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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur einstellbaren Durchflussbegrenzung und Filtration für flüssige und gasförmige Medien.
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Derartige Vorrichtungen werden in einen zylindrischen Hohlkörper, beispielsweise ein Rohr, oder in eine Bohrung eingesetzt. Sie dienen dazu, bei strömenden Flüssigkeiten oder Gasen wie zum Beispiel Kraftstoff, Hydrauliköl, Wasser, Kunststoffschmelze oder Luft den Durchfluss zu variieren und Feststoffe oder sonstige Verunreinigungen zurückzuhalten. Sie schützen damit Bauelemente, die von dem flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden, vor einer Beeinträchtigung oder Beschädigung. Ferner kann über die Durchflussbegrenzung eine vorgegebene Menge des strömenden Mediums geliefert und zur Verfügung gestellt werden.
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Bekannte derartige Vorrichtungen bestehen aus mehreren Teilen oder Komponenten, was ihre Montage erschwert und ihre Herstellung aufwändig gestaltet. Darüber hinaus ist eine stufenlose Einstellung des Durchflusses entweder nicht möglich oder nur in unzuverlässiger Weise.
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Aus der Druckschrift
DE 1 838 527 U ist eine aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzte Hohlschraube in der Schmierölleitung einer Maschine bekannt. Der Schaft der Hohlraumschraube weist eine abgesetzte Bohrung auf, in deren engeren Teil ein auswechselbares Sieb mit versteifenden Abstandsringen und in deren weiteren Teil eine oder mehrere Drosselscheiben mit Abstandsringen angeordnet sind.
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Aus der Druckschrift
US 6 177 010 B1 ist ein stabförmiger Rohrfilter für eine Flüssigkeit führende Leitung, insbesondere einer Brennkraftmaschine bekannt. Das Rohrfilter weist ein feinmaschiges Filterelement auf, welches von Kunststoff umspritzt ist. Der Kunststoff bildet dabei Versteifungsstege, ein Einlassende und ein Auslassende aus. Das Auslandsende ist mit Bypass Öffnungen ausgestattet, die eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem Innenraum des Rohrfilters herstellen. Bei Schmieröltemperatur von - 30 °C, kann das Filterelement durch Vereisungen zugesetzt sein. In diesem Fall sorgen die Bypass Öffnungen dafür, dass das Schmieröl unter Umgehung des Filterelements von dem Innenraum in den Außenraum des Filters gelangt.
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Die
US 4 133 768 A offenbart eine Strömungsdrosselfilteranordnung zur Filterung eines Fluidstroms aus einem Erdöl- und Erdgasbohrloch, bevor dieser durch eine Strömungsdrossel geleitet wird. Ablagerungen werden aus dem Fluidstrom getrennt, sodass ein Verstopfen der Strömungsdrossel vermieden wird. Um den Fluidstrom aus dem Bohrloch aufzunehmen und diesen durch das Filter zu leiten, sind eine Vielzahl von beabstandeten Durchgangsöffnungen vorgesehen. Der Fluidstrom kann selbst dann abgeleitet werden, wenn sich Ölpartikel ansammeln, da radial nach außen abstehenden Vorsprünge das Anlagern von Schmutzpartikeln an den Durchgangsöffnungen und damit ein Verstopfen der Durchgangsöffnungen verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchflussbegrenzung und Filtration für flüssige und gasförmige Medien zur Verfügung zu stellen, die einfach und schnell herzustellen und zu montieren sind, und die eine stufenlose Einstellung des Durchflusses ermöglichen.
