DE102011115998B4

DE102011115998B4 - Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE102011115998B4
Application number: DE102011115998.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schwender; Andreas Schmitz; Edwin Koch; Stefan Jochum
Original assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Current assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2031-10-15
Also published as: WO2013053482A1; DE102011115998A1

Abstract

Filtervorrichtung mit mindestens einem von einem abzureinigenden Fluid in einer vorgebbaren Fluidrichtung (F) und mit vorgebbarem Fluidbetriebsdruck durchströmbaren Filterelement (10), wobei der am jeweiligen Filterelement (10) herrschende Fluiddruck in Fluidrichtung (F) und/oder zu dieser entgegengesetzt das jeweilige Filterelement schädigende Druckspitzen (D) oder generelle Druckerhöhungen aufweisen kann, wobei mittels mindestens einer auf das jeweilige Filterelement (10) direkt einwirkenden Ausgleichseinrichtung (24) der am jeweiligen Filterelement (10) herrschende Fluiddruck zumindest in der vorgebbaren Fluidrichtung (F) reduzierbar und/oder glättbar ist, wobei die jeweilige Ausgleichseinrichtung (24) mindestens zwei Federelemente (28, 28') und mindestens ein vom Federelement (28, 28') beaufschlagtes Ausgleichselement (26) aufweist, und wobei das jeweilige Ausgleichselement (26) von Fluid anströmbar in der Filtervorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (26) zwischen Federelementen (28, 28') angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung gemäß den Ansprüchen
Derartige Filtervorrichtungen sind handelsüblich und finden beispielsweise bei Hydraulikanlagen in von Hydrauliköl durchströmten Systemzweigen verbreitete Anwendung. Zur druckstabilen Ausbildung des jeweiligen Filterelements ist in der Regel vorgesehen, dass im Inneren desselben ein Stützrohr, vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, angeordnet ist, welches mit Perforationen versehen die Abstützung des eingesetzten Filtermaterials entgegen der vorgesehenen Durchströmungsrichtung des Fluids bzw. der vorgegebenen Fluidrichtung vornimmt. Bei einer aus DE 10 2008 004 344 A1 bekannten Filtervorrichtung ist das Filtermaterial als plissierte Filtermatte um ein fluiddurchlässiges Stützrohr gelegt und das jeweilige Filterelement mit Endkappen versehen.
Im Betrieb einer Filtervorrichtung, insbesondere in Hydrauliksystemen, kann es je nach Anwendung zu starken Druckpulsationen bzw. Druckspitzen und rückwärts, anders ausgedrückt gegen die vorgegebene Fluidrichtung, gerichteten Durchströmungen kommen. Folglich kann der lokal am jeweiligen Filterelement herrschende Fluiddruck vom vorgegebenen Fluidbetriebsdruck derart abweichen, insbesondere diesen derart übersteigen, dass es zu Schädigungen am jeweiligen Filterelement, insbesondere dem eingesetzten Filtermaterial, kommen kann. Derartige Druckpulsationen treten insbesondere in Hydrauliksystemen mit schnell schließenden Ventilen auf. Bei solchen Druckpulsationen können mitunter die für das jeweilige Filterelement geforderte Schmutzaufnahme und die entsprechend eingestellte Feinheit beeinträchtigt werden. Bei einem rückwärts gerichteten Durchströmungsimpuls kann das Filtermaterial des Filtermediums zudem zerstört werden.
Die US 2009/0218295 A1 beschreibt eine Filtervorrichtung mit mindestens einem von einem abzureinigenden Fluid in einer vorgebbaren Fluidrichtung und mit vorgebbarem Fluidbetriebsdruck durchströmbaren Filterelement, wobei der am jeweiligen Filterelement herrschende Fluiddruck in Fluidrichtung und/oder zu dieser entgegengesetzt das jeweilige Filterelement schädigende Druckspitzen oder generelle Druckerhöhungen aufweisen kann, wobei mittels mindestens einer auf das jeweilige Filterelement direkt einwirkenden Ausgleichseinrichtung der am jeweiligen Filterelement herrschende Fluiddruck zumindest in der vorgebbaren Fluidrichtung reduzierbar und/ oder glättbar ist, wobei die jeweilige Ausgleichseinrichtung ein Federelement und mindestens ein vom Federelement beaufschlagtes Ausgleichselement aufweist, und wobei das jeweilige Ausgleichselement von Fluid anströmbar in der Filtervorrichtung angeordnet ist. Das Ausgleichselement ist lediglich von einer Seite von dem Federelement beaufschlagt.
