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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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Die
DE 92 15 351 U1 zeigt eine Filtervorrichtung zum Filtern von Fluiden mit einem Filterelement sowie mit einem Vorspann- und einem differenzdruckgesteuerten Überlastventil, das im Nebenschluss zu dem Filterelement und dem Vorspannventil angeordnet ist. Aus der
DE 25 28 791 A1 ist eine Strömungsmittel-Filtereinrichtung mit einer Filterkammer bekannt, die an einem Rohrleitungssystem verwendet wird. Die Filtereinrichtung weist einen Ventilkörper auf, der nur dann wirksam ist, wenn der Strömungsmitteldruck an einem Strömungsmitteleinlass um ein vorbestimmtes Maß höher ist als an einem Strömungsmittelauslass. 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 der erfindungsgemäßen 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 20 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 13 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.