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Die Erfindung und ihre Vorteile
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen länglichen Filter und eine fest mit dem Filter verbundene, einstellbare Durchflussbegrenzungseinrichtung auf. Die Durchflussbegrenzungseinrichtung ist mit einer Helix ausgestattet. Diese wird auch als zylindrische Spirale, als Wendel oder als schraubenlinienförmige Struktur bezeichnet. Die Längsachse des länglichen Filters und die Längsachse der Helix verlaufen auf einer gemeinsamen Geraden. Die Windungen der Helix verlaufen um die Längsachse, welche das Zentrum der Windungen bildet. Der Zwischenraum zwischen den Windungen ist offen, so dass das Medium durch diesen Zwischenraum in die Helix einströmen kann. Wird die Strömung des Mediums nicht aufrecht erhalten oder wird die Strömungsrichtung umgekehrt kann das Medium auch durch den Zwischenraum zwischen den Windungen wieder aus der Helix ausströmen. Bei Einwirkung einer Kraft in Längsrichtung auf eine Angriffsfläche an der Durchflussbegrenzungseinrichtung werden die Windungen der Helix zusammengedrückt oder entspannt. Bei einem Zusammenpressen der Windungen verkleinert sich der Abstand zwischen den Windungen und damit der Strömungsquerschnitt des Zwischenraums zwischen den Windungen der Helix für ein von außen nach innen in die Helix oder von innen nach außen strömendes Medium. Wie groß der in axialer Richtung der Helix gemessene Abstand zwischen den Windungen ist, hängt von der Stärke der auf die Angriffsfläche wirkenden Kraft ab. Diese beeinflusst wiederum, wie weit der die Angriffsfläche enthaltende Abschnitt der Durchflussbegrenzungseinrichtung in axialer Richtung auf das Filter zu- oder von diesem wegbewegt ist. Das Material der Helix ist hierzu elastisch verformbar ausgebildet. Nach Wegfall der in Richtung der Helix wirkenden Kraft entspannt sich die Helix und kehrt in ihre Ausgangsposition zurück. Der Strömungsquerschnitt vergrößert sich in diesem Fall wieder.
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Damit eine in Richtung der Längsachse der Helix und des Filters wirkende Kraft an der Helix angreifen und die Windungen der Helix zusammendrücken kann, ist die Helix an der dem Filter abgewandten Stirnseite mit einem Abschnitt ausgestattet, welcher eine Angriffsfläche für derartige Kräfte aufweist. Hierzu kann es sich beispielsweise um einen senkrecht zur Längsachse verlaufenden Abschnitt handeln, der die Helix an der dem Filter abgewandten Seite verschließt oder der an der Stirnseite radial nach innen oder nach außen ragt. Darüber hinaus kann der Abschnitt auch konisch ausgebildet sein.
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Verschließt der Abschnitt, welcher mit einer Angriffsfläche für in Richtung der Längsachse wirkende Kräfte ausgestattet ist, die Helix, so verhindert er auch das Ein - und Ausströmen des Mediums an der dem Filter abgewandten Seite. Das Medium kann damit ausschließlich durch den Zwischenraum zwischen den Windungen der Helix in die Durchflussbegrenzungseinrichtung einströmen. Nach Passieren der Durchflussbegrenzungseinrichtung strömt das Medium in das Filter und verlässt nach dem Passieren des Filters die Vorrichtung. Weist dagegen der Abschnitt, welcher mit einer Angriffsfläche für in Richtung der Längsachse wirkende Kräfte ausgestattet ist, eine oder mehrere Öffnungen auf, so verschließt entweder ein zusätzliches Element, welches die in Längsrichtung wirkende Kraft auf die Helix ausübt, oder ein die Vorrichtung aufnehmendes Gehäuse die Öffnung und verhindert das Austreten des Mediums aus der Durchflussbegrenzungseinrichtung an dieser Stelle.
