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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter für einen Hydraulikkreislauf, insbesondere einen Ausgleichsbehälter für Hydrauliköl einer hydraulischen Servolenkung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In hydraulischen Kreisläufen, zum Beispiel für eine Servolenkung von Kraftfahrzeugen, ist es für einen störungsfreien und langlebigen Betrieb von entscheidender Bedeutung, dass die den Kreislauf durchströmende Hydraulikflüssigkeit, zum Beispiel Hydrauliköl, frei von darin mitgeführten, festen Bestandteilen, zum Beispiel Schwebeteilchen, gehalten wird. Hierzu werden bekanntermaßen Filter eingesetzt, um eine gewisse Qualität der Hydraulikflüssigkeit sicherzustellen. Allgemein ist es wünschenswert, den Filter mit einer möglichst geringen Maschenweite zu versehen, um auch kleinste Partikel aus dem Flüssigkeitsstrom herausfiltern zu können. Derartige Filter werden auch als Feinfilter bezeichnet. Dies führt jedoch zu Problemen bei niedrigen Betriebstemperaturen des Hydraulikkreises, zum Beispiel in einer Betriebsstartphase, da die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit allgemein mit geringerer Temperatur zunimmt. Damit steigt auch der Strömungswiderstand, dem die Hydraulikflüssigkeit beim Durchströmen des Filters ausgesetzt ist und folglich der über dem Filter anliegende Differenzdruck. Ein zu hoher Differenzdruck kann zu einer Beschädigung des Filters (Reißen), insbesondere eines Feinfilters, führen. Zusätzlich hierzu kann sich das Filtergewebe des Filters nach langer Betriebszeit zusetzen und den Filter verstopfen, insbesondere bei einem auf das Abscheiden kleinster Verunreinigungen ausgelegten Feinfilter. Außerdem neigen besonders Feinfilter während der Betriebsstartphase des Hydraulikkreises zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung. Um diesen Problemen zu begegnen, ist es weiterhin bekannt, Umgehungsventile vorzusehen, die den Flüssigkeitsstrom im Bedarfsfall an dem Filter vorbeileiten, um den Filter auf diese Weise zu umgehen und dennoch eine ausreichende Versorgung des Hydraulikkreises mit Hydraulikflüssigkeit zu gewährleisten. Derartige Umgehungsventile weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nicht ausreichend verhindern können, dass die in dem Filter gesammelten Verunreinigungen bzw. Sedimente beim Öffnen des Ventils in den Hydraulikkreislauf gelangen.
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Die
DE 195 39 759 A1 beschreibt einen Ölbehälter, insbesondere für hydraulische Lenksysteme von Kraftfahrzeugen. Der Ölbehälter weist einen Behältertopf auf, der von einem Deckel verschlossen ist. Ein im wesentlichen zylinderförmiger, abgedeckter Filtereinsatz wird durch eine Feder zur Bildung eines Überdruckventils gegen einen Dichtsitz gedrückt. Der Dichtsitz liegt an einem dem Deckel gegenüberliegenden Wandstück, also an dem Behälterboden des Ölbehälters an, und umgibt eine an dem Ölbehälter angeschlossene und in einem Innenraum des Filtereinsatzes einmündende Zulaufleitung, die durch den Filtereinsatz von einer außerhalb des Filtereinsatzes an dem Ölbehälter angeschlossenen Ablaufleitung getrennt ist. Der Filtereinsatz weist einen von seiner dem Dichtsitz zugewandten Stirnseite in seinen Innenraum hineinragenden zylindrischen Fortsatz auf, durch den hindurch die Zulaufleitung geführt ist.
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Aus der
GB 1 066 308 A ist ein Ölfilter bekannt, der mit einem Ventil versehen ist, das gleichzeitig die Funktion eines Umgehungsventils zur Umgehung des Ölfilters und die Funktion eines Rückschlagventils bereitstellt, um zu verhindern, dass Öl über den Ölfilter zurückfließen kann.
