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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung, insbesondere
zur Filtration von Gasen oder Flüssigkeiten in Fahrzeugen,
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
der
DE 196 05 425
C2 wird ein Flüssigkeitsfilter beschrieben, der
in einem von einem Deckel verschließbaren Filtergehäuse
ein hohlzylindrisches Filterelement aufweist, welches radial von
außen nach innen von der zu filtrierenden Flüssigkeit
zu durchströmen ist. Das gereinigte Medium wird axial aus
dem Filterelementinnenraum abgeleitet. Um die Durchströmung
der Filtereinrichtung auch für den Fall zu gewährleisten,
dass die Rohseite des Filterelements verschmutzt und eine Durchströmung
in Radialrichtung unmöglich oder zumindest stark erschwert
ist, ist im Bereich einer axialen Stirnseite des Filterelementes
ein Umgehungsventil angeordnet, dessen federkraftbeaufschlagter
Ventilkörper eine Strömungsöffnung in
einer axialen Endscheibe des Filterelementes verschließt.
Steigt der Flüssigkeitsdruck auf der Rohseite zu stark
an, wird der Ventilkörper gegen die Federkraft in eine
Offenposition verstellt und hierdurch ein direkter Strömungsweg
zwischen der Roh- und der Reinseite freigegeben.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen den für
die Umgehung des Filterelementes maßgebenden Grenzdruck flexibel
und präzise einstellen zu können. Vorteilhafterweise
sollen axiale Endscheiben am Filterelement von den Kräften
eines Umgehungsventils zumindest weitgehend entlastet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die
erfindungsgemäße Filtereinrichtung, die insbesondere
zur Filtration von Flüssigkeiten in Fahrzeugen wie Öl
oder Kraftstoff und gegebenenfalls auch zur Filtration von Gasen
wie Verbrennungsluft oder die dem Innenraum zuzuführende
Atemluft eingesetzt wird, umfasst ein radial zu durchströmendes und
als Hohlkörper ausgebildetes Filterelement in einem Filtergehäuse
mit axialen Endscheiben. Für eine direkte Überströmung
zwischen der Rohseite und der Reinseite unter Umgehung des Filterelementes
ist ein Umgehungsventil mit einem Ventilkörper vorgesehen,
der zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung zu
verstellen ist. In Offenstellung gibt der Ventilkörper
einen direkten Strömungsweg durch eine Strömungsöffnung
in einer der axialen Endscheiben frei. Des Weiteren umfasst das
Umgehungsventil einen als eigenständiges Bauteil ausgebildeten
Zusatzstößel, der von dem verstellbaren Ventilkörper
beaufschlagt wird. In der Schließposition drückt
der Ventilkörper gegen den Zusatzstößel
und verschließt die Strömungsöffnung,
so dass der direkte Strömungsweg unter Umgehung des Filterelementes
verschlossen ist und das zu filtrierende Fluid gezwungen ist, den
regulären Strömungsweg radial durch das Filterelement
zu nehmen.
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Einen
Zusatzstößel vorzusehen, weist den Vorteil auf,
dass die Druckverhältnisse, bei denen der Ventilkörper
gegen die Kraft der ihn beaufschlagenden Feder geöffnet
wird, mit hoher Genauigkeit eingestellt werden können.
Der hydraulische oder pneumatische Druck des zu filtrierenden Fluids
auf der Rohseite wird über den Zusatzstößel
auf den Ventilkörper übertragen, wobei die Größe
der unmittelbar mit dem Fluid in Kontakt kommenden Fläche
am Zusatzstößel die zu übertragende Kraft
bestimmt. Übersteigt diese aus dem Fluiddruck resultierende
Kraft die Federkraft, welche die Strömungsöffnung
verschließt, wird der direkte Strömungsweg unter
Umgehung des Filterelementes zwischen der Rohseite und der Reinseite
freigegeben. Es besteht somit die Möglichkeit, zusätzlich
neben der Dimensionierung der auf den Ventilkörper wirkenden
Feder über die Dimensionierung der in Kontakt mit dem Fluid
auf der Rohseite gelangenden Fläche den Grenzdruck zu beeinflussen,
bei dem das Umgehungsventil geöffnet wird.
