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Die Erfindung betrifft einen Filter, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Kraftstofffilter oder -Ölfilter.
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Stand der Technik
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Ölfilter, Kraftstofffilter oder vergleichbare Filter, insbesondere von Kraftfahrzeugen bestehen in einer häufig benutzten Bauform aus einem fest eingebauten Filter-Deckelteil, mit dem ein Gehäusetopf lösbar verschraubt ist. Für Wartungsarbeiten kann der Gehäusetopf vom Filter-Deckelteil abgeschraubt werden, um das darin gehaltene Filterelement auszutauschen. Nach Austausch des Filterelementes wird der Gehäusetopf wieder aufgeschraubt.
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Eine alternative Bauform sind sogenannte Wechselfilter. Bei Wechselfiltern ist das Filterelement fest in einem Gehäuse mit einem Deckel eingebracht. Die Gesamtheit aus Gehäuse und Filterelement wird beim Filterwechsel ausgetauscht.
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In allgemeiner Bauform sind die Wechselfilter oder Gehäusetöpfe zylindrisch und glatt ausgeführt. Bei der Montage werden sie manuell aufgeschraubt und von Hand nach Vorgabe in der festziehenden Drehrichtung festgezogen. Nach einiger Betriebszeit ist zum Lösen des Wechselfilters oder Gehäusetopfes jedoch ein erheblich höheres Drehmoment in der entgegengesetzten, lösenden Drehrichtung erforderlich als das zuvor aufgebrachte festziehende Drehmoment. Für das lösende Drehmoment reicht oft die Handkraft nicht aus, weshalb geeignete Werkzeuge zum Einsatz kommen. Ein solches Werkzeug kann beispielsweise ein Stahlband sein, welches zusammen mit einem Handgriff um die zylindrische Außenwand des Wechselfilters oder Gehäusetopfes geschlungen wird. In den zunehmend beengten Verhältnissen des Motorraumes kann ein solches Werkzeuges nicht immer in befriedigender Weise eingesetzt werden, weshalb der Wunsch nach einem geeigneten Werkzeugansatz besteht.
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In alternativer Bauform sind Wechselfilter oder Gehäusetöpfe bekannt, in deren Umfangswand an dem vom Filter-Deckelteil entfernten Ende ein Mehrkant ausgeformt ist. An diesen Mehrkant kann eine Zange oder eine Schraubhilfe angesetzt werden, um den Wechselfilter oder Gehäusetopf zu lösen. Allerdings kann auch nicht ausgeschlossen werden, dass der Wechselfilter oder Gehäusetopf mit einem solchen Werkzeug am Werkzeugansatz festgeschraubt wird, wobei das vorgeschriebene geringe Anzugsmoment auch überschritten werden kann. Eine Schädigung des Systems ist nicht auszuschließen. Die
DE 10 2005 006 881 A1 zeigt einen Filter, bei dem am Gehäusetopf ein Werkzeugansatz für die Drehung des Wechselfilters angeordnet ist. Des Weiteren ist eine Ratschenanordnung vorgesehen, die in der fest ziehenden Drehrichtung ein maximales festziehendes Drehmoment überträgt. Die
DE 10 2004 000 056 A1 lehrt verschiedene Einstellungsmöglichkeiten des Drehmoments zum Öffnen und Schließen des Gehäuses.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Filter derart weiterzubilden, dass ein vereinfachtes und betriebssicheres Festziehen und Lösen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Wechselfilter oder alternativ ein Filter mit einem Gehäusetopf vorgeschlagen, bei dem zwischen dem Wechselfilter oder Gehäusetopf und dem Werkzeugansatz eine Ratschenanordnung vorgesehen ist, die in der festziehenden Drehrichtung ein maximales festziehendes Drehmoment und in der lösenden Drehrichtung ein maximales lösendes Drehmoment überträgt, wobei das maximale lösende Drehmoment größer ist als das maximale festziehende Drehmoment. Hierbei bleibt weiterhin die Möglichkeit bestehen, den Gehäusetopf manuell festzuziehen. Sofern jedoch ein Werkzeug am Werkzeugansatz zum Festziehen benutzt wird, ist das maximal erzielbare festziehende Drehmoment durch die Ratschenanordnung begrenzt. Die Ratschenanordnung übernimmt hier die Funktion eines Drehmomentschlüssels bzw. eines Drehmomentbegrenzers, der oberhalb des vorgegebenen schließenden Grenzdrehmomentes den Werkzeugansatz gegenüber dem Wechselfilter oder Gehäusetopf durchdrehen lässt. Die Überschreitung des maximal vorgesehenen festziehenden Drehmomentes ist damit verhindert. In der umgekehrten lösenden Drehrichtung besteht diese Einschränkung jedoch nicht. Das maximal übertragbare lösende Drehmoment ist größer als das maximal übertragbare festziehende Drehmoment, so dass der Wechselfilter oder Gehäusetopf auch nach längerer Betriebszeit mittels des Werkzeugansatzes und eines daran gesetzten Werkzeuges zuverlässig gelöst werden kann.