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Die
WO 01/12488 A1 beschreibt einen Ölabscheider für ein Druckluftsystem, der von der diesen durchströmenden Druckluft umgangen werden kann, sobald die Druckdifferenz über den Ölabscheider einen bestimmten Wert überschreitet. In diesem Fall wird der Ölabscheider durch den sich einlassseitig aufbauenden Druck der Druckluft gegen eine Feder verschoben, so dass ein Umgehungskanal freigegeben wird, der die Einlassseite mit der Auslassseite des Ölabscheiders direkt verbindet.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Behälter für einen Hydraulikkreislauf, insbesondere einen Ausgleichsbehälter für Hydrauliköl einer hydraulischen Servolenkung, mit einem Filter zum Abscheiden fester Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom und einem Umgehungskanal derart auszubilden, dass der Eintrag von in dem Filter zurückgehaltenen Verunreinigungen bzw. Sedimenten in den Hydraulikkreis beim Öffnen des Umgehungskanals wirksam verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Behälter für einen Hydraulikkreislauf, insbesondere ein Ausgleichsbehälter für Hydrauliköl einer hydraulischen Servolenkung, ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse jeweils vorgesehenen Einlass und Auslass, wenigstens einen zwischen dem Einlass und Auslass angeordneten, einen Filterinnenraum umschließenden Filter zum Abscheiden fester Bestandteile aus einem Flüssigkeitsstrom und einen Umgehungskanal zum selektiven Umgehen des Filters in Abhängigkeit von einem vorherbestimmbaren Differenzdruck zwischen dem Einlass und Auslass. Der Umgehungskanal ist somit geeignet, den Einlass mit dem Auslass des Gehäuses unter Umgehung des Filters fluidleitend in Abhängigkeit von dem vorherbestimmbaren Differenzdruck zu verbinden. Der Filter weist an einer Wandung eine mit dem Einlass fluiddicht verbindbare Einlassöffnung auf, wobei an der Wandung wenigstens eine in den Filterinnenraum gerichtete Schwallwand vorgesehen ist.
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Der Begriff Wandung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung weit auszulegen und umfasst beispielsweise Boden-, Seiten- und Deckenwände des Filters sowie auch lediglich Abschnitte hiervon. Allgemein sind von dem Begriff Wandung alle wandähnlichen Elemente umfasst, insbesondere auch solche wandähnlichen Elemente, die den Filterinnenraum von dem den Filter umgebenden Raum trennen.
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Die an der die Einlassöffnung aufweisenden Wandung vorgesehene und in den Filterinnenraum gerichtete Schwallwand verhindert wirksam, dass in dem Filter zurückgehaltene Verunreinigungen bzw. Sedimente, die sich beispielsweise an der Wandung des Filters abgelagert haben, beim Öffnen des Umgehungskanals durch die Einlassöffnung aus dem Filter in den Behälter entweichen und damit in den an dem Behälter angeschlossenen Hydraulikkreis gelangen können.
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Durch die Schwallwand bildet sich an der Wandung wenigstens eine Totwasserzone aus, in der im Wesentlichen keine Flüssigkeitsströmung vorhanden ist. Folglich wird durch die Schwallwand ebenso wirkungsvoll verhindert, dass die in der Totwasserzone einmal abgelagerten festen Bestandteile bzw. Schwebeteilchen durch die Strömung der durch den Filter strömenden Hydraulikflüssigkeit wieder aufgewirbelt werden und in andere Bereiche des Filterinnenraums gelangen können.