Weiterer Stand der Technik findet sich in DE 28 23 721 A1 und WO 2011/060 254 A1 .
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Filtervorrichtung bereit zu stellen, die trotz in oder gegen die Fluidrichtung gerichteten Druckpulsationen von Beschädigungen am jeweiligen Filterelement weitestgehend frei bleibt und eine gewünschte, weitestgehend konstante Filterleistung erbringt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 in seiner Gesamtheit.
Eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ausgleichselement zwischen Federelementen angeordnet ist.
Die jeweilige Ausgleichseinrichtung weist mehrere Federelemente und mindestens ein vom Federelement beaufschlagtes Ausgleichselement auf, wobei das jeweilige Ausgleichselement von Fluid anströmbar in der Filtervorrichtung angeordnet ist. Die im Bereich des zugeordneten Filterelements auftretenden Druckspitzen bzw. Druckerhöhungen greifen am Ausgleichselement an und bewegen dieses entgegen der Kraft des Federelements. Entsprechend der zur Verformung des Federelements aufzubringenden Kraft wird die jeweilige Druckspitze bzw. Druckerhöhung gedämpft.
Es ist vorgesehen, dass mittels mindestens einer auf das jeweilige Filterelement direkt einwirkenden Ausgleichseinrichtung der am jeweiligen Filterelement herrschende Fluiddruck zumindest in der vorgebbaren Fluidrichtung reduzierbar und/oder glättbar ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung die lokal am jeweiligen Filterelement auftretenden Druckpulsationen, wie Druckspitzen oder Druckerhöhungen, gedämpft bzw. gepuffert werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei Filtervorrichtungen mit mehreren Filterelementen die individuell am einzelnen Filterelement auftretenden Druckpulsationen optimal reduziert bzw. geglättet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung sind Gegenstände der Unteransprüche.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die jeweilige Ausgleichseinrichtung derart federelastisch ausgebildet, dass entsprechend einer Druckspitze oder Druckerhöhung das vom Fluid durchströmte Volumen zumindest im Bereich der jeweiligen Ausgleichseinrichtung änderbar, insbesondere vergrößerbar, ist. Hierbei wird die Druckspitze bzw. Druckerhöhung dadurch gedämpft, dass der den Fluidbetriebsdruck übersteigende Überdruck der jeweiligen Druckspitze bzw. Druckerhöhung die Ausgleichseinrichtung derart kurzzeitig verformt, dass das Volumen entsprechend des anstehenden Überdrucks im Sinne eines Ausgleichsvolumens vergrößert wird. Die jeweilige Druckspitze bzw. Druckerhöhung wird um die zur Verformung der federelastischen Ausgleichseinrichtung aufzubringende Energie reduziert bzw. gedämpft.
Das jeweilige Ausgleichselement kann ein in einer Gleitpassung geführter Kolben sein.
Besonders bevorzugt ist die jeweilige Ausgleichseinrichtung integraler Bestandteil des jeweiligen Filterelements. Hieraus ergibt sich der Vorteil einer kompakten Bauweise des jeweiligen Filterelements und der gesamten Filtervorrichtung, da kein gesonderter Einbauraum zur Anordnung der jeweiligen Ausgleichseinrichtung erforderlich ist.
Das jeweilige Filterelement weist typischerweise ein Stützrohr, ein das Stützrohr umgebende Filtermaterial und mindestens eine Endkappe auf. Besonders bevorzugt ist die jeweilige Ausgleichseinrichtung an einer Endkappe des jeweiligen Filterelements ausgebildet. Die Ausgleichseinrichtung kann in einfacher Weise bei Herstellung der Endkappe in das jeweilige Filterelement integriert werden. Weiter können baukastenartig Endkappen mit unterschiedlich ausgebildeten Ausgleichseinrichtungen oder unterschiedlich ausgebildete Ausgleichseinrichtungen zum Einsatz in eine genormte Aussparung der jeweiligen Endkappe bevorratet und anforderungsgerecht in ein Filterelement eingebaut werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht sein. Es zeigen:

