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Die
Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einem einen Fluideinlass
und einen Fluidauslass aufweisenden Filtergehäuse und mit
einem darin aufnehmbaren und tauschbaren Filterelement, das ein erstes
Filtermedium aufweist, das einen sich entlang einer Längsachse
erstreckenden ersten Filterhohlraum umgibt und von seiner Außenseite
her zum ersten Filterhohlraum hin von zu reinigendem Fluid durchströmbar
ist, sowie ein zweites Filtermedium aufweist, das einen zum ersten
Filterhohlraum koaxialen, weiter innenliegenden zweiten Hohlraum
umgibt, der mit dem Fluidauslass des Filtergehäuses in Fluidverbindung
bringbar ist.
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Filtervorrichtungen
dieser Art sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen
und Baugrößen bekannt. Die
WO 02/062447 A1 zeigt
beispielsweise eine Vorrichtung dieser Art, bei der innerhalb des
Filtergehäuses ein hohlzylinderartiges Filterelement angeordnet
ist, zu dessen Außenseite über einen Fluideinlass
des Filtergehäuses Schmutzflüssigkeit zugeführt
wird, die das außenliegende Filtermedium von außen
nach innen durchströmt. Die derart filtrierte Flüssigkeit
wird dann über den Fluidauslass im Filtergehäuse
zur weiteren Verwendung abgeführt. Je länger das
Filterelement für die Filtration in Betrieb ist, umso mehr
wird es von Verschmutzungen zugesetzt, bis schließlich
das Filterelement eine nahezu undurchlässige Barriere für
den Fluidstrom bildet. Um Betriebsstörungen durch den sich
ergebenden Anstieg der Druckdifferenz zwischen Fluideinlass und Fluidauslass
zu vermeiden, ist es Stand der Technik, ein Bypassventil als sogenannte
Umgehungseinrichtung vorzusehen, die bei einer einen Schwellenwert übersteigenden
Druckdifferenz öffnet und einen fluidführenden
Weg unter Umgehung des durch Verschmutzungen zugesetzten Filtermediums
zum Fluidauslass hin freigibt.
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Bei
der vorstehend genannten, bekannten Lösung ist ein entsprechendes
Bypassventil mit federbelastetem Schließkörper
Innerhalb des ersten Filterhohlraumes vorgesehen und derart angeordnet, dass
bei geöffnetem Bypassventil ungereinigtes Fluid in den
innerhalb des ersten Filtermediums befindlichen ersten Filterhohlraum
eintritt. In letzterem befindet sich, koaxial zum ersten Filtermedium
ein zweites Filtermedium, das wiederum einen innenliegenden zweiten
Hohlraum umgibt, aus dem das Fluid über den Fluidauslass
des Filtergehäuses abfließen kann. Beim normalen
Betrieb der bekannten Filtervorrichtung, also bei geschlossenem
Bypassventil durchströmt das zu reinigende Fluid zunächst
das erste Filtermedium von außen nach innen in den ersten
Filterhohlraum hinein, gelangt dort zur Außenseite des zweiten
Filtermediums und nach Durchströmen des zweiten Mediums
zum innenliegenden zweiten Filterhohlraum und aus diesem zum Fluidauslass.
Bei Öffnen des Bypassventils infolge eines Zusetzens des ersten
Filtermediums tritt das ungereinigte Fluid unmittelbar über
das Bypassventil in den ersten Filterhohlraum ein, durchströmt
das zweite Filtermedium von außen nach innen und tritt
aus dem Fluidauslass des Filtergehäuses aus.
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Das
Betriebsverhalten der bekannten Lösung ist insofern unbefriedigend,
als die Hintereinanderschaltung von erstem und zweitem Filtermedium, wie
sie im Normalbetrieb bei geschlossenem Bypassventil gegeben ist,
wo die Filtermedien jeweils nacheinander durchströmt werden,
zu einer geringen Effizienz der Filtration führt, weil
zum zweiten Filtermedium das Fluid bereits in einem vom ersten Filtermedium
weitestgehend gereinigten Zustand gelangt. Da das zweite Filtermedium
für den Fall der Betätigung des Bypassventils
als Bypassschutzsieb ausgelegt sein muss, ist es wenig geeignet,
eine Feinfiltration des durch das erste Filtermedium bereits gereinigten Fluides
durchzuführen.