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In einer einen besonders einfachen Aufbau aufweisenden, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Schwallwand konzentrisch um die Einlassöffnung des Filters angeordnet.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wandung einen zentralen, um die Einlassöffnung angeordneten Wandabschnitt und einen umfänglichen, von der Einlassöffnung entfernten Wandabschnitt aufweist, wobei der zentrale Wandabschnitt weiter in den Filterinnenraum hineinragt als der umfängliche Wandabschnitt und die Schwallwand den zentralen Wandabschnitt mit dem umfänglichen Wandabschnitt verbindet. Somit ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Schwallwand gleich mit den Elementen der ohnehin vorhandenen Wandung des Filters auszubilden und auf zusätzliche Elemente zur alleinigen Ausbildung der Schwallwand zu verzichten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Federelement vorgesehen, das sich gegen eine Innenseite des Gehäuses abstützt und den Filter gegen den Einlass drückt. Hierbei ist der Filter in dem Gehäuse axial verschiebbar gelagert und das Federelement derart ausgebildet, dass der Filter eine erste Betriebsstellung einnimmt, bei der die Einlassöffnung fluiddicht mit dem Einlass verbunden ist und der Umgehungskanal verschlossen ist, wenn der Differenzdruck zwischen dem Einlass und Auslass einen vorherbestimmbaren Schwellwert unterschreitet, und der Filter wenigstens eine zweite Betriebsstellung einnimmt, bei welcher der Umgehungskanal wenigstens teilweise geöffnet ist, wenn der Differenzdruck zwischen dem Einlass und Auslass den vorherbestimmbaren Schwellwert überschreitet. Mit anderen Worten wird der Umgehungskanal durch eine axiale Verschiebung des Filters in dem Gehäuse in Abhängigkeit von dem zwischen dem Einlass und Auslass anliegenden Differenzdruck freigegeben bzw. geschlossen. Da der Umgehungskanal, wie bereits beschrieben, in geöffnetem Zustand eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Einlass und Auslass des Gehäuses unter Umgehung des Filters herstellt, wird somit die Flüssigkeitsströmung nicht mehr durch den Filter geleitet. Somit werden bei geöffnetem Umgehungskanal Strömungswirbel in dem Filterinnenraum, durch die in dem Filter zurückgehaltene feste Verunreinigungen durch die Einlassöffnung nach außen strömen könnten, zusätzlich vermieden. Der auf die zuvor beschriebene Weise freigebbare und verschließbare Umgehungskanal stellt sicher, dass der mit dem Behälter verbundene Hydraulikkreis stets ausreichend mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, selbst in dem Fall, dass die Hydraulikflüssigkeit den Filter aufgrund eines zu hohen Strömungswiderstands nicht oder nicht in ausreichender Menge passieren kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse ferner eine Einfüllöffnung auf, durch die Hydraulikflüssigkeit in den Behälter ein- bzw. nachfüllbar ist, wobei das Federelement koaxial zu dieser Einfüllöffnung und diese umgebend angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Federelement gleichzeitig als Sieb verwendet werden, mit dem wirksam verhindert wird, dass Kleinteile zum Beispiel beim Einfüllen der Hydraulikflüssigkeit in den Behälter fallen und möglicherweise in den mit dem Behälter verbundenen Hydraulikkreis gelangen können. Bei einer zu diesem Zweck besonders geeigneten Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement eine aus mehreren Biegestegen gebildete Bogenfeder. Die Biegestege lassen sich in geeigneter Weise derart dicht nebeneinander anordnen, dass sie die gewünschte Siebwirkung erzielen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Filter einen Feinfilter zum Abscheiden kleiner und kleinster Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom und einen mit diesem in Reihe geschalteten Grobfilter zum Abscheiden größerer Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom. Hierbei ist der Feinfilter bezogen auf die Strömungsrichtung des Flüssigkeitsstroms stromab des Grobfilters angeordnet. Somit stellt der Grobfilter für den Feinfilter einen Vorfilter dar, mit dem der Feinfilter zusätzlich vor Beschädigungen geschützt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Umgehungskanal derart ausgebildet ist, dass er lediglich den Feinfilter umgeht. Das heißt, dass die in den