
Original assignee: RT Filtertechnik GmbH
Current assignee: RT Filtertechnik GmbH
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2026-03-16

Abstract

Filterelement (1) – mit einem einen Innenraum (13) begrenzenden Filtertopf (37) mit einem Bodenteil (9), – mit einem Fluiddurchlass (11) zum Einströmen von abzureinigendem Fluid in den Innenraum (13), – mit einem im Innenraum (13) des Filtertopfes (37) befindlichen Filtermedium (39), sowie – mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer Ventileinrichtung (35) am Fluiddurchlass (11), – wobei als Ventileinrichtung (35) ein Tellerventil vorgesehen ist, dessen Ventilkörper (63) gegen eine Rückstellkraft (69) durch Fluiddruck von seinem Ventilsitz (33) abhebbar ist, – wobei der Ventilkörper eine kreisrunde ebene Scheibe (63) ist, und – wobei ein in der Öffnung des Fluiddurchlasses (11) befindlicher Ringkörper (31) mit radial nach innen vorstehendem Ringrand (33) den Ventilsitz bildet, von dem die Scheibe (63) durch den Fluiddruck abhebbar ist, – wobei der Fluiddurchlass (11) am Bodenteil (9) des Filtertopfes (37) vorgesehen ist und die Scheibe (63) der Ventileinrichtung (35) in Axialrichtung des Fluiddurchlasses (11) vom Ventilsitz (33) abhebbar ist, – dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (31) in der Art eines abgestuften Tubus mit seinem Mantel sich konzentrisch zur Längsachse (29) in den Innenraum (13) erstreckt und die koaxial zur Längsachse (29) des Innenraums (13) gerichtete Öffnung des Fluiddurchlasses (11) definiert, und – dass am Bodenteil (9) eine bodenseitige Öffnung (45) zum Abströmen von abgereinigtem Fluid aus dem Innenraum (13) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement mit einem Innenraum begrenzenden Filtertopf mit einem Bodenteil, mit einem Fluiddurchlass zum Einströmen von abzureinigendem Fluid in den Innenraum, mit einem iminnenraum des Filtertopfes befindlichen Filtermedium, sowie mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer Ventileinrichtung am Fluiddurchlass, wobei als Ventileinrichtung ein Tellerventil vorgesehen ist, dessen Ventilkörper gegen eine Rückstellkraft durch Fluiddruck von seinem Ventilsitz abhebbar ist, wobei der Ventilkörper eine kreisrunde, ebene Scheibe ist, wobei ein in der Öffnung des Fluiddurchlasses befindlicher Ringkörper mit radial nach innen vorstehendem Ringrand den Ventilsitz bildet, von dem die Scheibe durch den Fluiddruck abhebbar ist, wobei der Fluiddurchlass am Bodenteil des Filtertopfes vorgesehen ist und die Scheibe der Ventileinrichtung in Axialrichtung des Fluiddurchlasses vom Ventilsitz abhebbar ist.
Ein aus US 4,279,746 bekanntes Filterelement weist einen Fluideinlass an einem Ende eines Filtergehäuses und eine Endkappe am dem Fluideinlass gegenüberliegenden Ende des Filtergehäuses auf sowie einen am endkappenseitigen Ende seitlich angeordneten Fluidauslass. Eine koaxial zur Längsachse des Filtergehäuses bzw. des Filterelements angeordnete Ventileinrichtung dient beim Betrieb des Filterelements mit einem Fluidstrom vom Fluideinlass zum Fluidauslass als Bypass-Ventil. Beim Betrieb des Filterelements mit umgekehrter Fluidrichtung vom Fluidauslass zum Fluideinlass dient die Ventileinrichtung als den Öffnungsdruck steuerndes Ventil. Die Ventileinrichtung umfasst ein Tellerventil, welches entlang eines ortsfesten, sich in Längsrichtung des Filterelements erstreckenden Bolzens geführt und durch eine Druckfeder beaufschlagt ist.