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Zur Ausübung einer in Richtung der Längsachse wirkenden Kraft kann beispielsweise eine Schraube vorgesehen sein, welche in ein Gehäuse des Filters und der Durchflussbegrenzungseinrichtung in Richtung der Längsachse eingeschraubt wird. Durch Eindrehen der Schraube in ein hierzu an dem Gehäuse vorgesehenes Gewinde drückt die Schraube auf die Angriffsfläche an der Helix und presst dadurch die Windungen der Helix zusammen. Wird die Schraube wieder aus dem Gewinde zumindest abschnittsweise herausgedreht, so entspannt sich die Helix und der Abstand zwischen den Windungen nimmt wieder zu. Darüber hinaus kann die Kraft in axialer Richtung auch durch ein zylindrisches Element, beispielsweise einen Stift, ausgeübt werden. In Abhängigkeit von der in axialer Richtung wirkenden Kraft wird der Strömungsquerschnitt oder Durchflussquerschnitt der Helix stufenlos eingestellt. Dabei ist auch eine feine Justierung möglich. Der Zwischenraum zwischen den Windungen kann so klein sein, dass die Strömung des Mediums nahezu unterbunden wird.
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Die Medieneinlassöffnung der Vorrichtung wird durch den Zwischenraum zwischen den Windungen der Helix gebildet. Das Medium strömt durch diesen Zwischenraum zunächst in die Helix der Durchflussbegrenzungseinrichtung ein. Von dort gelangt das Medium in den Filter. Die Strömungsrichtung des Mediums ist durch dadurch vorgegeben, dass das Medium durch die Medieneinlassöffnung in die Durchflussbegrenzungseinrichtung und von dort in das Filter strömt. Durch die in dem Filter vorgesehenen Filteröffnungen verlässt das Medium die Vorrichtung. Die Medienauslassöffnung der Vorrichtung befindet sich daher an dem Filter oder in Strömungsrichtung hinter dem Filter. Sie kann somit Bestandteil des Filters oder eines zusätzlichen als Medienauslass ausgebildeten Bauteils sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in umgekehrter Strömungsrichtung durchströmt werden. In diesem Fall dringt das Medium durch die Medienauslassöffnung in das Filter ein, gelangt nach Durchströmen des Filters in die Durchflussbegrenzungseinrichtung und verlässt von dort durch den Zwischenraum zwischen den Windungen der Helix die Vorrichtung. Eine Änderung der Strömungsrichtung kann beispielsweise zum Zwecke der Reinigung notwendig sein.
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Die Helix und ein das Filterelement stützendes Element können aus demselben Material bestehen. Als Material für die Vorrichtung eignen sich beispielsweise Kunststoff, Metall oder Verbundmaterialien. Das Material wird derart vorgegeben, dass eine Medienresistenz im Bezug auf das strömende Medium gegeben ist. Je nach Material kann eine Medienresistenz im Bezug auf eine Vielzahl von flüssigen und gasförmigen Medien realisiert werden. Hierzu können beispielsweise verschiedene Kunststoffe mit denselben oder ähnlichen Verarbeitungseigenschaften verwendet werden. Dies gilt auch für das Filterelement.
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Durch die fest mit dem Filter verbundene Durchflussbegrenzungseinrichtung wird die Montage der Vorrichtung stark vereinfacht. Die Vorrichtung besteht aus einem Bauteil und kann als solches in ein Gehäuse oder eine Bohrung eingesetzt werden. Auch die Herstellung der Vorrichtung wird durch die einteilige oder einstückige Ausführung der Vorrichtung stark vereinfacht.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Filter einen länglichen Stützkörper und mindestens ein an dem Stützkörper angeordnetes Filterelement aus einem Filtermaterial auf, welches mit kleinen Filterelementöffnungen zum Durchströmen des Mediums ausgestattet ist. Form und Größe der Filterelementöffnungen hängen von der Art des strömenden Mediums und von der Art der zurückzuhaltenden Partikel ab. Der Stützkörper hält das Filterelement und gibt die Form des Filters vor.