Filter durch die Einlassöffnung einströmende Hydraulikflüssigkeit bei geöffnetem Umgehungskanal lediglich den Feinfilter umgeht, jedoch weiterhin durch einen vorhandenen und mit dem Feinfilter in Reihe geschalteten Grobfilter strömt. Hierdurch wird erreicht, dass der besonders empfindliche Feinfilter vor Beschädigungen, zum Beispiel Reißen, aufgrund eines zu hohen Differenzdrucks zwischen dem Einlass und Auslass des Behälters wirksam geschützt wird, insbesondere beispielsweise in einer Betriebsstartphase, in welcher die Hydraulikflüssigkeit aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur eine erhöhte Viskosität aufweist, andererseits die Hydraulikflüssigkeit jedoch wenigstens noch durch den Grobfilter, den die Hydraulikflüssigkeit erhöhter Viskosität noch relativ leicht passieren kann, gefiltert wird. In einem solchen Fall ist zum Beispiel lediglich der Feinfilter im Gehäuse des Behälters axial verschiebbar gelagert, wohingegen der Grobfilter beispielsweise fest mit dem Einlass des Gehäuses verbunden ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Umgehungskanal derart ausgebildet, dass er sowohl den Feinfilter als auch den Grobfilter umgeht. Eine solche Ausgestaltung ist in der Lage, den Umgehungskanal freizugeben, sobald entweder der Feinfilter oder der Grobfilter für die Hydraulikflüssigkeit einen zu hohen Strömungswiderstand darstellt, zum Beispiel aufgrund von Verstopfungen der jeweiligen Filter oder aufgrund einer zu hohen Viskosität der Hydraulikflüssigkeit. Ferner bietet diese Ausgestaltung den Vorteil, dass der Feinfilter und der Grobfilter als eine einzige, fest miteinander verbundene Baueinheit, die zum Beispiel axial verschiebbar im Gehäuse des Behälters gelagert ist, ausgeführt werden können, wodurch unter anderem die Montage bzw. der Austausch des Filters in dem Gehäuse erleichtert wird.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Querschnittsseitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Behälters gemäß der Erfindung in einer ersten Betriebsstellung,
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2 eine Querschnittsseitenansicht des Behälters aus 1 in einer zweiten Betriebsstellung und
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3 eine Querschnittsseitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Behälters gemäß der Erfindung.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden
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1 stellt eine Querschnittsseitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Behälters 1 für einen Hydraulikkreis, insbesondere einen Ausgleichsbehälter für Hydrauliköl einer hydraulischen Servolenkung, gemäß der Erfindung in einer ersten Betriebsstellung dar. Der Behälter 1 umfasst ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuse 2 mit einer Längsachse 3. Das Gehäuse 2 weist einen in 1 dargestellten Einlass 4 zum Aufnehmen von Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, aus dem mit dem Behälter 1 verbundenen, in 1 nicht näher dargestellten Hydraulikkreis, insbesondere einem Hydraulikkreis einer hydraulischen Servolenkung, in den Behälter 1 sowie einen in 1 ebenfalls nicht dargestellten Auslass zum Abgeben der Hydraulikflüssigkeit an den mit dem Behälter 1 verbundenen Hydraulikkreis auf.
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Wie 1 weiter zu entnehmen ist, umfasst der Behälter 1 wenigstens einen zwischen dem Einlass 4 und Auslass angeordneten Filter 5 zum Abscheiden fester Bestandteile aus der den Behälter 1 über den Einlass 4 und den Auslass durchströmenden Hydraulikflüssigkeit. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 1 ist der Filter 5 ebenfalls im Wesentlichen zylinderförmig und rotationssymmetrisch zur Achse 3 ausgebildet und umschließt einen Filterinnenraum 6. Der Filter 5 umfasst eine Bodenwand 7 bzw. einen Boden 7, eine dem Boden 7 gegenüberliegende Deckenwand 8 und eine den Boden 7 mit der Deckenwand 8 verbindende Seitenwand 9. Im Wesentlichen wird die gesamte Seitenwand 9 bei dem in 1 dargestellten Filter 5 durch ein Filterelement bzw. eine Filtermembran 10, beispielsweise ein Nylongewebe mit einer Maschenweite von etwa 18 μm, gebildet und ist somit als Feinfilter 10 zum Abscheiden kleiner und kleinster fester Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom ausgelegt.