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Im
Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe,
eine Filtervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sich
demgegenüber durch ein verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist
diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die
die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Danach
besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass
eine Strömungsleiteinrichtung als integrierter Bestandteil
vorhanden ist, die für das in das Filtergehäuse
eintretende, zu reinigende Fluid zwei Strömungswege vorgibt,
durch die erstes und zweites Filtermedium strömungsmäßig
parallel geschaltet sind, was bedeutet, dass zwei Filtermedien,
die koaxial zueinander eines innerhalb des anderen angeordnet sind,
jeweils von der Außenseite her gleichzeitig mit ungereinigtem
Fluid durchströmbar sind, was zu einer optimalen Ausnutzung
des im Filtergehäuse zur Verfügung stehenden Raumes führt,
so dass sich für die im Betrieb gleichzeitig durchströmten
Filtermedien ein Filterflächenzuwachs gegenüber
bekannten Lösungen von 50% oder mehr realisieren läßt.
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Hierbei
kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Strömungsleiteinrichtung
ein Trennrohr aufweist, das sich zu den Filtermedien koaxial in einem
Abstand sowohl von der Innenwand des ersten Filtermediums als auch
von der Außenseite des zweiten Filtermediums in Längsrichtung
erstreckt und den ersten Filterhohlraum von der Außenseite des
zweiten Filtermediums separiert, wobei das Trennrohr ein offenes
Ende für den Eintritt von Fluid in den entlang der Innenseite
des Trennrohres verlaufenden zweiten Strömungsweg sowie
ein den zweiten Strömungsweg abschließendes geschlossenes
Ende aufweist. Derartige Ausführungsbeispiele zeichnen
sich durch einen besonders einfachen und platzsparenden Aufbau der
Strömungsleiteinrichtung aus.
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Der
innere, zweite Hohlraum kann an demjenigen Ende, das mit dem am
Boden des Filtergehäuses befindlichen Fluidauslass verbindbar
ist, einen bodenseitigen Ringkörper aufweisen, der eine
Einfassung für das zweite Filtermedium sowie den Verschluß des
geschlossenen Endes des Trennrohres bildet, das mit dem Ringkörper
an dessen Außenumfang verbunden ist, der sich in einem
radialen Abstand von der Einfassung des zweiten Filtermediums befindet.
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Bei
Ausführungsbeispielen, bei denen ein Bypassventil vorhanden
ist, durch dessen Betätigung eine Fluidverbindung zwischen
dem Fluideinlass und dem zweiten Filterhohlraum zustande kommt,
ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass sich an das vom
Ringkörper entfernte Ende des zweiten Filterhohlraumes
ein hierzu koaxialer dritter Filterhohlraum anschließt,
der vom zweiten Filterhohlraum durch das Bypassventil getrennt und
von einem zum zweiten Filtermedium koaxialen dritten Filtermedium umgeben
ist, dessen Außenseite, mit der Außenseite des
zweiten Filtermediums fluchtend, sich entlang des zweiten Strömungsweges
im Abstand von der Innenseite des Trennrohres erstreckt. In besonders vorteilhafter
Weise kann hierbei das dritte Filtermedium speziell als Bypassschutzfilter
ausgelegt werden, da es nur im Falle der Betätigung des
Bypassventils durchströmt wird, wobei das Fluid, das aus
dem zweiten Strömungsweg durch das dritte Filtermedium (Bypassschutzfilter)
hindurch in den dritten Filterhohlraum eintritt über das
Bypassventil und den zweiten Filterhohlraum unmittelbar über
den Fluidauslass abströmt.
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Vorzugsweise
umgibt das zweite Filtermedium ein inneres, fluiddurchlässiges
Stützrohr, das an einem Ende in der Einfassung des bodenseitigen Ringkörpers
sitzt und am anderen Ende zusammen mit dem zweiten Filtermedium
in einer Einfassung sitzt, die in einem ersten Gehäuseteil
des Bypassventiles ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Anordnung
hierbei so getroffen, dass das Bypassventil ein sich axial an das
erste Gehäuseteil anschließendes zweites Gehäuseteil
aufweist, das eine Einfassung für das dritte Filtermedium
und dessen inneres Stützrohr bildet. In vorteilhafter Weise
bildet bei dieser Bauweise das Bypassventil mit seinen Gehäuseteilen
nicht nur das normalerweise gesperrte, durch Druckbetätigung
entsperrbare Trennelement zwischen zweitem und drittem Filterhohlraum,
sondern bildet auch das mechanische Verbindungselement mit Einfassungen
für beide betreffenden Filtermedien mit zugehörigen
Stützrohren.