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Stützkörper an seiner der Durchflussbegrenzungseinrichtung zugewandten Stirnseite eine Öffnung zum Einströmen des Mediums auf. Das Medium strömt durch die Medieneinlassöffnung seitlich in die Helix der Durchflussbegrenzungseinrichtung ein, gelangt von dort über die Öffnung in das Filter und strömt durch die Filterelementöffnungen des Filters aus. Das Medium kann jedoch auch in umgekehrter Richtung strömen. Auf diese Weise strömt es durch die Filterelementöffnungen in das Filter ein, gelangt durch die große Öffnung in die Helix und strömt seitlich aus der Helix der Durchflussbegrenzungseinrichtung wieder aus.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen der Stützkörper und die Durchflussbegrenzungseinrichtung aus einem Stück. Sie können beispielsweise aus einem Teil Kunststoff oder Metall bestehen. Dies erleichtert die Herstellung und reduziert die Kosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Helix aus einem Streifen gewunden. Dabei ist die Ausdehnung des Streifens in Längsrichtung der Helix größer ist als senkrecht dazu. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt für ein in radialer Richtung strömendes Medium begrenzt ohne den Innendurchmesser der Helix zu reduzieren.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zwischen der Durchflussbegrenzungseinrichtung und dem Filter an der Außenseite mindestens einen sich radial nach außen erstreckenden Dichtabschnitt auf. Mit diesem Dichtabschnitt stützt sich die Vorrichtung an einem die Vorrichtung umgebenden Gehäuse ab, so dass eine unerwünschte Positionsänderung der in das Gehäuse eingesetzten Vorrichtung vermieden wird. Das Gehäuse ist hierzu mit mindestens einem Absatz in radialer Richtung ausgestattet, welcher ein Gegenstück zu dem Dichtabschnitt bildet. Um zu verhindern, dass das Medium unter Umgehung des Filters strömen kann, ist der Dichtabschnitt mit einer Dichtung ausgestattet. Diese Dichtung dichtet den Übergang zwischen dem Dichtabschnitt der Vorrichtung und einem die Vorrichtung umgebenden Gehäuse ab.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchflussbegrenzungseinrichtung an der dem Filter abgewandten Stirnseite geschlossen. Das Medium kann damit die Durchflussbegrenzungseinrichtung nur durch das Filter oder die Zwischenräume zwischen den Windungen der Helix verlassen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung mit einem Gehäuse zur Aufnahme der Durchflussbegrenzungseinrichtung und des Filters ausgestattet. Das Gehäuse weist eine längliche Ausnehmung auf mit einem ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser zur Aufnahme der Durchflussbegrenzungseinrichtung und einem zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser zur Aufnahme des Filters. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist ein sich radial nach innen erstreckender Abschnitt oder Absatz vorgesehen. An diesem Abschnitt oder Absatz stützt sich die Kombination aus Filter und Durchflussbegrenzungseinrichtung ab. Der erste und der zweite Durchmesser können gleich oder verschieden sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse an der dem zweiten Abschnitt abgewandten Seite des ersten Abschnitts mit einem dritten Abschnitt ausgestattet. Dabei weist der dritte Abschnitt ein Gewinde zur Aufnahme einer Schraube auf. Mit dieser Schraube wird eine in Richtung der Längsachse der Helix wirkende Kraft auf die Durchflussbegrenzungseinrichtung ausgeübt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse mit einer Bohrung ausgestattet, welche senkrecht zu der länglichen Ausnehmung verläuft und in den ersten Abschnitt der länglichen Ausnehmung mündet. Über diese Bohrung strömt ein Medium seitlich auf die Helix zu und kann zwischen den Windungen in die Helix eindringen. Eine Strömung in umgekehrter Richtung ist ebenfalls möglich.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse an der dem ersten Abschnitt abgewandten Seite des zweiten Abschnitts mit einer Bohrung ausgestattet, welche sich in Richtung des zweiten Abschnitts erstreckt. Über diese Bohrung strömt das Medium nach verlassen des Filters weiter. Bei umgekehrter Strömungsrichtung strömt das Medium über diese Bohrung auf das Filter zu.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen zu entnehmen.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 perspektivische Ansicht der Vorrichtung ohne Gehäuse,