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Ein
weiterer Vorteil dieser Ausführung ist darin zu sehen,
dass der Ventilkörper des Umgehungsventils die Endscheibe
nicht unmittelbar kraftbeaufschlagt, sondern stattdessen auf den
Zusatzstößel wirkt. Dies eröffnet die
Möglichkeit, eine Konstruktion auszubilden, bei der die
Endscheibe von den Kräften des Umgehungsventils entlastet
ist und stattdessen die Schließ- und Öffnungskräfte
des Umgehungsventils unmittelbar in das Gehäuse der Filtereinrichtung eingeleitet
werden. Außerdem sind prinzipiell an der Endscheibe keine
aufwändigen Halterungen oder sonstige Maßnahmen
für das Umgehungsventil erforderlich. Möglich
ist es aber auch, die Federkraft über den Zusatzstößel
in die Endscheibe einzuleiten.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführung ist der Zusatzstößel
in der Einbaulage in der Endscheibe des Filterelements angeordnet.
In diesem Fall ist in den Zusatzstößel eine Strömungsöffnung
eingebracht, die in der Schließposition von dem Ventilkörper
verschlossen wird. Zur Fixierung des Zusatzstößels
weist dieser zweckmäßig federelastische Rastglieder
auf, die in der Einbaulage eine formschlüssige Rastposition
einnehmen, insbesondere an der Endscheibe oder am Gehäuse
bzw. dem Deckel des Gehäuses verrastet sind. Die in der
Verstellrichtung des Ventilkörpers wirkenden Schließkräfte
werden auf diese Weise unmittelbar über den Zusatzstößel
in das Gehäuse eingeleitet. Grundsätzlich ist
es aber auch möglich, den Zusatzstößel
an der Endscheibe oder einem sonstigen, mit dem Filterelement verbundenen
Bauteil zu lagern.
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Für
eine vereinfachte Montage kann es zweckmäßig sein,
den Zusatzstößel an der Endscheibe zu lagern,
jedoch mindestens einen Abschnitt des Zusatzstößels
mit einem gehäusefesten Bauteil in Kontakt treten zu lassen,
sobald die Einbaulage erreicht ist. Diese Ausführung weist
den Vorteil auf, dass das Umgehungsventil vollständig an dem
Filterelement gehalten ist, so dass mit dem Einsetzen des Filterelementes
in das Filtergehäuse die Filtereinrichtung betriebsfertig
ist. Mit dem Schließen des Deckels wird ein direkter Kontakt
zwischen dem Gehäuse bzw. dem Deckel und dem Zusatzstößel
erreicht, so dass die Kräfte, welche vom Ventilkörper ausgehen, über
den Zusatzstößel direkt in das Gehäuse
eingeleitet werden und die Endscheibe von diesen Kräften
entlastet ist. Konkret wird dies beispielsweise dadurch realisiert,
dass am Zusatzstößel wenigstens ein durch die
Endscheibe hindurchragender Zapfen oder Bolzen angeordnet ist, der
mit dem Schließen des Deckels mit einem überstehenden Vorsprung
auf der Innenseite des Deckels in Kontakt gelangt.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführung weist der Zusatzstößel
auch in Einbaulage eine Verstellmöglichkeit gegenüber
dem Filtergehäuse auf. Dies ermöglicht es, auf
den Zusatzstößel eine Überführungsbewegung
zwischen Schließ- und Offenposition ausführen zu
lassen, wobei vorteilhafterweise auch der Zusatzstößel
von einem Federelement in die Schließposition kraftbeaufschlagt
ist. Die Schließkraft, welche zum Öffnen des Umgehungsventils überwunden
werden muss, setzt sich bei einer Reihenschaltung der Federelemente
des Ventilkörpers und des Zusatzstößels
additiv aus den Einzelfederkräften zusammen. In diesem
Fall reicht es grundsätzlich aus, lediglich eine Strömungsöffnung
in die Endscheibe einzubringen, wohingegen der Zusatzstößel
keine zusätzliche Strömungsöffnung für
den unmittelbaren Übertritt des Fluids von der Roh- zur Reinseite
benötigt. Beim Überführen des Zusatzstößels
von der Schließ- in die Offenposition wird die Strömungsöffnung
in der Endscheibe freigegeben. Einen beweglichen Zusatzstößel
und ein dem Zusatzstößel zugeordnetes, weiteres
Federelement vorzusehen hat den Vorteil, dass durch einen leicht zu
bewerkstelligenden Austausch des Zusatzstößels bzw.
