DE102009003030A1

DE102009003030A1 - Herstellungsverfahren für Fluidfilter und danach herstellbarer Filter

Info

Publication number: DE102009003030A1
Application number: DE200910003030
Authority: DE
Inventors: Uwe Renner; Jens Wallenhorst; Sonja Winsel; Marco Rosendahl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines aus einem Filtergehäuse mit zwei Gehäuseschalen (1, 2) und einem von dem Filtergehäuse aufgenommenen Filterelement (3) bestehenden Fluidfilters. Nach dem beschriebenen Verfahren wird an den Rändern der in einem Kunststoffformprozess hergestellten Gehäuseschalen (1, 2) jeweils ein flanschförmiger Fügebereich (9) mit daran ausgebildeten Fügekonturen (6) erzeugt. Die Gehäuseschalen (1, 2) werden unter Wärmeeinwirkung an Fügeflächen (7, 7', 8, 8') ihrer Fügekonturen (6) zusammengefügt, wobei beim Zusammenfügen der Gehäuseschalen (1, 2) zwischen den Fügeflächen (7, 7', 8, 8') ein Randbereich des aus einem Gewebe bestehenden Filterelements (3) angeordnet und in die Materialmatrix der Gehäuseschalen (1, 2) eingebettet wird. Dabei wird vorgeschlagen, die Gehäuseschalen (1, 2) durch Heißgasschweißen zu fügen. Bei einem nach dem Verfahren hergestellten Fluidfilter weisen die Fügekonturen (6) einen dreidimensionalen Verlauf auf, wobei die daran ausgebildeten Fügeflächen (7, 7', 8, 8') jeweils aus mehreren nicht in einer Ebene liegenden und zueinander im Winkel angeordneten Flächenabschnitten bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fluidfilters. Sie bezieht sich ferner auf einen unter Verwendung dieses Verfahrens herstellbaren Fluidfilter, wie er insbesondere in Kraftfahrzeugen als Ölfilter eingesetzt wird.
Ein gattungsgemäßer Fluidfilter besteht aus einer oberen und einer unteren Gehäuseschale und einem zwischen den Gehäuseschalen sowie einem daran vorgesehenen Zulauf für das zu filternde Fluid und einem Fluidauslass angeordneten Filtermedium. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Lösung für das Fügen der Gehäuseschalen und die dabei erfolgende Positionierung des Filtermediums.
Nach dem Stand der Technik werden die Gehäuseschalen derartiger Fluidfilter, wie sie beispielsweise als Saug-Ölfilter für Motoren- oder Getriebeanwendungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, häufig vollständig aus Metall oder teilweise aus Metall und Kunststoff hergestellt. Dabei ist es insbesondere bei Voll-Metallgehäusen üblich, die Randbereiche der zusammenzufügenden Gehäuseschalen entlang ihres Umfangs umzubördeln und zwischen ihnen das zuvor eingelegte Filterelement einzuklemmen. Diese Art des Verbindens ist jedoch im Hinblick auf die erforderliche Dichtheit des Gehäuses teilweise problematisch. Daher werden die Gehäuseschalen vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden. Auf der anderen Seite besteht im Hinblick auf das Bestreben, das Gewicht der Kraftfahrzeuge immer weiter zu reduzieren, die Tendenz, Fluid- beziehungsweise Ölfilter, das heißt deren Gehäuse, vollständig aus Kunststoff herzustellen. Dies wirft jedoch besondere Probleme beim Fügen der Gehäuseschalen unter Einsatz von Schweißtechniken auf. Sofern die Filtermedien, wie häufig anzutreffen, aus Vlieswerkstoffen, Zellulosewerkstoffen, nicht gewebten Kunstfasern oder Nylongeweben bestehen, ist es gebräuchlich, Ultraschallschweißverfahren zum Fügen der unteren und der oberen Gehäuseschale bei gleichzeitiger Positionierung des Filterelements einzusetzen. Durch die dabei auftretenden Relativbewegungen der Schweißflächen zueinander besteht die Gefahr unerwünschter Initialverschmutzungen, welche unter Umständen beim späteren Einsatz der Fluidfilter zu Funktionsstörungen im Motor oder Getriebe eines Kraftfahrzeugs führen können.
