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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Filterkopf, mit einem Filtertopf, der mit seinem Randbereich über eine Dreh- und/oder Steckbewegung lösbar mit dem Filterkopf verbunden ist, mit einem Filterelement in vorzugsweise koaxialer Form, das austauschbar in dem Filtertopf untergebracht ist, und mit einer Dichteinrichtung mit wenigstens einem Dichtungsbereich zur Abdichtung des Filterkopfs gegenüber dem Filtertopf, wobei das Filterelement an einer Stirnseite, die dem Randbereich des Filtertopfs zugewandt ist, eine Anschluss-Endscheibe aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Filterelement, vorzugsweise in koaxialer Form, eines Filtersystem zur Filtrierung von Fluiden, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei das Filtersystem einen Filterkopf, einen Filtertopf, der mit seinem Randbereich über eine Dreh- und/oder Steckbewegung lösbar mit dem Filterkopf verbunden ist, und eine Dichteinrichtung mit wenigstens einem Dichtungsbereich zur Abdichtung des Filterkopfs gegenüber dem Filtertopf aufweist und wobei das Filterelement austauschbar in dem Filtertopf untergebracht werden kann, und das Filterelement an mindestens einer Stirnseite, die im Einbauzustand dem Randbereich des Filtertopfs zugewandt ist, eine Anschluss-Endscheibe aufweist.
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Stand der Technik
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Derartige Filtersysteme beziehungsweise Filterelemente werden zur Filtrierung von gasförmigen oder flüssigen Fluiden verwendet. Bei Kraftfahrzeugen und Industriemotoren werden solche Filtersysteme zur Filtrierung insbesondere von Verbrennungs- oder Druckluft, Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, Motorenöl oder Hydrauliköl eingesetzt. Beispielsweise sind aus
DE 44 32 529 A1 ein Filter zur Reinigung von Dieselkraftstoff, aus
DE 20 2006 018 334 U1 ein Ölfilter und ein Filtereinsatz, aus
DE 102 20 662 A1 eine Filterpatrone mit einem Gehäuse und einen darin angeordneten Filterelement sowie aus
US 2007 / 0 181 481 A1 ein Filterelement mit einem ringförmigen Filtermedium bekannt.
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Bei vom Markt her bekannten Filtersystemen dieser Art ist der Filtertopf mit seinem Randbereich mittels einer Bajonett- oder Schraubenverbindung über eine kombinierte Dreh-/Steckbewegung in einem entsprechenden Aufnahmebereich des Filterkopfs befestigt. Die Außenwand des Filtertopfs weist in einem Bereich nahe seinem Rand eine umfängliche Dichtungsnut auf, in der sich eine O-Ringdichtung befindet. Mittels der O-Ringdichtung wird der Filtertopf in radialer Richtung gegen die innere Umfangsseite des Aufnahmebereichs des Filterkopfes abgedichtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtersystem und ein Filterelement der eingangs genannten Art zu gestalten, mit dem eine einfache, zuverlässige und robuste Abdichtung des Filtertopfs gegenüber dem Filtertopf möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filtersystem nach Anspruch 1 und ein Filterelement nach Anspruch 7 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfolgt also die Abdichtung des Filterkopfs gegenüber dem Filtertopf über das Filterelement. Auf eine unmittelbare Abdichtung zwischen Filtertopf und Filterkopf, wie dies bei den oben erwähnten bekannten Filtersystemen mittels einer O-Ringdichtung realisiert wird, wird hier verzichtet. Stattdessen erfolgt die Abdichtung über die Anschluss-Endscheibe des Filterelements, welche hierzu entsprechende Dichtungsbereiche aufweist. Die Verbindung zwischen Filterkopf und Filtertopf hat somit lediglich Haltewirkung, wohingegen die Dichtwirkung über die Anschluss-Endscheibe des Filterelements realisiert wird. Die Haltefunktion und die Dichtfunktion sind somit getrennt und können jeweils optimiert werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Da die Dichtungsbereiche an der Anschluss-Endscheibe angeordnet sind, kann auf eine Dichtungsnut oder eine andersartige Aufnahme für die Dichtungsbereiche in der radial äußeren Umfangsfläche der Wand des Filtertopfs verzichtet werden. Die Wand des Filtertopfs kann auf diese Weise eine geringere Wandstärke aufweisen als bei bekannten Filtersystemen mit derzeit üblichen Dichteinrichtungen, bei denen Dichtungsnuten in der Wand erforderlich sind. Die Anschluss-Endscheibe mit den Dichtungsbereichen kann außerdem so ausgestaltet sein, dass die Dichtwirkung über einen im Filtersystem anliegenden Fluid-Systemdruck verstärkt wird, indem die Dichtungsbereiche mittels des Fluid-Systemdrucks gegen entsprechende Dichtflächen des Filtertopfs und des Filterkopfs gepresst werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Dichtungsbereiche bei einem Austausch eines Filterelements automatisch mit ausgetauscht werden. Eine zusätzliche Wartung der Dichteinrichtung, wie dies bei den bekannten Filtersystemen der Fall ist, ist hier nicht erforderlich. Bei einer hängenden Montage, bei der der Filtertopf unten am Filterkopf hängt, kann beim Zusammenbau das Filterelement zunächst in den Filtertopf eingesetzt werden und dann einfach gemeinsam mit dem Filtertopf durch eine Dreh- und/oder Steckbewegung in den Aufnahmebereichs des Filterkopfs montiert werden. Vorteilhafterweise ist ferner, dass einfach erkannt wird, falls ein Filterelement verwendet wird, welches nicht zu dem Filtertopf oder dem Filterkopf passt, oder falls das Filterelement falsch montiert wird, da der Filtertopf, der Filterkopf und das Filterelement dichtungsmäßig aneinander angepasst sind und zusammenwirken.