des ihm zugeordneten Federelementes eine Anpassung an unterschiedliche
Filterverhältnisse bzw. Filterdimensionen möglich
ist, ohne den Ventilkörper und das Federelement des Ventilkörpers
austauschen zu müssen.
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Um
die Verstellbarkeit des Zusatzstößels sicherzustellen,
ist dieser zweckmäßig an der Endscheibe verstellbar
gelagert. Grundsätzlich kommt aber auch eine Lagerung am
Gehäuse, insbesondere am Deckel des Gehäuses in
Betracht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
Filtereinrichtung in einer ersten Ausführung mit einem
hohlzylindrischen Filterelement, das in ein Filtergehäuse
eingesetzt ist, welches von einem Deckel zu verschließen
ist, wobei an einer axialen Stirnseite des Filterelementes ein Umgehungsventil
angeordnet ist, welches in der gezeigten Schließposition
einen Zusatzstößel beaufschlagt,
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2 eine
Filtereinrichtung mit einem Zusatzstößel des Umgehungsventils
in einer weiteren Ausführung,
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3 eine
Detaildarstellung des Zusatzstößels, der an einer
axialen Endscheibe des Filterelementes verstellbar gehalten ist,
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4 eine
Filtereinrichtung mit Umgehungsventil einschließlich Zusatzstößel
in noch einer weiteren Ausführung,
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5 der
Zusatzstößel des Umgehungsventils nach 4 in
perspektivischer Einzeldarstellung,
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6 einen
Ausschnitt aus der Endscheibe des Filterelementes mit einer Darstellung
eines Teils des Zusatzstößels, der die Endscheibe
durchragt.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Bei
der in 1 dargestellten Filtereinrichtung 1 handelt
es sich um einen Flüssigkeitsfilter, beispielsweise zur
Filtration von Füll- oder Kraftstoff in Kraftfahrzeugen.
Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein zylindrisches Filtergehäuse 2,
das von einem Deckel 3 zu verschließen ist. Im
Filtergehäuse 2 ist ein hohlzylindrisches Filterelement 4 aufgenommen,
das von dem zu filtrierenden Fluid radial von außen nach
innen durchströmt wird. Das Filterelement 4 ist
an beiden axialen Stirnseiten von jeweils einer Endscheibe 5 bzw. 6 eingefasst.
Um dem Filterelement 4 Stabilität zu verleihen,
ist in das Filterelement ein Stützgerüst 7 eingebracht,
welches zweckmäßig aus Kunststoff besteht und
den axial verlaufenden, inneren, zylindrischen Reinraum im Filterelement 4 begrenzt.
An der oberen Endscheibe 6 befinden sich axial überstehende
Schnapp- bzw. Rasthaken 21, die in korrespondierende Rastglieder
an der Innenseite des Deckels 3 einrasten, so dass das
Filterelement gemeinsam mit dem Deckel eingesetzt bzw. entnommen werden
kann.