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Bevorzugt liegt das festziehende Drehmoment in einem Bereich von einschließlich 10 Nm bis einschließlich 25 Nm, wodurch einerseits ein sicheres Festziehen des Wechselfilters oder Gehäusetopfes möglich ist, andererseits jedoch ein Überdrehen vermieden ist. Das lösende Drehmoment ist bevorzugt > 25 Nm und/oder ≤ 250 Nm. Eine Begrenzung nach oben kann zweckmäßig sein, ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. In jedem Falle steht ein hinreichendes übertragbares Drehmoment in der lösenden Drehrichtung zur Verfügung, um auch einen erheblich festsitzenden Wechselfilter oder Gehäusetopf zuverlässig lösen zu können.
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Für die Ausbildung der Ratschenanordnung kommen verschiedene Bauformen in Betracht. Vorteilhaft sind mindestens eine und insbesondere mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte, in radialer Richtung federnde Klinken vorgesehen, die in Ausnehmungen eines Mitnehmers eingreifen. Die Klinken können radial ausgerichtet sein. Bevorzugt sind sie gegen die lösende Drehrichtung schräg zur radialen Drehrichtung geneigt. Die elastische Ausgestaltung kann in einfacher Weise derart angepasst werden, dass sich das vorgesehene übertragbare Drehmoment einstellt. Durch die bevorzugte schräge Neigung der Klinken wird ihre Bewegungskinematik derart ausgenutzt, dass sich ohne zusätzliche Maßnahmen in der lösenden Drehrichtung ein höheres übertragbares Drehmoment einstellt als in der schließenden Drehrichtung. Insgesamt ist die Anordnung einfach sowie kostensparend im Aufbau und weist dabei eine dauerhafte Funktionssicherheit auf.
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Die Klinken sind vorteilhaft einteilig mit einem Nabenstück insbesondere aus elastisch federndem Kunststoff ausgebildet. im Spritzgussverfahren kann mit geringem Aufwand eine komplexe geometrische Struktur erstellt werden, die eine präzise gegenseitige Anpassung von Materialeigenschaften und geometrischen Eigenschaften zu dem gewünschten Elastizitätsverhalten zusammenfügt.
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Das Nabenstück ist vorteilhaft als separates Einzelteil gefertigt und auf einen gehäusefesten Zapfen des Wechselfilters oder Gehäusetopfes drehmomentübertragend aufgesteckt. Die Separierung des Nabenstückes vom Wechselfilter oder Gehäusetopf ermöglicht die Herstellung beider Bauteile mit vergleichsweise einfachen Formwerkzeugen.