Um die Gefahr von Initialverschmutzungen zu vermeiden, ist es bekannt geworden, zur Verbindung der Gehäusehälften der Fluidfilter Laserschweißverfahren einzusetzen. Entsprechende Verfahren werden beispielsweise durch die DE 10 2005 059 546 A1 und die EP 1 438 998 B1 beschrieben. Voraussetzung für den Einsatz eines Laserschweißverfahrens zum Fügen der Gehäusehälften eines vollständig aus Kunststoff bestehenden Fluidfilters ist es, dass eine der Gehäuseschalen für das Laserlicht durchlässig ist, während die andere Gehäuseschale lichtundurchlässig sein und das Laserlicht absorbieren muss. Mittels des Laserlichts wird die lichtundurchlässige Gehäusehälfte in ihrem Randbereich, das heißt im Fügebereich der beiden Gehäusehälften, erwärmt und angeschmolzen.
Aufgrund der wirkenden Wärmeleitung gibt die entsprechende Gehäusehälfte einen Teil der Wärme an den Randbereich der jeweils anderen, zum Zwecke des Fügens mit ihr in Kontakt gebrachten Gehäusehälfte sowie die entsprechenden Flächenbereiche des dazwischen eingefügten Filterelements ab. Hierdurch werden die Randbereiche der einzelnen Elemente des Fluidfilters im Zusammenhang mit einer Plastifizierung des Kunststoffs miteinander verbunden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass für die beiden Gehäusehälften unterschiedliche Kunststoffe, nämlich einerseits ein lichtdurchlässiger Kunststoff und andererseits ein das Laserlicht absorbierender Kunststoff, benötigt werden. Zudem ist die Laserschweißtechnik insbesondere dann vorteilhaft anwendbar, wenn die Elemente des Fluidfilters im Fügebereich zusammenhängende innerhalb einer Ebene ausgebildete Fügeflächen aufweisen. Andererseits ist der Einsatz des Laserschweißens schwierig beziehungsweise aufwendig und daher in manchen Fällen kaum praktikabel, wenn der Fügebereich eine komplexere Geometrie mit nicht in einer Ebene liegenden Fügeflächen aufweist. Dies ist jedoch insbesondere dann gegeben, wenn das Filterelement, wie in einigen Fällen erforderlich, in dem Gehäuse schräg angeordnet oder teilweise abgeschrägt und demzufolge abgewinkelt ausgebildet werden muss. Zudem besteht beim Laserschweißen in manchen Fällen das Problem, dass Konturen, beispielsweise von Anschlussstutzen des Filtergehäuses, in den Strahlengang des Lasers gelangen beziehungsweise dass derartige Störkonturen ein Schweißen mittels Laser überhaupt unmöglich machen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung bereitzustellen, welche es ermöglicht, aus Kunststoff bestehende Gehäusehälften eines Fluidfilters auch im Fall komplizierter Gehäusegeometrien mit der erforderlichen Dichtheit und unter Vermeidung von Initialverschmutzungen zu verbinden. Dabei soll die entsprechende Lösung gleichzeitig eine kostengünstige Fertigung ermöglichen. Hierzu ist ein Verfahren anzugeben. Außerdem soll ein unter Einsatz des Verfahrens herstellbarer Fluidfilter vorgestellt werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein die Aufgabe lösender Fluidfilter ist durch den ersten anordnungsbezogenen Anspruch charakterisiert. Vorteilhafte Ausbeziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die jeweiligen Unteransprüche gegeben.
Das zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Verfahren bezieht sich auf die Herstellung eines aus einem Filtergehäuse mit zwei Gehäuseschalen und einem von dem Filtergehäuse aufgenommenen Filterelement bestehenden Fluidfilters. Entsprechend dem Verfahren wird an den Rändern der in einem Kunststoffformprozess hergestellten Gehäuseschalen jeweils ein flanschförmiger Fügebereich mit daran ausgebildeten Fügekonturen erzeugt. Die Gehäuseschalen werden unter Wärmeeinwirkung an Fügeflächen ihrer Fügekonturen zusammengefügt, wobei beim Zusammenfügen der Gehäuseschalen zwischen den Fügeflächen ein Randbereich des aus einem Gewebe bestehenden Filterelements angeordnet und in die Materialmatrix der Fügeflächen der Gehäuseschalen eingebettet wird. Erfindungsgemäß erfolgt das Fügen der Gehäuseschalen durch Heißgasschweißen. Die beiden Gehäuseschalen des Filtergehäuses werden dabei vorzugsweise aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt. Hierdurch ist es möglich, die Gehäuseschalen in einem so genannten Familienwerkzeug abzuformen, dessen einzelne Formen für die jeweils gleiche Materialbasis zur Herstellung der Formteile optimiert sind. Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Verfahren so gestaltet, dass die Fügeflächen der Gehäuseschalen als Teil einer dreidimensionalen Fügekontur ausgebildet werden. Nähere Ausführungen hierzu sollen im Zusammenhang mit der Erläuterung des die Aufgabe lösenden Fluidfilters erfolgen.