1 einen Schnitt durch ein erstes nicht-erfindungsgemäßes Beispiel eines mit einer Ausgleichseinrichtung ausgestatteten Filterelements;
2 einen Schnitt durch ein zweites nicht-erfindungsgemäßes Beispiel eines mit einer Ausgleichseinrichtung ausgestatteten Filterelements; und
3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß mit einer Ausgleichseinrichtung ausgestatteten Filterelements.

1 zeigt im Schnitt ein Filterelement 10 mit einem Stützrohr 12, einem das Stützrohr 12 umgebenden Filtermaterial 14, welches als um das Stützrohr 12 gelegte, plissierte Filtermattenbahn ausgebildet ist, einer oberen Endkappe 16 und einer unteren Endkappe 18. Die beschriebenen Einzelteile des Filterelements 10 sind jeweils rotationssymmetrisch zur Rotationsachse S des Filterelements 10 ausgebildet und angeordnet. Abzureinigendes Fluid wird von einem Fluideinlass E zu einem Fluidauslass A geführt und durchströmt auf diesem Weg das Filterelement 10, wobei das Filtermaterial 14 von außen nach innen durchströmt wird. Aus einem vom Stützrohr 12 festgelegten Innenraum 20 wird gefiltertes Fluid durch einen in der oberen Endkappe 16 vorgesehenen, in 1 nicht gezeigten Fluidauslass A aus dem Filterelement 10 geführt.
An der unteren Endkappe 18 ist eine ebenfalls rotationssymmetrisch zur Rotationsachse S ausgebildete, kreisförmige Aussparung 22 vorgesehen, in welche eine Ausgleichseinrichtung 24 in Form einer Membran eingesetzt ist. Die Ausgleichseinrichtung 24 bildet insoweit einen unteren Abschluss des Innenraums 20. Die Ausgleichseinrichtung 24 ist aus einem federelastischen Material gebildet und entsprechend einer Pufferbewegung P verformbar bzw. bewegbar.
Beim Auftreten einer Druckspitze D, welche gegen die im Innenraum 20 vorgegebene Fluidrichtung F gerichtet ist, wird die Ausgleichseinrichtung 24 entsprechend der Pufferbewegung P verformt und derart nach außen ausgestellt, dass der den Fluidbetriebsdruck übersteigende Überdruck der Druckspitze D abgefangen wird. Bei einer Rückbewegung der reversibel verformten Ausgleichseinrichtung 24 wird die verbleibende, nicht zur Deformation der Ausgleichseinrichtung 24 verbrauchte Energie als Rückstoß R in das Filterelement 10 bzw. in das darin enthaltene Fluid zurückgeführt. Aufgrund der Dämpfungs- bzw. Pufferungswirkung der Ausgleichseinrichtung 24 durch die Pufferbewegung P ist der Rückstoß R betragsmäßig kleiner, mit anderen Worten schwächer, als die Druckspitze D. Aufgrund der durch die Ausgleichseinrichtung 24 bewirkten Richtungsumkehr ist der Rückstoß R in Fluidrichtung F gerichtet und verstärkt die Filtrationswirkung des Filterelements 10 und verbessert somit dessen Filtrationsleistung. Insoweit erlaubt also die Membran eine Volumenvergrößerung durch ihre Auslenkung, so dass die Druckspitze mit ihrem „Mehr an Volumen“ einen Ausgleich erfährt.
Alternativ oder zusätzlich zur als Membran ausgebildeten Ausgleichseinrichtung 24 können im Innenraum 20 ein oder mehrere Kompressionselemente (nicht gezeigt) angeordnet sein, welche durch ihre jeweilige Kompression die Druckspitze D dämpfen. Das Filterelement 10 ist Teil einer weiter nicht gezeigten Filtervorrichtung. Die Filtervorrichtung ist typischerweise eine Hydraulikanlage, in welcher Hydrauliköl geführt ist. Erfindungsgemäß könnte die Ausgleichseinrichtung 24 auch an einer anderen Stelle der Filtervorrichtung, anders ausgedrückt außerhalb des Filterelements 10, angeordnet sein, beispielsweise im hydraulischen Zu- oder Ablauf für das Filterelement 10.
Die in den 2 und 3 gezeigten Filterelemente 10 unterscheiden sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass die jeweilige Ausgleichseinrichtung 24 zylinderartig ausgebildet in den vom Stützrohr 12 festgelegten Innenraum 20 ragt. Die jeweilige Ausgleichseinrichtung 24 weist ein als Kolben ausgebildetes, parallel zur Symmetrieachse S bewegbares Ausgleichselement 26 auf. Das jeweilige Ausgleichselement 26 ist von einem Federelement 28 beaufschlagt, in dem in 3 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zusätzlich durch ein weiteres Federelement 28'. Die Druckspitze D wird durch eine Pufferbewegung P des in der Ausgleichseinrichtung 24 geführten Ausgleichselements 26 derart gedämpft bzw. gepuffert, dass Energie zur Verformung des Federelements 28 verbraucht und ein zur Filtration beitragender Rückstoß R der Druckspitze D entgegengesetzt wird. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 3 kommt es nicht zwingend zu einem Rückstoßverhalten, da das zwischen den Federelementen 28, 28' angeordnete Ausgleichselement 26 eine Pufferbewegung P in Form einer gekoppelten gedämpften Schwingung vollführt, so dass günstigstenfalls keine Energie in Form eines ausgleichenden Rückstoßes zurück in den Innenraum 20 des Filterelements 10 geführt wird.