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Hierbei
kann das zweite Gehäuseteil einen Ventilsitz für
einen am ersten Gehäuseteil geführten, durch Federkraft
in die Schließstellung vorgespannten Ventilkörper
bilden.
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Da
das dritte Filtermedium nur bei geöffnetem Bypassventil
von Fluid durchströmt wird, kann es in vorteilhafter Weise
als speziell an die jeweiligen Gegebenheiten angepaßtes
Bypass-Schutzfilter ausgebildet sein.
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Bei
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist das
Filterelement einen zweiten bodenseitigen Ringkörper auf, über
dessen Ringöffnung der erste Filterhohlraum mit dem Fluidauslass
des Filtergehäuses verbindbar ist und dessen Umfangsbereich
eine Einfassung für das bodenseitige Ende des ersten Filtermediums
und dessen inneres Stützrohr bildet.
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An
dem den bodenseitigen Ringkörpern entgegengesetzten Ende
kann das Filterelement ein Deckelteil aufweisen, das den dritten
Filterhohlraum verschließt, einen Fluiddurchgang in das
offene Ende des Trennrohres hinein freiläßt und
Einfassungen für erstes und drittes Filtermedium und für
deren Stützrohre bildet.
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Vorzugsweise
bildet das Trennrohr an seinem offenen, an den Fluiddurchgang des
Deckelteiles angrenzenden Ende eine Einlauferweiterung, über
deren Endrand das Trennrohr an der Innenseite des Stützrohres
des ersten Filtermediums befestigt ist.
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Gemäß dem
Patentanspruch 13 ist Gegenstand der Erfindung auch ein für
den Einsatz bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung
vorgesehenes Filterelement, das in einem Filtergehäuse
der Filtervorrichtung tauschbar aufnehmbar ist.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematisch vereinfacht gezeichneten Längsschnitt des Ausführungsbeispieles der
Filtervorrichtung;
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2 eine
gegenüber 1 in größerem Maßstab,
aufgeschnitten und perspektivisch gezeichnete Darstellung lediglich
des sich an bodenseitige Ringkörper anschließenden
unteren Ende des Filterelementes des Ausführungsbeispieles
und
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3 eine
in demgegenüber kleinerem Maßstab gezeichnete
perspektivische Schrägansicht des eine tauschbare Einheit
bildenden Filterelementes.
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Die
Filtervorrichtung weist ein nur in 1 dargestelltes
Filtergehäuse 1 mit einem Gehäusedeckel 3 auf,
der abnehmbar ist, um ein Filterelement in den im großen
Ganzen hohlzylinderförmigen Innenraum des Filtergehäuses 1 einsetzen
und tauschen zu können. Das in den Fig. als Ganzes mit 5 bezeichnete
Filterelement weist die bei derartigen Filterelementen weit verbreitete
kreiszylindrische Patronenform auf, wobei ein aus einem Kunststoffwerkstoff einstückig
geformtes oberes Deckelteil 7 einen klappbaren Bügel 9 als
Handhabe für das Einsetzen und Tauschen des Filterelementes 5 aufweist.
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Das
Filtergehäuse 1 weist für das zu reinigende
Fluid einen seitlichen Fluideinlass 11 sowie am Gehäuseboden
einen eine zentrale Öffnung bildenden Fluidauslass 13 für
den Austritt des gereinigten Fluides auf. Der Öffnungsrand
des Fluidauslasses 13 bildet einen ins Gehäuseinnere
vorstehenden Stutzen 15, dessen Umfangsrand eine Elementaufnahme
für das Filterelement 5 bildet, genauer gesagt einen
Sitz für die Ringöffnung 17 (2)
eines bodenseitigen Ringkörpers 19, der den unteren
Abschluß des Filterelementes 5 bildet.
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Wie
am deutlichsten aus 2 zu ersehen ist, bildet der
Ringkörper 19 zwischen seinem hoch gestellten, äußeren
Umfangsrand 21 und einer wei ter innenliegenden, ebenfalls
hochgestellten Ringfläche 23 eine Einfassung 25 für
die Endabschnitte eines ersten Filtermediums 27, das mit
seiner Innenseite an einem fluiddurchlässigen Stützrohr 29 anliegt.