- 2 Vorrichtung gemäß 1 mit Gehäuse im Längsschnitt.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In den 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur Durchflussbegrenzung und Filtration für flüssige und gasförmige Medien mit einer Durchflussbegrenzungseinrichtung und einem Filter perspektivisch dargestellt. Die Durchflussbegrenzungseinrichtung weist an ihrem dem Filter abgewandten Ende einen Abschnitt 1 auf, der umfangsseitig mit einem Andrückbund und stirnseitig mit einer Angriffsfläche für eine in 2 dargestellte Schraube 6 ausgestattet ist. Ferner weist die Durchflussbegrenzungseinrichtung eine Helix 2 mit mehreren Windungen auf. Der Zwischenraum zwischen den Windungen ist offen, so dass ein Medium in die Helix ein- und aus der Helix ausströmen kann. Der Zwischenraum zwischen den Windungen bildet die Medieneinlassöffnung. An der Helix ist das Filter angeordnet, welches mit einem Stützkörper 3 und einem Filterelement 4 ausgestattet ist. An der der Helix abgewandten Seite ist das Filter durch einen Boden geschlossen. Zwischen der Helix 2 und dem Stützkörper 3 ist ein sich radial nach außen erstreckender Dichtabschnitt 5 vorgesehen. Stützkörper 3, Helix 2, Abschnitt 1 und Dichtabschnitt 5 bestehen aus einem Stück.
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2 zeigt die Vorrichtung mit einem Gehäuse 7, welches die Kombination aus Filter und Durchflussbegrenzungseinrichtung aufnimmt. Das Gehäuse 7 weist einen ersten Abschnitt zur Aufnahme der Durchflussbegrenzungseinrichtung, einen zweiten Abschnitt 8 zur Aufnahme des Filters und einen dritten Abschnitt 11 mit Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube 6 auf. Durch Eindrehen der Schraube 6 in das Innengewinde wird eine in Richtung der Längsachse der Helix wirkende Kraft auf den Abschnitt 1 ausgeübt. Dies führt zu einem Zusammenpressen der Windungen der Helix und zu einer Verkleinerung des Abstandes zwischen den Windungen, was eine Reduzierung des Strömungsquerschnitts an der Helix zur Folge hat. Der Innendurchmesser des ersten Abschnitts ist größer als der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts, wodurch im Übergangsbereich ein Absatz gebildet ist. An diesem Absatz stützt sich die Kombination aus Durchflussbegrenzungseinrichtung und Filter mit dem Dichtabschnitt 5 ab. Ferner wird die Kombination aus Durchflussbegrenzungseinrichtung und Filter durch den Andrückbund an dem Abschnitt 1 in der Ausnehmung des Gehäuses 7 gehalten.
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Das Gehäuse weist eine Bohrung 9 und eine Bohrung 10 auf. Über die Bohrung 9 tritt ein Medium in das Gehäuse 7 ein und strömt seitlich auf die Helix 2 der Durchflussbegrenzungseinrichtung zu. Durch die als Medieneinlassöffnung ausgebildeten Zwischenräume zwischen den Windungen der Helix gelangt das Medium in die Durchflussbegrenzungseinrichtung und von dort in das Filter. Durch die Öffnungen in dem Filterelement 4 kann das Medium wieder austreten und das Gehäuse über die Bohrung 10 verlassen. Die Öffnungen in dem Filterelement 4 bilden die Medienauslassöffnung. Partikel werden dabei durch das Filterelement 4 zurückgehalten. Die Strömungsrichtung des Mediums kann auch umgekehrt werden. Die Bohrungen 9 und 10 geben somit den Einlass des Mediums in das Gehäuse und Auslass des Mediums aus dem Gehäuse vor.
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Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszahlen
- 1
- Abschnitt der Durchflussbegrenzungseinrichtung
- 2
- Helix
- 3
- Stützkörper
- 4
- Filterelement
- 5
- Dichtabschnitt
- 6
- Schraube
- 7
- Gehäuse
- 8
- zweiter Abschnitt zur Aufnahme des Filters
- 9
- Bohrung
- 10
- Bohrung
- 11
- dritter Abschnitt