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Der Mitnehmer für die Klinken kann ein separates Bauteil sein, ist jedoch bevorzugt einteilig mit dem Werkzeugansatz ausgebildet. insgesamt ergibt sich eine geringe Teilezahl mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand sowie auch mit hoher Betriebssicherheit.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in schematischer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Filter mit einem Werkzeugansatz und mit einer zwischenliegenden Ratschenanordnung;
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2 den Filter nach 1 mit einem angeschweißten Zapfen zur Aufnahme der Ratschenanordnung;
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3 in schematischer Draufsicht die Ratschenanordnung nach 1 mit elastisch federnden Klinken im Eingriff mit dem Werkzeugansatz;
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4 eine Variante der Ratschenanordnung nach 3 mit Klinken in Form von nach außen sich verjüngenden Federzungen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Gehäusetopf 1 zur Verschraubung mit einem nicht näher dargestellten Filter-Deckelteil 2. Zur Vereinfachung ist hier die Erfindung an einem Beispiel eines Gehäusetopfes für ein auswechselbares Filterelement beschrieben, dies kann natürlich vom Fachmann auf einen Wechselfilter mit geringfügigen Modifikationen übertragen werden. Hierzu ist der Gehäusetopf durch Wechselfilter zu ersetzen, die Ratschenanordnung ist hiervon unberührt. Der Gehäusetopf und das Filter-Deckelteil 2 sind Teil eines Filters, der hier im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kraftfahrzeug-Kraftstofffilter ist. Es kann aber auch ein Ölfilter oder dergleichen vorgesehen sein. Das Filter-Deckelteil 2 kann in einer lösenden Drehrichtung 3 vom Filter-Deckel 2 gelöst bzw. abgeschraubt werden und in einer entgegengesetzten festziehenden Drehrichtung 4 wieder an das Filter-Deckelteil 2 angeschraubt werden.
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Der Gehäusetopf 1 umfasst eine zylindrische Umfangswand 12, die an ihrem dem Filter-Deckelteil 2 abgewandten Ende mittels eines Gehäusebodens 13 geschlossen ist. Am Gehäuseboden 13 ist ein Werkzeugansatz 5 koaxial zur Längsachse des Gehäusetopfes 1 angebracht, wobei zwischen dem Werkzeugansatz 5 eine im Zusammenhang mit den 3 und 4 näher beschriebene Ratschenanordnung 5 vorgesehen ist. Beim Ansetzen eines Werkzeuges an den Werkzeugansatz 5 überträgt die Ratschenanordnung 6 vom Werkzeugansatz 5 auf den Gehäusetopf 1 in der festziehenden Drehrichtung 4 ein maximales festziehendes Drehmoment und in der lösenden Drehrichtung 3 ein maximales lösendes Drehmoment, wobei das maximale lösende Drehmoment größer ist als das maximale festziehende Drehmoment. Beim Überschreiten des maximalen festziehenden Drehmomentes gibt die Ratschenanordnung 6 die Drehverbindung zwischen dem Werkzeugansatz 5 und dem Gehäusetopf 1 frei, so dass sich der Werkzeugansatz 5 in der festziehenden Drehrichtung 4 gegenüber dem Gehäusetopf 1 verdreht, wodurch ein übermäßiges Festziehen des Gehäusetopfes 1 am Filter-Deckelteil 2 verhindert ist. Das maximale festziehende Drehmoment liegt dabei vorteilhaft in einem Bereich von einschließlich 10 Nm bis einschließlich 25 Nm, wodurch ein hinreichendes übertragbares Drehmoment zur Verfügung steht, um den Gehäusetopf 1 am Filter-Deckelteil 2 zuverlässig und betriebssicher festzuziehen, und wodurch andererseits ein übermäßiges Festziehen mit der Gefahr der Schädigung des Systems vermieden ist. Das maximale lösende Drehmoment ist vorteilhaft ≥ 25 Nm und insbesondere ≤ 250 Nm. Hierdurch steht zwischen dem Werkzeugansatz 5 und dem Gehäusetopf 1 in der lösenden Drehrichtung 3 ein hinreichend übertragbares maximales lösendes Drehmoment zur Verfügung, um auch einen festsitzenden Gehäusetopf 1 vom Filter-Deckelteil 2 zuverlässig lösen zu können. Eine Begrenzung des maximalen lösenden Drehmomentes kann zweckmäßig sein, ist jedoch abweichend vom festziehenden Drehmoment nicht erforderlich.