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Des
Weiteren umfasst die Filtereinrichtung 1 ein Umgehungsventil 8 mit
einem Ventilkörper 9, der auf der Reinseite am
Stützgerüst 7 axial verstellbar gehalten
ist. Der Ventilkörper 9 ist von einem wendelförmigen
Federelement 11 in seine Schließposition kraftbeaufschlagt,
in der der pilzförmige Kopf des Ventilkörpers
gegen einen Zusatzstößel 12 gedrückt wird,
der ebenfalls Bestandteil des Umgehungsventils 8 ist und
in der Endscheibe 6 unverlierbar gehalten, jedoch axial
verschieblich ist. In der Schließposition wird eine Strömungsöffnung,
die sich in der oberen Endscheibe 6 befindet, von dem Zusatzstößel 12 verschlossen,
der von dem Federelement 11 in die Schließposition
kraftbeaufschlagt ist. Der Ventilkörper 9 weist
auf seiner dem Kopf axial gegenüberliegenden Seite federelastische
Rastglieder 10 auf, mit denen der Ventilkörper
axial verschieblich, jedoch unverlierbar in seinem Sitz im Stützgerüst 7 gehalten ist.
In der gezeigten Schließposition des Umgehungsventiles 8 ist
die radial außen liegende Rohseite des Filterelementes
von der Reinseite im axialen Innenraum strömungsdicht separiert.
Wird der Ventilkörper 8 von einem erhöhten
Fluiddruck auf der Rohseite gegen die Kraft des auf ihn wirkenden
Federelementes 11 axial aus der Schließposition
in die Offenposition verstellt, so verschiebt sich der Zusatzstößel
unter dem Druck des auf ihn wirkenden Fluids nach unten, wodurch
die Strömungsöffnung in der axialen Endscheibe 6 freigegeben
wird, so dass das Fluid unmittelbar unter Umgehung des Filterelementes über
die Endscheibe 6 von der Roh- zur Reinseite strömen
kann.
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Der
Zusatzstößel 12, der Bestandteil des Umgehungsventiles 8 ist,
ist als Ventilteller ausgebildet, der in Schließposition
die Strömungsöffnung in der Endscheibe verschließt.
Zusätzlich zum tellerförmigen Abschnitt besitzt
der Zusatzstößel 12 federelastische,
sich axial erstreckende Rastglieder 13, über die
der Zusatzstößel 12 in Einbaulage unverlierbar
an der Endscheibe 6 gehalten ist. Die Rastglieder 13 ermöglichen
dem Zusatzstößel 12 zugleich die axiale
Verschiebbarkeit in der Endscheibe 6 zwischen Schließ-
und Offenposition. Es kann zweckmäßig sein, einen
umlaufenden Kragen des tellerförmigen Abschnittes des Zusatzstößels 12 auf
der Innenseite der Endscheibe 6 abzustützen, um
bei geschlossenem Ventil die Strömungsöffnung
in der Endscheibe 6 sicher zu verschließen.
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Gemäß einer
alternativen Ausführung ist der Zusatzstößel 12 über
die Rastglieder 13 unverlierbar am Deckel 3 gehalten,
so dass die auf den Zusatzstößel 12 wirkenden
Kräfte, insbesondere die Federkraft des Ventilkörpers 9 unmittelbar
in das Gehäuse der Filtereinrichtung eingeleitet werden.
Zum Öffnen wird der Zusatzstößel im Rahmen
des von den Rastgliedern begrenzten Stellwegs axial nach unten verschoben.
Möglich ist es aber auch, den Zusatzstößel 12 ohne
Verschiebbarkeit fest zu verankern; in diesem Fall befindet sich
im Kopf des Zusatzstößels eine zusätzliche
Strömungsöffnung, die bei einer Verstellung des
Ventilkörpers 9 in die Offenposition freigegeben wird.
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In
den 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt. Der Zusatzstößel 12 ist als
Bestandteil zum Umgehungsventil 8 in der Einbaulage axial
verschieblich zwischen Schließ- und Offenposition zu verstellen.