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können der Filtertopf und das Filterelement zylindrisch, insbesondere das Filterelement ein Rundfilterelement oder ein Filterelement mit einer ovalen Grundfläche, sein. Bei zylindrischen Filterelementen und Filtertöpfen liegt ein günstiges Verhältnis zwischen aktiver Filterfläche - und somit der Filtereffizienz - und dem Platzbedarf vor.
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Erfindungsgemäß ist der radial äußere Randbereich der Abschluss-Endscheibe in axialer Richtung zwischen dem Filterkopf und dem Filtertopf fixiert. Auf diese Weise kann das Filterelement stabil in dem Filtertopf gehalten werden. Die Fixierung kann so automatisch bei der Montage des Filtertopfs am Filterkopf erfolgen.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens einer der Dichtungsbereiche sich wenigstens bereichsweise an der Anschluss-Endscheibe in radialer Richtung dichtend abstützen. Die Anschluss-Endscheibe und die Dichteinrichtung können so ausgestaltet sein, dass eine auf einen Fluid-Systemdruck im Filtertopf beruhende Druckkraft die Dichtwirkung in radialer Richtung unterstützen kann.
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Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei der Dichtungsbereiche separat voneinander angeordnet. So können die Dichtungsbereiche optimal an die Form des Randbereichs des Filtertopfs beziehungsweise des Aufnahmebereichs des Filterkopfs angepasst platziert werden, um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen.
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Um eine besonders stabile und einfache Verbindung zwischen der Anschluss-Endscheibe und den Dichtungsbereichen zu ermöglichen, kann vorteilhafterweise wenigstens einer der Dichtungsbereiche als Zweikomponentenbauteil mit der Anschluss-Endscheibe realisiert sein.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Anschluss-Endscheibe eine Mehrzahl von Fluidöffnungen aufweisen, die mit einer Rohfluidseite eines Filtermediums des Filterelements verbunden sind. Durch diese Fluidöffnungen kann das zu filtrierende Fluid vorzugsweise aus einem Zulaufraum des Filterkopfs zur Rohfluidseite eines Filtermediums des Filterelements gelangen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Durchströmung in umgekehrter Richtung erfolgen, so dass die Fluidöffnungen der Anschluss-Endscheibe mit einer Reinfluidseite eines Filtermediums des Filterelements verbunden sind. Durch diese Fluidöffnungen kann das filtrierte Fluid vorzugsweise aus einer Reinfluidseite eines Filtermediums des Filterelementes zum Ablaufraum eines Filterkopfs gelangen.
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Die Endscheiben und das Stützrohr können aus Kunststoff gefertigt sein oder in einer alternativen Ausführungsform der Endscheiben oder/und des Mittelrohrs aus Metall ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß außerdem dadurch gelöst, dass an der Anschluss-Endscheibe wenigstens zwei Dichtungsbereiche der Dichteinrichtung umfänglich verlaufend angeordnet sind, derart, dass im Einbauzustand einer der Dichtungsbereiche die Anschluss-Endscheibe gegen den Filterkopf und einer der Dichtungsbereiche die Anschluss-Endscheibe gegen den Filtertopf abdichtet.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
- 1 schematisch eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbeispiel eines Filtersystems im Bereich einer Dichteinrichtung zur Abdichtung eines Filterkopfs gegenüber einem Filtertopf;
- 2 schematisch eine isometrische Darstellung eines Filterelements des Filtersystems aus 1 im Bereich der Dichteinrichtung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Hälfte eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Filtersystems 10 zur Filtrierung von flüssigen oder gasförmigen Fluiden eines Kraftfahrzeugs im Schnitt dargestellt. Das Filtersystem 10 ist insgesamt symmetrisch zu einer in der 1 gezeigten Symmetrieachse 12. Wenn im Folgenden von „radial“ und „axial“ die Rede ist, bezieht sich dies im montierten Zustand des Filtersystems 10 auf die Symmetrieachse 12. Entsprechendes gilt für die einzelnen Bauteile im nicht montierten Zustand.