Bei dem Filtermedium 27 handelt es sich um eine eine Art
Hohlzylinder bildende Filtermatte, die in üblicher und
nicht näher dargestellter Weise plissiert ist und zusammen
mit dem Ende des Stützrohres 29 über entsprechende
Kleb- und/oder Dichteinrichtungen in der Einfassung 25 gesichert
ist. In entsprechender Weise bildet das Deckelteil 7 an
seinem das Filtermedium 27 übergreifenden Umfangsrand 31 eine
Einfassung für die oberen Enden des Filtermediums 27 und
dessen Stützrohr 29, wobei ebenfalls über
Verklebung und/oder Dichtverbindung ein fester Verbund mit dem Deckelteil 7 gebildet
ist, das aus Kunststoff einstückig geformt ist.
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Koaxial
zum ersten Filtermedium 27 und zu dessen Stützrohr 29 sind
radial weiter innenliegend ein zweites Filtermedium 33 mit
innerem Stützrohr 35 sowie ein drittes Filtermedium 37 mit
innerem Stützrohr 39 vorgesehen. Wie für
die oberen Enden des ersten Filtermediums 27 und dessen
Stützrohr 29 bildet das Deckelteil 7 radial
weiter innenliegend auch eine Einfassung 41 für
die oberen Enden des dritten Filtermediums 37 und dessen
Stützrohr 39, wobei die Verankerung am Deckelteil 7 ebenfalls
durch Verkleben gebildet ist. An das andere, untere Ende des dritten
Filtermediums 37 und dessen Stützrohr 39 schließt
sich fluchtend und ebenfalls koaxial zum ersten Filtermedium 27 das
zweite Filtermedium 33 mit seinem Stützrohr 35 an,
wobei die Verbindungsstelle zwischen zweitem Filtermedium 33 und
drittem Filtermedium 37 durch ein erstes Gehäuseteil 43 und
ein zweites Gehäuseteil 45 gebildet ist, die zusammen ein
Bypassventil bilden, worauf unten noch eingegangen wird. Das sich
vom Bypassventil nach unten ersteckende zweite Filtermedium 33 mit
Stützrohr 35, deren Länge etwa doppelt
so groß ist als die Länge des dritten Filterelements 37 und
dessen Stützrohres 39 sind an ihrem unteren Ende
an einem weiteren, bodenseitigen Ringkörper 47 eingefaßt.
Dessen Gestaltung und Lagebeziehung zum anderen Ringkörper 19,
der das bodenseitige Ende des Filterelementes 5 bildet,
sind am deutlichsten aus 2 entnehmbar. Wie gezeigt, befindet
sich dieser weiter oben liegende Ringkörper 47 in
einem axialen Abstand vom endseitigen Ringkörper 19,
so dass zwischen der Außenseite des Ringkörpers 47 und
der Ringöffnung 17 ein Fluiddurchlass 49 gebildet
ist, über den der sich an der Innenseite des ersten Filtermediums 27 befindende
Filterhohlraum, hier als der erste Filterhohlraum 51 bezeichnet,
mit dem Fluidauslass 13 des Filtergehäuses 1 in
Verbindung ist. Über die Ringöffnung 50 des
Ringkörpers 47 ist auch der an der Innenseite
des zweiten Filtermediums 33 befindliche Filterhohlraum,
hier als zweiter Filterhohlraum 53 bezeichnet, mit dem
Fluidauslass 13 des Filtergehäuses 1 in
Fluidverbindung.
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Das
zweite Filtermedium 33 erstreckt sich etwa über
2/3 der Länge des ersten Filtermediums 27 bis
zu dem ersten Gehäuseteil 43 des Bypassventiles.
Dieses Gehäuseteil 43 bildet zusammen mit dem an
ihm anliegenden und mit ihm verbundenen zweiten Gehäuseteil 45 des
Bypassventiles Einfassungen sowohl für das zweite Filtermedium 33 und
dessen Stützrohr 35 als auch für das
dritte Filtermedium 37 mit seinem Stützrohr 39.
Der vom Bypassventil vom zweiten Filterhohlraum 53 getrennte
dritte Filterhohlraum 55 ist an dem vom Bypassventil abgekehrten Ende
vom Deckelteil 7 abgeschlossen.