Claims

Filtervorrichtung mit mindestens einem von einem abzureinigenden Fluid in einer vorgebbaren Fluidrichtung (F) und mit vorgebbarem Fluidbetriebsdruck durchströmbaren Filterelement (10), wobei der am jeweiligen Filterelement (10) herrschende Fluiddruck in Fluidrichtung (F) und/oder zu dieser entgegengesetzt das jeweilige Filterelement schädigende Druckspitzen (D) oder generelle Druckerhöhungen aufweisen kann, wobei mittels mindestens einer auf das jeweilige Filterelement (10) direkt einwirkenden Ausgleichseinrichtung (24) der am jeweiligen Filterelement (10) herrschende Fluiddruck zumindest in der vorgebbaren Fluidrichtung (F) reduzierbar und/oder glättbar ist, wobei die jeweilige Ausgleichseinrichtung (24) mindestens zwei Federelemente (28, 28') und mindestens ein vom Federelement (28, 28') beaufschlagtes Ausgleichselement (26) aufweist, und wobei das jeweilige Ausgleichselement (26) von Fluid anströmbar in der Filtervorrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (26) zwischen Federelementen (28, 28') angeordnet ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausgleichseinrichtung (24) derart federelastisch ausgebildet ist, dass entsprechend einer Druckspitze (D) oder Druckerhöhung das vom Fluid durchströmte Volumen zumindest im Bereich der jeweiligen Ausgleichseinrichtung (24) änderbar, insbesondere vergrößerbar, ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Ausgleichselement (26) ein in einer Gleitpassung geführter Kolben ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausgleichseinrichtung (24) integraler Bestandteil des jeweiligen Filterelements (10) ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Filterelement (10) ein Stützrohr (12), ein das Stützrohr (12) umgebendes Filtermaterial (14) und mindestens eine Endkappe (16, 18) aufweist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Ausgleichseinrichtung (24) an einer Endkappe (18) des jeweiligen Filterelements (10) ausgebildet ist.