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Das Filtersystem 10 kann z.B. zur Filtrierung von Verbrennungs- oder Druckluft, Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, Motorenöl oder Hydrauliköl eingesetzt werden.
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Das Filtersystem 10 verfügt über einen Filterkopf 14 und einen Filtertopf 16 aus formstabilem Material, beispielsweise Kunststoff. Der zum Filterkopf 14 hin offene Filtertopf 16 weist in seinem Randbereich 18 an der radial äußeren Umfangsseite ein Außengewinde 20 auf. Der Filterkopf 14 hat einen becherförmigen, zum Filtertopf 16 hin offenen, gestuften Aufnahmebereich 22 mit einem dem Außengewinde 20 entsprechenden Innengewinde 19. Der Filtertopf 16 ist mit seinem Randbereich 18 von unten hängend in den Aufnahmebereich 22 des Filterkopfs 14 eingeschraubt. Der Filtertopf 16 ist auf diese Weise an dem Filterkopf 14 lösbar befestigt und dabei funktional mit einem Zulaufringraum 24 für zu filtrierendes Fluid und einem Ablaufkanal 26 für filtriertes Fluid im Filterkopf 14 verbunden.
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Im Filtertopf 16 ist ein austauschbares Rundfilterelement 28 des Filtersystems 10 axial zur Symmetrieachse 12 eingesteckt. In der 2 ist das Rundfilterelement 28 in einer Detailansicht gezeigt.
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Das Filtersystem 10 umfasst eine Dichteinrichtung 30 mit zwei separaten Dichtungsbereichen in Form von O-Ringdichtungen 32 und 34 zur Abdichtung des Filterkopfs 14 gegenüber dem Filtertopf 16.
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Das Rundfilterelement 28 weist an einer Stirnseite, die dem Randbereich 18 des Filtertopfs 16 zugewandt ist, eine Anschluss-Endscheibe 36 auf. An seiner dem Anschlussende des Filtertopfs 16 abgewandten, in den 1 und 2 nicht gezeigten, Stirnseite weist das Rundfilterelement 28 eine zweite Endscheibe auf, deren Grundflächen zu denen der Anschluss-Endscheibe 36 parallel verlaufen. Ein skelettartiges Stützrohr 38 erstreckt sich zwischen Anschluss-Endscheibe 36 und der zweiten (nicht gezeigten) Endscheibe. Die Anschluss-Endscheibe 36, die zweite Endscheibe und das Stützrohr 38 sind aus Kunststoff, wobei eine Ausführung der Endscheiben oder/und des Mittelrohrs in Metall ebenfalls eine mögliche Ausführungsform darstellt.
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Das Stützrohr 38 ist von einem Filtermedium 40 in Form eines Filterbalges aus zickzackförmig gefaltetem Vlies umgeben. Das Stützrohr 38 begrenzt einen Innenraum 42 des Filtermediums 40, der die Reinfluidseite des Filtermediums 40 bildet.
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Das Filtermedium 40 ist von einem Einlassringraum 44 umgeben, der die Rohfluidseite des Filtermediums 40 bildet. Der Einlassringraum 44 ist über eine Mehrzahl von Durchlassöffnungen 46 in der Anschluss-Endscheibe 36 mit dem Zulaufringraum 24 des Filterkopfs 14 verbunden. Das zu filtrierende Fluid kann von dem Zulaufringraum 24 in Richtung eines Pfeils 48 in den Einlassringraum 44 strömen. Die Durchlassöffnungen 46 befinden sich gleichmäßig verteilt in einem Bereich zwischen dem Filtermedium 40 und einem radial äußeren Randbereich 66 der Anschluss-Endscheibe 36, wie dies in 2 gezeigt ist. Das Filtermedium 40 kann von dem zu filtrierenden Fluid radial von außen nach innen, in der 1 angedeutet durch die Pfeile 48 und 52, vom Einlassringraum 44 zum Innenraum 42 durchströmt werden.