Entsprechend einer praxisrelevanten Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Fügen der Gehäuseschalen in folgenden Schritten:

1. Die beiden Gehäuseschalen werden übereinander angeordnet, wobei die an ihrer Fügekontur ausgebildeten Fügeflächen einander zugewandt und die Gehäuseschalen zunächst noch voneinander beabstandet sind.
2. Zwischen die Gehäuseschalen wird beziehungsweise werden ein Heizelement mit zwei Reihen kranzförmig daran angeordneter Ausbringungsorgane für ein Gas oder zwei Heizelemente mit je einer kranzförmigen Reihe derartiger Ausbringungsorgane verfahren, wobei eine Reihe von Ausbringungsorganen für das Gas der Fügefläche der unteren Gehäuseschale und die andere Reihe von Ausbringungsorganen der oberen Gehäuseschale zugewandt wird.
3. Der Fügebereich der oberen Gehäuseschale wird mittels eines aus den Ausbringungsorganen austretenden heißen inerten Gases direkt erwärmt, während der Fügebereich der unteren Gehäuseschale durch das Filtergewebe des aufliegenden Randbereichs des Filterelements erwärmt wird. Letzteres meint, dass der Fügebereich der unteren Gehäuseschale je nach Beschaffenheit des Filtergewebes durch das Filtergewebe hindurch unmittelbar, aber gegebenenfalls auch, aufgrund von Wärmeleitung, zum Teil mittelbar von dem Filtergewebe erwärmt wird.
4. Das oder die Heizelemente werden aus dem Zwischenraum zwischen der oberen und der unteren Gehäuseschale heraus verfahren und gleichzeitig oder unmittelbar nachfolgend die Gehäuseschalen aufeinander zu bewegt.
5. Die noch erwärmten und infolge dessen plastifizierten Fügeflächen der Gehäuseschalen mit dem zwischen ihnen angeordneten Randbereich des Filterelements werden zusammengedrückt, wobei der Randbereich des Filterelements in die Materialmatrix der Fügeflächen der Gehäuseschalen eingebettet wird.

Ein unter Verwendung des zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbarer Fluidfilter besteht aus einem Filtergehäuse aus Kunststoff mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass und aus einem zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass in dem Filtergehäuse angeordneten Filterelement. Dabei sind der Fluideinlass an einer der beiden Gehäuseschalen und der Fluidauslass an der jeweils anderen Gehäuseschale des Filtergehäuses angeordnet. Beide Gehäuseschalen sind durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden. Sie sind an ihren komplementär zueinander ausgebildeten Fügekonturen miteinander verbunden, wobei zwischen den an den Fügekonturen ausgebildeten, einander zugewandten Fügeflächen der Randbereich des aus einem Filtergewebe bestehenden Filterelements angeordnet ist. Erfindungsgemäß weisen die Fügekonturen der Gehäuseschalen einen dreidimensionalen Verlauf auf. Das heißt, die an den Fügekonturen ausgebildeten Fügeflächen bestehen jeweils aus mehreren nicht in einer Ebene liegenden und zueinander im Winkel angeordneten Flächenabschnitten. Die Fügekonturen der zusammenzufügen Elemente des Fluidfilters müssen dabei selbstverständlich einen korrespondierenden Verlauf aufweisen. Jedoch können die Fügeflächen ein- oder mehrfach abgewinkelt sein und bilden folglich nicht mehr einen zusammenhängenden Flächenbereich innerhalb einer Ebene aus.
Die Möglichkeit, die Fügekonturen der Gehäuseschalen dreidimensional auszubilden, wird durch die Verwendung des Heißgasschweißverfahrens zum Fügen der Gehäuseschalen eröffnet. Anders als im Allgemeinen beim Laserschweißen erforderlich, ist es dabei nicht notwendig, dass die Fügeflächen der Füge- beziehungsweise Schweißkonturen flach ausgebildet, das heißt in einer Ebene liegend und mit ihrer Flächennormalen parallel zur Strahlungsrichtung der Laserlichtquelle angeordnet, sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das Filterelement ohne Rücksichtnahme auf den Verlauf der Fügekontur für das Schweißen ausgebildet und in dem Filtergehäuse angeordnet werden kann. Das Filterelement kann vielmehr, entsprechend den jeweiligen Notwendigkeiten, auch abgewinkelt ausgebildet und/oder schräg innerhalb des Filtergehäuses angeordnet sein. Ferner ist es aufgrund des zum Fügen der Gehäuseschalen verwendeten Heißgasschweißverfahrens möglich, den Fluidfilter, gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung, aus zwei Gehäuseschalen mit identischem Material herzustellen. Abweichend vom Laserschweißverfahren besteht dabei nicht das Erfordernis der transparenten Ausbildung einer der Gehäuseschalen. Auch muss beim Design des Filtergehäuses nicht darauf geachtet werden, wie und wo der Fluideinlass und der Fluidauslass anzuordnen sind um bezüglich des Schweißvorgangs Störkonturen zu vermeiden.