Ein Filterelement der eingangs genannten Art ist aus US 3,295,680 bekannt geworden. Das bekannte Filterelement wird in einem hydraulischen System eingesetzt, um Öl aus einem Reservoir in das hydraulische System und zurück in das Reservoir zu pumpen. Das zwischen dem Reservoir und dem hydraulischen System angeordnete Filterelement ist an einer Seite über eine Leitung mit dem Reservoir und an einer entgegengesetzten anderen Seite mit einer im hydraulischen System ein Vakuum erzeugenden Pumpe verbunden. Falls bei bestimmten Umgebungstemperaturen die Viskosität des Öls in dem Reservoir derart herabgesetzt wird, dass der Fluss durch das Filterelement beträchtlich erschwert bzw. verzögert ist, wird bei einem bestimmten Vakuum die Scheibe gegen die Kraft der Feder vom Ventilsitz abgehoben und ein Bypass-Fluidweg für unfiltriertes Öl durch das Filterelement freigegeben. Sobald die Temperatur des Öls im Betrieb des Systems ansteigt und folglich dessen Viskosität abnimmt, reicht das Vakuum nicht mehr aus, den Ventilkörper bzw. die Schiebe weiter geöffnet zu halten und das Bypass-Ventil wird durch die Feder wieder geschlossen.
US 3,315,809 offenbart ein Filterelement mit einer Ventilanordnung, welche ein Bypass-Ventil in Form einer Ventilscheibe umfasst, auf welcher eine ringförmige Dichtung vorgesehen ist. Auf der Oberseite der dem Bypass-Ventil zugeordneten Scheibe ist ein L-förmiges Verstärkungsglied angebracht zur Aufnahme des unteren Endes einer Feder, welche zur Druckbeaufschlagung der Ventilscheibe dient. Das Bypass-Ventil bleibt geschlossen, solange der Differenzdruck über die Filterpatrone unterhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt. Das Bypass-Ventil ist an einem ins Innere des Filterelementes ragenden Gehäuseteil angeordnet.
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.
Durch die DE 44 24 552 A1 ist ein Filterelement bekannt, mit einem Bodenteil, das einen Fluiddurchlass aufweist, mit einem einen Innenraum des Filterelementes begrenzenden Filtermedium sowie mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer Ventileinrichtung am Fluiddurchlass des Bodenteils, wobei als Ventilsitz für den Ventilkörper ein in der Öffnung des Fluiddurchlasses befindlicher Ringkörper mit radial nach innen vorstehendem Ringrand vorgesehen ist, der eine Dichtfläche bildet, und wobei zumindest ein sich vom Ringrand des Ringkörpers nach innen erstreckender Träger für die Anlage des Ventilkörpers vorgesehen ist, der in der fluidsperrenden Stellung auf dem Träger in stützender Weise aufliegt. Ein weiteres Filterelement ist aus der US Patentschrift 5 397 462 bekannt.
Bei der bekannten Lösung besteht der Ventilkörper aus einer oder mehreren elastischen Klappen, die jeweils mit ihrem Außenumfangsrand mit der Dichtfläche des Ringkörpers fest verbunden sind. In dem dahingehend randseitigen Auflage- und Verbindungsbereich weist die jeweilige flexible Klappe zusätzliche punktförmige Scharnierstellen in Form einer Lochung auf, um nach Möglichkeit eine dichte Schließsituation für die jeweilige Klappe in der Sperrstellung zu erreichen. Unabhängig von der Anzahl der über den Fluiddruck aufsteuerbaren Klappen, die über den zurückgehaltenen Schmutz im Inneren des Filterraumes in ihre Schließstellung gedrückt werden, kann es im angrenzenden Abdichtbereich der einzelnen Klappen jedoch zu Dichtheitsproblemen kommen, so dass sich insoweit ein nachteiliges Betriebsverhalten ergibt.
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 und insbesondere optimierte Strömungseigenschaften auszeichnet.