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Die Anschluss-Endscheibe 36 hat eine Endscheibenöffnung 54, die zum Stützrohr 38 konzentrisch ist. Ein hohlzylindrischer Verbindungszapfen 56 der Anschluss-Endscheibe 36 umgibt die Endscheibenöffnung 54 und erstreckt sich an der dem Stützrohr 38 abgewandten Grundfläche der Anschluss-Endscheibe 36 in axialer Richtung nach außen.
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Der Verbindungszapfen 56 steckt in der in der 1 gezeigten Einbauposition in einer Aufnahmehülse 58 des Filterkopfs 14. In der radial äußeren Umfangsseite des Verbindungsstutzens 56 befindet sich eine umfängliche Dichtungsnut 60 mit einer O-Ringdichtung 62. Die O-Ringdichtung 62 stützt sich in radialer Richtung gegen den Grund der Dichtungsnut 60 und gegen die radial innere Umfangsfläche der Aufnahmehülse 58 dichtend ab.
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Im Inneren der Aufnahmehülse 58 erstreckt sich in axialer Richtung der Ablaufkanal 26 für das filtrierte Fluid, welcher über den Filterkopf 14 aus dem Filtersystem 10 heraus führt. Das filtrierte Fluid kann in Richtung des Pfeils 52 vom Innenraum 42 des Rundfilterelements 28 über die Endscheibenöffnung 54 und den Innenraum des Verbindungsstutzens 56 in Richtung eines Pfeils 64 in den Ablaufkanal 26 strömen.
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Der radial äußere Randbereich 66 der Anschluss-Endscheibe 36 ist in axialer Richtung zwischen der Stirnseite des Randes des Filtertopfs 16 und einer entsprechenden, zum Aufnahmebereichs 22 koaxialen, umfänglichen Anschlag-Ringfläche 68 des Filterkopfs 14 fixiert. Die Anschlag-Ringfläche 68 begrenzt in axialer Richtung den Aufnahmebereich 22. Das Innengewinde 19 des Aufnahmebereichs 22 des Filterkopfs 14 endet auf der der Anschlag-Ringfläche 68 in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Anschluss-Endscheibe 36. Der gewindefreie Bereich der Innenwand des Aufnahmebereichs 22 weist einen geringeren Innendurchmesser auf als der Gewindebereich.
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In der Umfangsfläche des radial äußeren Randbereichs 66 befindet sich eine umfängliche Dichtungsnut 70, in der die O-Ringdichtung 32 fest angeordnet ist. Die O-Ringdichtung 32 stützt sich am Grund der Dichtungsnut 70 in radialer Richtung dichtend ab und dichtet die Anschluss-Endscheibe 36 gegen den gewindefreien Bereich der Innenwand des Aufnahmebereichs 22 des Filterkopfs 14 ab.
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Auf der dem Zulaufringraum 24 zugewandten Seite weist die Anschluss-Endscheibe 36 einen zur Symmetrieachse 12 koaxialen Hohlzylinder 67 auf. Die radial äußere Umfangsfläche des Hohlzylinders 67 ist im Vergleich zur Umfangsfläche des radial äußeren Randbereichs 66 in radialer Richtung nach innen versetzt. In der radial äußeren Umfangsfläche des Hohlzylinders 67 befindet sich eine umfängliche Dichtungsnut 72, in der die O-Ringdichtung 34 fest angeordnet ist. Die O-Ringdichtung 34 stützt sich am Grund der Dichtungsnut 72 in radialer Richtung dichtend ab und dichtet die Anschluss-Endscheibe 36 gegen den Filtertopf 16 ab.
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Im Betrieb des Filtersystems 10 werden der Randbereich 66 und der Hohlzylinder 67 aufgrund des in dem Zulaufraum 24 und in dem Einlassringraum 44 herrschenden Fluid-Systemdrucks in radialer Richtung nach außen gedrückt, wodurch die Dichtungswirkung verstärkt wird.
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Zum Austauschen des Rundfilterelements 28 wird zunächst der Filtertopf 16 aus dem Aufnahmebereich 22 des Filterkopfs 14 herausgeschraubt und parallel zur Symmetrieachse 12, bei der in der 1 dargestellten hängenden Anordnung nach unten, heraus gezogen. Anschließend wird das Rundfilterelement 28 parallel zur Symmetrieachse 12 aus dem nun offenen Filtertopf 16 gezogen. Dabei kann das Rundfilterelement 28 einfach und leicht zugänglich an dem Verbindungszapfen 56 gefasst werden, so dass eine Verschmutzung der Hände oder eines etwa verwendeten Werkzeugs gering gehalten wird.