Das Filterelement besteht vorzugsweise aus einem Metallgewebe beziehungsweise besitzt eine Wärmeleitzahl von 20 W/(m·K) oder höher. Aspekte der Erfindung sollen nachfolgend nochmals anhand von Zeichnungen erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: eine beispielhafte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Fluidfilters,
2: der Fluidfilter gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung beziehungsweise bei noch nicht miteinander verbunden Gehäuseschalen.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluidfilters in einer dreidimensionalen Darstellung. Der Fluidfilter besteht aus einer unteren Gehäuseschale 1, einer oberen Gehäuseschale 2 und einem zwischen den Gehäuseschalen 1, 2 angeordneten, in dieser Darstellung nicht erkennbaren Filterelement 3 (siehe hierzu 2). An der oberen Gehäuseschale 2 sind ein Fluidauslass 5 und ein Halteelement 10 zur Befestigung des Fluidfilters an einem bestimmungsgemäßen Einbauort angeordnet. Die untere Gehäuseschale 1 verfügt über einen Fluideinlass 4. Beide Gehäuseschalen 1, 2 bestehen aus demselben Kunststoff, aus welchem sie im Zuge eines Kunststoffformprozesses abgeformt wurden, wobei an den Gehäuseschalen 1, 2 ein flanschförmiger Fügebereich 9 zur Ausbildung einer Fügekontur 6 erzeugt wurde. Sie wurden unter Anwendung eines Heißgasschweißverfahrens gefügt. In der Figur ist erkennbar, dass die Fügekontur 6, an welcher entlang die Gehäuseschalen 1, 2 miteinander verbunden sind, einen nicht geradlinigen Verlauf aufweist.
In der 2 ist der Fluidfilter nochmals in einer Explosionsdarstellung gezeigt, welche den Filter vor der Verbindung seiner Elemente, insbesondere vor der durch Heißgasschweißen erfolgenden Verbindung der Gehäuseunterschalen 1, 2 zeigt. Als Filterelement 3 ist ein metallisches Filtergewebe in dem aus der unteren Gehäuseschale 1 und der oberen Gehäuseschale 2 gebildeten Filtergehäuse angeordnet, dessen Randbereich im Zuge des Fügens der beiden Gehäuseschalen 1, 2 zwischen den Fügeflächen 7, 7', 8, 8' ihrer Fügekonturen 6 angeordnet wird. Aus der Figur ist ersichtlich, dass das Filterelement 3 abgewinkelt ausgebildet ist und die an dem flanschförmigen Fügebereich 9 der Gehäuseschalen 1, 2 erzeugten Fügekonturen 6 daher einen dreidimensionalen Verlauf aufweisen. Die an den Fügekonturen beider Gehäuseschalen ausgebildeten Fügeflächen 7, 7', 8, 8' bestehen dabei jeweils aus einem ersten Flächenabschnitt 7, 8 und einem zweiten Flächenabschnitt 7', 8', die zueinander im Winkel angeordneten sind. Der Randbereich des Filterelements 3 ist in äquivalenter Weise ebenfalls abgewinkelt.