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Der Boden 7 bzw. die Bodenwand 7 stellt eine Wandung des Filters 5 im Sinne der Erfindung dar und weist eine Einlassöffnung 11 zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, in den Filterinnenraum 6 auf. Die Einlassöffnung 11 des Filters 5 ist in 2 deutlicher zu erkennen. Sie ist mit dem Einlass 4 des Behälters 1 fluiddicht verbindbar. Bei dem in 1 dargestellten Behälter 1 weist der Einlass 4 insbesondere einen in den Behälterinnenraum hineinragenden Einlassstutzen 12 auf, der in die Einlassöffnung 11 des Filters 5 fluiddicht aufnehmbar ist.
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Die Seitenwand 9 bzw. die Filtermembran 10 stellen einen Auslass des Filters 5 dar, da die in den Filterinnenraum 6 einströmende Hydraulikflüssigkeit den Filter 5 im Normalfall über die Seitenwand 9 bzw. die Filtermembran 10 in den durch das Gehäuse 2 begrenzten Innenraum des Behälters 1 wieder verlassen kann.
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Ferner umfasst der Behälter 1 einen Umgehungskanal 13 zum selektiven Umgehen des Filters 5 in Abhängigkeit von einem vorherbestimmbaren Differenzdruck zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Behälters 1. Insbesondere ist, wie in 1 zu erkennen ist, der Umgehungskanal 13 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Boden 7 des Filters 5 ausgebildet. Der Umgehungskanal 13 ist geeignet, den Einlass 4 mit dem Auslass des Gehäuses 2 unter Umgehung des Filters 5 fluidleitend in Abhängigkeit von dem vorherbestimmbaren Differenzdruck zu verbinden. Bei dem in 1 dargestellten ersten Betriebszustand ist der Umgehungskanal 13 durch den Einlassstutzen 12 verschlossen, so dass die über den Einlass 4 in den Behälter 1 einströmende Hydraulikflüssigkeit vollständig in den Filterinnenraum 6 des Filters 5 geleitet wird, wie durch entsprechende Pfeile in der 1 verdeutlicht ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 1 weist die Bodenwand 7 einen zentralen, um die Einlassöffnung 11 angeordneten Wandabschnitt 14 und einen umfänglichen, von der Einlassöffnung 11 radial entfernten Wandabschnitt 15 auf, wobei der zentrale Wandabschnitt 14 weiter in den Filterinnenraum 6 hineinragt als der umfängliche Wandabschnitt 15. Die den zentralen Wandabschnitt 14 mit dem umfänglichen Wandabschnitt 15 verbindende Wand 16 ist eine Schwallwand im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die Schwallwand 16 ist an der Bodenwand 7 vorgesehen und in den Filterinnenraum 6 gerichtet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Behälters 1 ist die Schwallwand 16 integraler Bestandteil der Bodenwand 7 und bereits durch die spezielle Formgebung der Bodenwand 7 ausgebildet. Es sind somit keine zusätzlichen Elemente zur Ausbildung der Schwallwand 16 neben den für die Bildung der Bodenwand 7 erforderlichen Elementen notwendig. Wie aus 1 entnommen werden kann, ist die Schwallwand 16 konzentrisch um die Einlassöffnung 11 des Filters 5 angeordnet.
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Durch die Schwallwand 16 bildet sich an der Bodenwand 7 eine Totwasserzone 17 zwischen der Seitenwand 9 und der Schwallwand 16 aus. In dieser ist im Wesentlichen keine Flüssigkeitsströmung vorhanden. Folglich wird durch die Schwallwand 16 wirkungsvoll verhindert, dass die in der Totwasserzone 17 einmal abgelagerten festen Bestandteile bzw. Schwebeteilchen durch die Strömung der durch den Filter 5 strömenden Hydraulikflüssigkeit wieder aufgewirbelt werden und in andere Bereiche des Filterinnenraums 6 gelangen können.