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Das neu einzusetzende Rundfilterelement, welches dem Rundfilterelement 28 gleicht, wird mit der der Anschluss-Endscheibe 36 gegenüberliegenden zweiten Endscheibe voran parallel zur Symmetrieachse 12 in den Filtertopf 16 gesteckt. Der Hohlzylinder 67 taucht dabei in den Filtertopf 16 ein. In der Endposition liegt die dem Rand des Filtertopfs 16 zugewandte Fläche des Randbereichs 66 der Anschluss-Endscheibe 36 an der Stirnseite des Randbereichs 18 des Filtertopfs 16 an. Die O-Ringdichtung 34 dichtet die Anschluss-Endscheibe 36 gegen den Filtertopf 16 ab. Zur Erleichterung der Montage sind die Kante des freien Randes des Hohlzylinders 67 an der radial äußeren Umfangsseite und die Kante des freien Randes an der radial inneren Seite des Randbereichs 18 des Filtertopfs 16 angeschrägt.
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Der Filtertopf 16 mit dem Rundfilterelement 28 wird von unten parallel zur Symmetrieachse 12 in den Aufnahmebereich 22 des Filterkopfs 14 gesteckt und soweit eingeschraubt, bis der Randbereich 66 der Anschluss-Endscheibe 36 an der Anschlag-Ringfläche 68 des Filterkopfs 14 anliegt und das Rundfilterelement 28 so in axialer Richtung fixiert ist. Die O-Ringdichtung 32 dichtet die Anschluss-Endscheibe 36 in radialer Richtung gegen den Filterkopf 14 ab.
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Zur Montageerleichterung ist die Kante des der Anschlag-Ringfläche 68 zugewandten Randes der radial äußeren Umfangsseite des Randbereichs 66 angeschrägt.
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Beim Einstecken des Filtertopfs 16 taucht gleichzeitig der Verbindungszapfen 56 des Rundfilterelements 28 in die Aufnahmehülse 58 des Filterkopfs 14 ein und wird mittels der O-Ringdichtung 62 in radialer Richtung abgedichtet.
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Zur Montageerleichterung sind die Kante des freien Randes der radial äußeren Umfangsfläche des Verbindungszapfens 56 und die Kante des freien Randes der radial inneren Umfangsfläche der Aufnahmehülse 58 angeschrägt.
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Beim beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Filtersystems 10und eines Rundfilterelements 28 mit einer Dichteinrichtung 30sind unter anderem folgende Modifikationen möglich:
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Das Filtersystem 10 kann statt bei Kraftfahrzeugen auch bei Industriemotoren verwendet werden.
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Statt mit einer Schraubverbindung kann der Filtertopf 16auch über eine andersartige Dreh- und/oder Steckverbindung, beispielsweise einer Bajonettverbindung oder einer reinen Steckverbindung, lösbar mit dem Filterkopf 14 verbunden sein.
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Es sind auch Ausgestaltungen möglich, bei denen ein Filterkopf statt des lochartigen Aufnahmebereichs einen Aufnahmenstutzen aufweist, auf den ein Filtertopf mit einer Dreh- und/oder Steckbewegung befestigt werden kann. Die Anschluss-Endscheibe und die Dichteinrichtung sind dann entsprechend angepasst, so dass der Aufnahmestutzen des Filterkopfes in den Filtertopf eingesteckt werden kann.
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Statt des Rundfilterelements 28 kann auch ein andersartiges, vorzugsweise koaxiales, Filterelement, beispielsweise auch ein Filterelement mit einer ovalen oder eckigen Grundfläche, verwendet werden. Der Filtertopf 16 und das Rundfilterelement 28 können statt einer symmetrischen, vorzugsweise zylindrischen Form, auch eine andersartige, beispielsweise eine eckige Form haben.
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Anstelle der O-Ringdichtungen 32, 34 können auch andersartige Dichtbereiche vorgesehen sein.
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Die Anschluss-Endscheibe 36, die zweite Endscheibe und das Stützrohr 38 können statt aus Kunststoff auch aus einem anderen vorzugsweise harten, aber dennoch elastischen Material sein.
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Es können auch mehr als zwei Dichtungsbereiche, beispielsweise O-Ringdichtungen, zum Abdichten der Anschluss-Endscheibe 36 gegen den Filterkopf 14 und gegen den Filtertopf 16 vorgesehen sein.
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Statt von unten hängend kann der Filtertopf 16 auch von oben auf dem dann umgedrehten Filterkopf 14 montiert sein.