1: Gehäuseschale
2: Gehäuseschale
3: Filterelement
4: Fluideinlass
5: Fluidauslass
6: Fügekontur
7, 7': Fügefläche mit
7: Flächenabschnitt
7': Flächenabschnitt
8, 8': Fügefläche mit
8: Flächenabschnitt
8': Flächenabschnitt
9: flanschförmiger Bereich
10: Halteelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005059546 A1 [0004]
- EP 1438998 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aus einem Filtergehäuse mit zwei Gehäuseschalen (1, 2) und einem von dem Filtergehäuse aufgenommenen Filterelement (3) bestehenden Fluidfilters, nach welchem an den Rändern der in einem Kunststoffformprozess hergestellten Gehäuseschalen (1, 2) je ein flanschförmiger Fügebereich (9) mit einer daran ausgebildeten Fügekontur (6) erzeugt wird und die Gehäuseschalen (1, 2) unter Wärmeeinwirkung an Fügeflächen (7, 7', 8, 8') ihrer Fügekonturen (6) zusammengefügt werden, wobei beim Zusammenfügen der Gehäuseschalen (1, 2) zwischen ihren Fügeflächen (7, 7', 8, 8') ein Randbereich des aus einem Metallgewebe bestehenden Filterelements (3) angeordnet und in die Materialmatrix der Fügeflächen (7, 7', 8, 8') der Gehäuseschalen (1, 2) eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen der Gehäuseschalen (1, 2) durch Heißgasschweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Gehäuseschalen (1, 2) des Filtergehäuses aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeflächen (7, 7', 8, 8') der Gehäuseschalen (1, 2) jeweils als Teil einer dreidimensionalen Fügekontur (6) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseschalen (1, 2) des Filtergehäuses gefügt werden, indem a. die beiden Gehäuseschalen (1, 2) übereinander angeordnet werden, wobei die Fügeflächen (7, 7', 8, 8') ihrer Fügekontur (6) einander zugewandt und die Gehäuseschalen (1, 2) zunächst noch voneinander beabstandet sind, b. ein Heizelement mit zwei Reihen oder zwei Heizelemente mit je einer Reihe kranzförmig an dem Heizelement angeordneter Ausbringungsorgane zur Ausbringung eines Gases zwischen die Gehäuseschalen (1, 2) verfahren werden, wobei eine Reihe der Ausbringungsorgane für das Gas der Fügefläche (7, 7') der unteren Gehäuseschale (1) und die andere Reihe der Ausbringungsorgane der Fügefläche (8, 8') der oberen Gehäuseschale (2) zugewandt wird, c. mittels eines aus den Ausbringungsorganen austretenden heißen inerten Gases die Fügefläche (8, 8') der oberen Gehäuseschale (2) und das Gewebe des aufliegenden Randbereichs des Filterelements (3) sowie durch das Gewebe des Filterelements (3) die Fügefläche (7, 7') der unteren Gehäuseschale (1) erhitzt werden, d. das oder die Heizelemente aus dem Zwischenraum zwischen den Gehäuseschalen (1, 2) heraus verfahren und gleichzeitig oder unmittelbar nachfolgend die Gehäuseschalen (1, 2) aufeinander zu bewegt werden, e. die noch erwärmten und infolge dessen plastifizierten Fügeflächen (7, 7, 8, 8') der Gehäuseschalen (1, 2) mit dem zwischen ihnen angeordneten Randbereich des Filterelements (3) zusammengedrückt werden, wobei der Randbereich des Filterelements (3) in die Materialmatrix der Fügeflächen (7, 7, 8, 8') der Gehäuseschalen (1, 2) eingebettet wird.
Fluidfilter bestehend aus einem Filtergehäuse aus Kunststoff mit einem Fluideinlass (4) und einem Fluidauslass (5) und aus einem zwischen dem Fluideinlass (4) und dem Fluidauslass (5) in dem Filtergehäuse angeordneten Filterelement (3) aus einem Filtergewebe, wobei der Fluideinlass (4) an einer ersten Gehäuseschale (1) und der Fluidauslass (5) an einer, mit der ersten Gehäuseschale (1) durch eine Schweißverbindung zu dem Filtergehäuse verbundenen, zweiten Gehäuseschale (2) angeordnet sind und wobei die beiden das Filtergehäuse ausbildenden Gehäuseschalen (1, 2) an einander zugewandten Fügeflächen (7, 7', 8, 8') komplementärer Fügekonturen (6) verbunden sind, welche an je einem flanschförmigen Fügebereich (9) der Gehäuseschalen (1, 2) ausgebildet sind und zwischen sich einen Randabschnitt des Filterelements (3) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügekonturen (6) der Gehäuseschalen einen dreidimensionalen Verlauf aufweisen und dass die an ihnen ausgebildeten Fügeflächen (7, 7', 8, 8) jeweils mindestens aus einem ersten Flächenabschnitt (7, 8) und einem zweiten Flächenabschnitt (7', 8') bestehen, wobei der erste Flächenabschnitt (7, 8) und der zweite Flächenabschnitt (7', 8') gegeneinander abgewinkelt und somit nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Fluidfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden das Filtergehäuse ausbildenden Gehäuseschalen (1, 2) aus demselben Material bestehen.
Fluidfilter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) aus einem metallischen Filtergewebe besteht.
Fluidfilter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) aus einem Material mit einer Wärmeleitzahl von 20 W/(m·k) oder größer besteht.