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Insbesondere verhindert die an der Bodenwand 7 vorgesehene Schwallwand 16 wirkungsvoll, dass in dem Filter 5 zurückgehaltene Verunreinigungen bzw. Sedimente, die sich zum Beispiel infolge der Schwerkraft auf den Boden 7 abgesenkt und dort abgelagert haben, beim Öffnen des Umgehungskanals 13 durch die Einlassöffnung 11 aus dem Filter 5 in den Behälter 1 entweichen und damit in den an dem Behälter 1 angeschlossenen Hydraulikkreis gelangen können.
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Wie in 1 ferner zu erkennen ist, umfasst das gezeigte Ausführungsbeispiel des Behälters 1 ein Federelement 18, das sich gegen eine Innenseite des Gehäuses 2, insbesondere gegen eine Oberseite des Gehäuses 2, abstützt und den Filter 5 gegen den Einlass 4 drückt. Hierdurch wird unter anderem eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Einlass 4 bzw. dem Einlassstutzen 12 und der Einlassöffnung 11 des Filters 5 sichergestellt. Darüber hinaus ist das Federelement 18 jedoch derart ausgebildet, dass der Filter 5 die in 1 dargestellte erste Betriebsstellung einnimmt, bei welcher die Einlassöffnung 11 fluiddicht mit dem Einlass 4 verbunden ist und der Umgehungskanal 13 verschlossen ist, wenn der Differenzdruck zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Gehäuses 2 einen vorherbestimmbaren Schwellwert unterschreitet, und der Filter 5 wenigstens eine in 2 dargestellte zweite Betriebsstellung einnimmt, bei welcher der Umgehungskanal 13 wenigstens teilweise geöffnet ist, wenn der Differenzdruck zwischen dem Einlass 4 und Auslass den vorherbestimmbaren Schwellwert überschreitet. Der Filter 5 ist hierbei in dem Gehäuse 2 axial entlang der Achse 3 verschiebbar gelagert.
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Ferner weist das in 1 dargestellte Gehäuse 2 an der Oberseite eine Einfüllöffnung 19 auf, durch die Hydraulikflüssigkeit in den Behälter 1 ein- bzw. nachfüllbar ist und zu der das Federelement 18 koaxial und diese umgebend angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Federelement 18 gleichzeitig als Sieb verwendet werden, mit dem wirksam verhindert wird, dass Kleinteile zum Beispiel beim Einfüllen der Hydraulikflüssigkeit in den Behälter 1 fallen und möglicherweise in den mit dem Behälter 1 verbundenen Hydraulikkreis gelangen können.
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Wie in 1 weiter dargestellt ist, umfasst der Filter 5 den bereits beschriebenen Feinfilter 10 und einen mit diesem in Reihe geschalteten Grobfilter 20 zum Abscheiden größerer Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom im Vergleich zum Feinfilter 10, wobei der Feinfilter 10 bezogen auf die Strömungsrichtung des Flüssigkeitsstroms stromab des Grobfilters 20 angeordnet ist. Der Grobfilter 20 ist für den Feinfilter 10 somit ein Vorfilter, mit dem der Feinfilter 10 zusätzlich vor Verstopfung oder Beschädigung durch größere feste Bestandteile im Flüssigkeitsstrom geschützt wird. Hierzu ist der Grobfilter 20 bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 1 koaxial zur Einlassöffnung 11 und diese umgebend angeordnet, so dass die durch den Einlass 4 einströmende Hydraulikflüssigkeit zuerst den Grobfilter 20 passiert.
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Der Grobfilter 20 weist ähnlich wie der Filter 5 bzw. Feinfilter 10 eine zylinderförmige Seitenwand 21 auf, die in herkömmlicher Weise als Filtersieb zum Abscheiden größerer fester Bestandteile aus dem Flüssigkeitsstrom ausgebildet ist. Nachdem die Hydraulikflüssigkeit die Seitenwand 21 des Grobfilters 20 durchströmt hat, gelangt sie in den Filterinnenraum 6 des Filters 5.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Behälters 1 ist der Grobfilter 20 zudem fest mit dem Boden 7 des Filters 5 verbunden, so dass der Grobfilter 20 und der Feinfilter 10 eine einzige, fest miteinander verbundene Baueinheit bilden.