In der Darstellung nach 2 ist der Ventilkörper 9 des
Umgehungsventiles in der zurückgezogenen Offenposition
dargestellt, wohingegen sich der Zusatzstößel 12 in
seiner Schließposition befindet, in der die Strömungsöffnung 16,
die in die axiale Endscheibe 6 eingebracht ist, von dem
tellerförmigen Abschnitt 14 des Zusatzstößels
verschlossen ist. Der Zusatzstößel ist über ein
wendelförmiges Federelement 15, das an den Rastgliedern 13 des
Zusatzstößels angreift und sich an der Außenseite
der Endscheibe 6 abstützt, in die Schließposition
kraftbeaufschlagt. Über die Rastglieder 13 ist
der Zusatzstößel 12 an zugeordneten Abschnitten
auf der Innenseite des Deckels 3 verschieblich gelagert.
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In
der Schließposition drückt der Ventilkörper 9 durch
die auf ihn wirkende Federkraft des Federelementes 11 gegen
die zugewandte Seite des tellerförmigen Abschnittes 14 des
Zusatzstößels 12 und beaufschlagt diesen
in die Schließposition, in der die Strömungsöffnung 16 in
der Endscheibe 6 verschlossen ist. Zusätzlich
ist der Zusatzstößel 12 durch die Kraft
des auf ihn wirkenden Federelementes 15 in die Schließposition
beaufschlagt. Aufgrund der Hintereinanderschaltung von Ventilkörper 9 und
Zusatzstößel 12 und der jeweils auf die
Bauteile wirkenden Federelemente 11 bzw. 15 addieren
sich die Federkräfte, so dass zum Öffnen des Umgehungsventiles
die Summe der Federkräfte der Federelemente 11 und 15 überwunden
werden muss. Liegt ein entsprechend hoher Druck auf der Rohseite
des Federelementes an, wird der tellerförmige Abschnitt 14 des Zusatzstößels 12 aus
der in 3 dargestellten Schließposition nach
unten verstellt und die Strömungsöffnung 16 in
der Endscheibe 6 freigegeben.
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In
den 4 bis 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt. Der Zusatzstößel 12 ist in
einem Käfig 22 aufgenommen, der in Einbaulage fest
am Filterelement 4 gehalten ist, der Käfig 22 kann
keine Stellbewegung bei der Überführung des Umgehungsventiles 8 oder
des Zusatzstößel 12 von Schließ-
in Offenposition ausüben. Der Käfig 22 nimmt
das Federelement 15 und den Zusatzstößel 12 auf,
der axial verschieblich im Käfig 22 gehalten ist und
von dem Federelement 15 in die Schließposition gedrückt
wird. Der Kopf des Ventilkörpers 9 beaufschlagt
in Schließstellung den tellerförmigen Kopf des
Zusatzstößels 12, so dass sich die Schließkraft aus
der Addition der Federkräfte beider Federelemente 11 und 15 zusammensetzt.
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Der
Käfig 22 befindet sich auf der dem Ventilkörper 9 zugewandten
Innenseite der axialen Endscheibe 6 des Filterelementes 4.
Der Käfig weist einen Stützring 17 auf,
der in Einbaulage unmittelbar auf der Innenseite der Endscheibe 6 anliegt.
An diesem Stützring 17 sind Haltezapfen bzw. -bolzen 18 über
den Umfang verteilt angeordnet, die durch die Endscheibe 6 hindurchragen
und von einem Stützdom 20, der auf der Innenseite
des Deckels 3 ausgebildet ist, beaufschlagt werden. Die
Stirnseite des Stützdoms 20 liegt in unmittelbarem
Kontakt mit dem Haltebolzen 18. Als Verliersicherung sind
Sicherungsringe 19 vorgesehen, die um die Haltebolzen 18 gelegt
sind und den Zusatzstößel 12 verliersicher
an der Endscheibe 6 halten. Außerdem befinden
sich am Boden des Käfigs 22 Zentrierglieder 23 zur
Zentrierung des Federelements 15 in Achsrichtung, das den
Zusatzstößel 12 in die Schließposition
drückt. Der dem Ventilteller des Zusatzstößels
abgewandte Fußpunkt des Federelements 15 stützt
sich an Auflagerippen im Käfig 22 ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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