Diese Aufgabe ist durch ein Filterelement gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Dadurch, dass der Ringkörper in der Art eines abgestuften Tubus mit seinem Mantel sich konzentrisch zur Längsachse in den Innenraum erstreckt und die koaxial zur Längsachse des Innenraums gerichtete Öffnung des Fluiddurchlasses definiert, lässt sich ein besonders großer Durchlassquerschnitt für das Fluid erreichen, dessen Durchmesser dem Tellerdurchmesser des Ventilkörpers entspricht, wobei durch den abgestuften Tubus eine Strömungsrichtung des anströmenden Fluids und ein fluidtechnisch optimaler Zufluss erreicht wird. Dadurch, dass am Bodenteil eine bodenseitige Öffnung zum Abströmen von abgereinigtem Fluid aus dem Innenraum vorgesehen ist, wird erreicht, dass sowohl der Fluidzufluss als auch der Fluidabfluss am Bodenteil erfolgen und die jeweiligen Fluidströme jeweils koaxial zur Längsachse des Innenraums des Filtertopfes bzw. des Filterelements verlaufen. Hieraus ergibt sich der Vorteil einer kompakten Bauweise und eine vereinfachte Anforderung an einen Einbauraum, da lediglich eine Zugänglichkeit des Bodenteils für Fluidströme gegeben sein muss.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filterelements sind Gegenstände von Unteransprüchen.
Der Fluiddurchlass ist bevorzugt konzentrisch zur Längsachse des Innenraums angeordnet. Weiter ist es vorteilhaft, dass die Scheibe für Öffnungs- und Schließbewegungen an einem in der Öffnung des Fluiddurchlasses koaxial angeordneten Führungszapfen geführt ist.
Der Führungszapfen kann auch die Lagerung für eine auf ihm sitzende Schraubenfeder zur Erzeugung der Rückstellkraft für die Scheibe bilden. Hier 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 sichergestellt, wobei die Dimensionierung 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.
Weiter ist es vorteilhaft, dass die Scheibe zumindest in dem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Flächenbereich eine Lage oder Beschichtung aus einen Dichtungsmaterial aufweist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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; und
2 eine gegenüber 1 vergrößert und abgebrochen gezeichnete perspektivische Schrägansicht lediglich eines bodenseitigen Teilbereiches des Filterelementes von 1 ohne zugehöriges Filtergehäuse, wobei der während des Filtrationsvorganges herrschende Betriebszustand mit geöffneter Ventileinrichtung dargestellt ist.
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 Gehäusedekkels 25 des Filtergehäuses 3 ist. In der bei der derartigen Filtergehäusen üblichen Weise erstreckt sich vom Ventilgehäuse 21 koaxial zur Längsachse 29 (2) des Innenraumes 13 ein Magnetstab 27 mit Permanentmagneten in den Innenraum 13 hinein, um aus dem abzureinigenden Fluid ferromagnetische Partikel abzusondern.
2 verdeutlicht 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.
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. In der bei derartigen Filterelementen üblichen Weise sind in der Wand des Filtertopfes 37 Durchgänge 41 vorgesehen, die nur in 1 angedeutet, jedoch nicht sämtlich beziffert sind. Wie in 2 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.
2 zeigt einen Betriebszustand der Ventileinrichtung 35, bei dem entsprechend dem Strömungspfeil 5 Fluid durch den Durchlass 11 hindurch dem Innenraum 13 zugeführt wird. Als Ventileinrichtung 35 dient ein Tellerventil mit einer kreisrunden Ventilscheibe 63. Wenn die Ventilscheibe 63 mit ihrem Scheibenrand auf dem Ringrand 33 des Ringkörpers 31 aufliegt, bildet insoweit der Ringrand 33 die Ventilsitz-Dichtfläche aus.
2 zeigt jedoch 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 35 zu schließen sucht. Die Verankerung des Führungszapfens 65 erfolgt an einer Anbringstelle 55, an der sich einzelne Speichenteile eines Trägers 53 im Zentralbereich vereinigen, welche sich radial vom Ringrand 33 weg erstrecken.