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2 zeigt den Gehäusetopf 1 nach 1 mit abgenommenem Werkzeugansatz 5 und auch ohne Ratschenanordnung 6. Es ist zu erkennen, dass am Gehäuseboden 13 koaxial zur Erstreckung des Gehäusetopfes 1 ein gehäusefester Zapfen 11 für die Drehmomentübertragung von der Ratschenanordnung 6 (1) auf den Gehäusetopf 1 angeordnet ist. Für die Drehmomentübertragung weist der Zapfen 11 einen unrunden, hier quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf. Es kann aber auch ein Querschnitt in Form eines Vielzahnes oder dergleichen zweckmäßig sein. Für eine zuverlässige Drehmomentübertragung zwischen dem Zapfen 11 und dem Gehäusetopf 1 ist der Gehäuseboden 13 noch im Anschlussbereich des Zapfens 11 mit einer angedeuteten Verstärkung 14 versehen.
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3 zeigt in schematischer Draufsicht die Ratschenanordnung 6 nach 1 im Wechselspiel mit dem Werkzeugansatz 5. Der Werkzeugansatz 5 ist hier als Sechskant zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels ausgebildet. Es kann auch ein Zwölfkant, ein Vielzahn oder eine andere geeignete geometrische Ausgestaltung des Werkzeugansatzes 5 vorteilhaft sein.
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Die Ratschenanordnung 6 umfasst ein Nabenstück 10 mit Klinken 7 sowie einen Mitnehmer 9. Dabei ist mindestens eine Klinke 7 vorzusehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere, hier vier über den Umfang gleichmäßig verteilte, in radialer Richtung federnde Klinken 7 vorgesehen. Die Klinken 7 können als Einzelteile ausgebildet sein und beispielsweise gegen separate Federelemente gegenüber dem Nabenstück 10 radial verschieblich sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Klinken 7 einteilig mit dem Nabenstück 10 aus elastisch federndem Spritzguss-Kunststoff ausgebildet. Außerdem sind die Klinken 7 entgegen der lösenden Drehrichtung 3 schräg zur radialen Richtung geneigt. Der Mitnehmer 9 umschließt die Anordnung aus dem Nabenstück 10 mit den Klinken 7 umfangsseitig und weist dabei radial nach innen offene, sich im übrigen radial nach außen erstreckende Ausnehmungen 8 für jede Klinke 7 auf, wobei die Klinken 7 in die Ausnehmungen 8 radial von innen nach außen eingreifen. Der Mitnehmer 9 kann ein separates Einzelteil sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist er einteilig mit dem Werkzeugansatz 5 ausgebildet, indem der Werkzeugansatz 5 auf seiner radialen Innenseite eine entsprechende geometrische Ausbildung aufweist Auch der Werkzeugansatz 5 ist aus elastisch nachgiebigem Kunststoff gefertigt, kann aber auch in Metall, z. B. Blech, gefertigt sein.
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Die Klinken 7 weisen eine radial äußere Stirnfläche 16 sowie zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen 17, 18 auf, wobei die Stirnfläche 16 und die beiden Seitenflächen 17, 18 im radial äußeren Bereich von einer gleichartig geformten Ausnehmung 8 umschlossen sind. Durch die Neigung der Klinken 7 schräg zur radialen Richtung entgegen der lösenden Drehrichtung 3 bewirkt die Schrägstellung, dass sich die Ausnehmung 8 bei Drehung des Werkzeugansatzes in der lösenden Drehrichtung 3 gegen die geneigte Seitenfläche 18 anlegt. Aufgrund der Neigung der Klinke 7 führt ihre elastische Nachgiebigkeit beim Aufbringen eines entsprechenden Drehmomentes dazu, dass sich die Klinke 7 aus ihrer Schrägstellung heraus in die radiale Richtung aufrichtet und dabei schließlich so tief in die zugeordnete Ausnehmung 8 eingreift, dass die Stirnfläche 16 gegen den Grund der Ausnehmung 8 stößt. Dementsprechend kann ein hohes lösendes Drehmoment aufgebracht werden. Beim Aufbringen eines festziehenden Drehmomentes in der festziehenden Drehrichtung 4 legt sich die Ausnehmung 8 an die gegenüberliegende Seitenfläche 17 an und führt aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit der Klinke 7 dazu, dass sich die vorgegebene Neigung vergrößert. Ein geringes Drehmoment kann dennoch übertragen werden. Bei Überschreiten eines konstruktiv vorgegebenen, maximalen festziehenden Drehmomentes wird die Neigung der Klinke 7 so groß, dass ihr radial äußerer Endbereich so weit radial nach innen wandert, dass er nicht mehr in die Ausnehmung 8 eingreift. Beim Erreichen dieses maximalen festziehenden Drehmomentes dreht der Werkzeugansatz 5 in der festziehenden Drehrichtung 4 gegenüber dem Nabenstück 10 durch, womit das übertragbare Drehmoment in der festziehenden Drehrichtung 4 begrenzt ist.