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Zur
Bildung des Bypassventiles ist am ersten Gehäuseteil 43 ein
Ventilkörper 46 axial verschiebbar, der durch
eine Feder 44 in seine Schließstellung vorgespannt
ist, in der der Ventilkörper 46 an einem am zweiten
Gehäuseteil 45 ausgebildeten Ventilsitz 48 dichtend
anliegt. Die durch die Feder 44 bewirkte Schließkraft
ist so gewählt, dass bei einer vorgegebenen Druckdifferenz
zwischen dem dritten Filterhohlraum 55 und dem mit dem
Fluidauslass 13 in Verbindung stehenden zweiten Filterhohlraum 53 das
Bypassventil öffnet.
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Der über
den Durchlass 49 mit dem Fluidauslass 13 verbundene
erste Filterhohlraum 51 bildet Teil des ersten der beiden
Strömungswege, die in der Filtervorrichtung für
den Fluiddurchstrom vorgegeben sind. Die die Strömungswege
vorschreibende Strömungsleiteinrichtung weist als Hauptbestandteil ein
Trennrohr 57 auf. Dieses erstreckt sich von seinem an das
Deckelteil 7 anschließenden offenen Ende 59 koaxial
in einem Abstand von dem Stützrohr 29 und in einem
etwa gleich großen Abstand von der Außenseite
des dritten Filtermediums 37 und des zweiten Filtermediums 33 bis
zum Ringkörper 47 am Ende des zweiten Filterhohlraumes 53 hin.
An diesem Ende ist das Trennrohr 57 am Außenumfang
des Ringkörpers 47 befestigt und dadurch abgeschlossen.
Am oberen, offenen Ende 59 weist das Trennrohr 57 eine
Erweiterung 61 auf, die einen Einlauftrichter bildet, über
den ungereinigtes Fluid, vom Innenraum des Gehäusedeckels 3 her, über
Einströmschlitze 63 im Deckelteil 7 ins
Innere des Trennrohres 57 eintritt, d. h. zum zweiten Strömungsweg
gelangt, der sich koaxial zu dem entlang der Außenseite
des Trennrohres 57 verlaufenden Teil des ersten Strömungsweges
erstreckt. Das offenen Ende 59 des Trennrohres 57 ist
am Öffnungsrand der Erweiterung 61 durch Verheften
mit dem Stützrohr 29 an diesem fixiert.
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Bei
normalem Filtrationsbetrieb, d. h. bei geschlossenen Bypassventil,
verläuft die Fluidströmung in der Weise, wie sie
in 1 mit den nicht bezifferten, mit ausgezogener
Linie gezeichneten Strömungspfeilen verdeutlicht ist. Für
den Fall, dass das Bypassventil öffnet, ergibt sich eine
Fluidströmung in der Weise, wie sie in 1 mit
nicht bezifferten, mit gestrichelter Linie gezeichneten Strömungspfeilen verdeutlicht
ist. Demgemäß gelangt das Fluid im Normalbetrieb
von der Außenseite des Filterelementes 5 her nach
Durchströmen des ersten Filtermediums 27 über
den ersten Strömungsweg entlang der Außenseite
des Trennrohres 57 über den Durchlass 49 zum Fluidauslass 13.
Gleichzeitig gelangt das zu reinigende Fluid zur Erweiterung 61 am
offenen Ende 59 des Trennrohres, d. h. es gelangt im Verlauf
des zweiten Strömungswegs zur Außenseite des zweiten
Filtermediums 33, durchströmt dieses von außen
nach innen und erreicht als gereinigtes Fluid ebenfalls den Fluidauslass 13 über
die Ringöffnung 50 des Ringkörpers 47.
Somit ergibt sich für erstes Filtermedium 27 und
zweites Filtermedium 33 ein paralleler Filtrationsbetrieb.
Aufgrund der koaxialen Anordnung der Filtermedien und der dadurch
optimalen Raumausnutzung, steht eine besonders große Filterfläche
zur Verfügung. Bei einem Ansprechen des Bypassventiles
ist der vom dritten Filtermedium 37 umgebene dritte Filterhohlraum 55 in
unmittelbarer Fluidverbindung mit dem Fluidauslass 13 während
die Außenseite des den dritten Filterhohlraum umgebenden dritten
Filtermediums 37 an das im zweiten Strömungsweg
befindliche, ungereinigte Fluid angrenzend. Das dritte Filtermedium 37 ist
lediglich bei geöffnetem Bypassventil durchströmt,
hat also lediglich die Funktion eines Bypass-Schutzfilters und kann
auf diese Aufgabe hin speziell ausgelegt sein. Durch die Trenneinrichtung
ist ein homogener, turbulenzfreier Strömungsweg für
das zu filtrierende Fluid erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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