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. Wie mit Pfeilen 49 in 5 angedeutet erfolgt in der Offenstellung des Ventiles der Fluiddruchtritt zum Innenraum 13 hin. Im geschlossenen, nicht dargestellten Zustand der Ventileinrichtung 35 liegt die Scheibe 63 auf denn als Ventilsitz-Dichtfläche fungierenden Ringrand 33 des Ringkörpers 33 auf, so dass der Durchlass 11 fluiddicht geschlossen ist, und ein Austausch des Filterelementes 1 kann vorgenommen werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch den Durchlass 1 austretendes, ungereinigtes Fluid, gegebenenfalls mit enthaltenen Schmutzstoffe, die Umgebung belastet.

Claims

Filterelement (1) – mit einem einen Innenraum (13) begrenzenden Filtertopf (37) mit einem Bodenteil (9), – mit einem Fluiddurchlass (11) zum Einströmen von abzureinigendem Fluid in den Innenraum (13), – mit einem im Innenraum (13) des Filtertopfes (37) befindlichen Filtermedium (39), sowie – mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer Ventileinrichtung (35) am Fluiddurchlass (11), – wobei als Ventileinrichtung (35) ein Tellerventil vorgesehen ist, dessen Ventilkörper (63) gegen eine Rückstellkraft (69) durch Fluiddruck von seinem Ventilsitz (33) abhebbar ist, – wobei der Ventilkörper eine kreisrunde ebene Scheibe (63) ist, und – wobei ein in der Öffnung des Fluiddurchlasses (11) befindlicher Ringkörper (31) mit radial nach innen vorstehendem Ringrand (33) den Ventilsitz bildet, von dem die Scheibe (63) durch den Fluiddruck abhebbar ist, – wobei der Fluiddurchlass (11) am Bodenteil (9) des Filtertopfes (37) vorgesehen ist und die Scheibe (63) der Ventileinrichtung (35) in Axialrichtung des Fluiddurchlasses (11) vom Ventilsitz (33) abhebbar ist, – dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (31) in der Art eines abgestuften Tubus mit seinem Mantel sich konzentrisch zur Längsachse (29) in den Innenraum (13) erstreckt und die koaxial zur Längsachse (29) des Innenraums (13) gerichtete Öffnung des Fluiddurchlasses (11) definiert, und – dass am Bodenteil (9) eine bodenseitige Öffnung (45) zum Abströmen von abgereinigtem Fluid aus dem Innenraum (13) angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddurchlass (11) konzentrisch zur Längsachse (29) des Innenraums (13) angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (63) für Öffnungs- und Schließbewegung an einem in der Öffnung des Fluiddurchlasses (11) koaxial angeordneten Führungszapfen (65) geführt ist.
Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen (65) von zumindest einem Träger (53) gehalten ist, der sich von dem den Ventilsitz bildenden Ringrand (33) des Ringkörpers (31) weg erstreckt.
Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf dem Führungszapfen (65) sitzende Schraubenfeder (69) zur Erzeugung der Rückstellkraft für die Scheibe (63) vorgesehen ist.
Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (63) zumindest in dem mit dem Ventilsitz (33) zusammenwirkenden Flächenbereich eine Lage (71) oder Beschichtung aus einem Dichtungsmaterial aufweist.
Filterelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerung des Führungszapfens (65) an einer Anbringstelle (55) erfolgt, an der sich einzelne Speichenteile des Trägers (53) im Zentralbereich vereinigen, welche sich vom Ringrand (33) weg erstrecken.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom Ventilgehäuse (21) koaxial zur Längsachse (29) des Innenraums (13) ein Magnetstab (27) mit Permanentmagnet in den Innenraum (13) hinein erstreckt.
Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur bodenseitigen Ventileinrichtung (35) am oberen Ende des Filtertopfes (37) ein Bypass-Ventil (23) vorgesehen ist.