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Alternativ kann eine Begrenzung des Drehmoments durch ein Durchrutschen der Klinke 7 durch die Ausnehmung 8 realisiert werden.
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Das Nabenstück 10 ist mittig mit einer unrunden Öffnung 15 versehen, die in ihrer Form mit dem Querschnitt des Zapfens 11 nach 2 übereinstimmt. Das Nabenstück 10 ist mittels dieser Öffnung 15 auf dem Zapfen 11 (2) des Gehäusetopfes 1 aufgesteckt, wodurch zwischen beiden Bauteilen eine drehmomentübertragende Verbindung hergestellt ist. Das mit dem nicht dargestellten Werkzeug auf dem Werkzeugansatz 5 aufgebrachte lösende oder festziehende Drehmoment überträgt sich mittels der Ratschenanordnung 6 und dem Zapfen 11 auf den Gehäusetopf 1.
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Abweichend von der zeichnerischen Darstellung nach 3 sind alle vorhandenen Klinken 7 und Ausnehmungen 8 von gleicher geometrischer Ausgestaltung. Alternativ zu der vorstehend beschriebenen geometrischen Ausgestaltung kann aber auch die mit 7' bezeichnete Ausführung zum Einsatz kommen, die hier nur der besseren Übersichtlichkeit halber als weiter zusätzliche Option gemeinsam mit der vorstehend beschriebenen Option in 3 dargestellt ist. Demnach weist die Klinke 7' keine radial äußere Stirnfläche 16, sondern eine schräg zu radialen Richtung geneigte Stirnfläche 19 und eine in Gegenrichtung schräg geneigte Seitenfläche 20 auf. Die zugehörige Ausnehmung 8' ist in gleicher Weise geometrisch ausgebildet, so dass die schräge Stirnfläche 19 und die schräge Seitenfläche 20 in ihrem radial äußeren Bereich von der Ausnehmung 8 umschlossen werden. Hinsichtlich der drehmomentübertragenden Wirkung in der festziehenden Drehrichtung 4 ergibt sich die gleiche Wirkung wie im Zusammenhang mit der Klinke 7 beschrieben. In der lösenden Drehrichtung 3 kann jedoch die schräge Stirnfläche 19 auch für eine Drehmomentbegrenzung in analoger Weise zur Drehmomentbegrenzung in der festziehenden Drehrichtung 4 genutzt werden. Im übrigen stimmt die Anordnung aus der Klinke 7' und der Ausnehmung 8' mit der Anordnung aus der Klinke 7 und der Ausnehmung 8 überein.
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4 zeigt eine Variante der Ratschenanordnung 6 nach 3, wobei am Nabenstück 10 Klinken 7'' in Form von nach außen sich verjüngenden Federzungen angebracht sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht zusätzliche Freiheitsgerade bei der Festlegung der elastischen Nachgiebigkeit der Klinken 7'' und damit des übertragbaren Drehmomentes. Zur prinzipiellen Funktionsweise gilt das Gleiche wie im Zusammenhang mit 3 gesagt.
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In allen Ausführungsbeispielen wird das übertragbare Drehmoment im Wesentlichen durch die elastische Nachgiebigkeit der Klinken 7, 7', 7'' in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bestimmt. Alternativ oder in Kombination dazu kann auch die elastische Nachgiebigkeit des Mitnehmers 9 herangezogen werden.