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Somit verschiebt sich der Grobfilter 20 gemeinsam mit dem Feinfilter 10 in axialer Richtung im Gehäuse 2 in Abhängigkeit von dem zwischen dem Einlass 4 und dem Auslass des Behälters 1 anliegenden Differenzdruck, wie bereits ausführlich beschrieben wurde. Der Umgehungskanal 13 ist folglich bei dem in 1 gezeigten Behälter 1 derart ausgebildet, dass er sowohl den Feinfilter 10 als auch den Grobfilter 20 umgeht.
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In 1 ist weiter zu erkennen, dass die Unterseite der Bodenwand 7 mit einem Führungselement 22, zum Beispiel einer Führungsbuchse, versehen ist, über das der Boden 7 axial an dem Einlassstutzen 12 geführt ist, wodurch eine genaue axiale Führung des Filters 5 im Gehäuse 2 und damit stets eine koaxiale Ausrichtung der Einlassöffnung 11 zum Einlass 4 bzw. dem Einlassstutzen 12 sichergestellt ist.
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2 stellt eine Querschnittsseitenansicht des Behälters 1 aus 1 in einer zweiten Betriebsstellung dar. Wie zu erkennen ist, wurde der gesamte Filter 5, das heißt der Feinfilter 10 und der Grobfilter 20, infolge eines zu hohen Differenzdrucks zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Behälters 1, beispielsweise in einer Betriebsstartphase, in welcher die Hydraulikflüssigkeit aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur eine erhöhte Viskosität aufweist und beim Passieren des Feinfilters 10 einen erhöhten Strömungswiderstand erfährt, gegen das Federelement 18 axial nach oben verschoben. Das Führungselement 22 stellt in dieser zweiten Betriebsstellung weiterhin eine sichere axiale Führung des Filters 5 im Gehäuse 2 sicher. Durch die axiale Verschiebung des Filters 5 im Gehäuse 2 nach oben gibt der Einlassstutzen 12 den Umgehungskanal 13 frei, so dass in den Einlass 4 einströmende Hydraulikflüssigkeit unter Umgehung des Filters 5, das heißt unter Umgehung sowohl des Grobfilters 20 als auch des Feinfilters 10, in den Behälter 1 und folglich durch den Auslass in den Hydraulikkreis zurückströmen kann. Die Schwallwand 16 verhindert ferner, dass in dem Filter 5 und insbesondere in der Totwasserzone 17 am Boden 7 abgelagerte feste Verunreinigungen aus dem Filterinnenraum 6 durch die Einlassöffnung 11 aus dem Filter 5 über den Umgehungskanal 13 in den Behälter 1 und damit in den mit dem Behälter 1 verbundenen Hydraulikkreis gelangen können.
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Da der Umgehungskanal 13 in dem in 2 dargestellten geöffneten Zustand eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Gehäuses 2 unter Umgehung des Filters 5 herstellt, wird somit die Flüssigkeitsströmung nicht mehr durch den Filter 5 geleitet. Somit werden bei geöffnetem Umgehungskanal 13 Strömungswirbel in dem Filterinnenraum 6, durch die in dem Filter 5 zurückgehaltene feste Verunreinigungen durch die Einlassöffnung 11 nach außen strömen könnten, zusätzlich vermieden. Der auf die zuvor beschriebene Weise freigebbare und verschließbare Umgehungskanal 13 stellt sicher, dass der mit dem Behälter 1 verbundene Hydraulikkreis stets ausreichend mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, selbst in dem Fall, dass die Hydraulikflüssigkeit den Filter 5 aufgrund eines zu hohen Strömungswiderstands nicht oder nicht in ausreichender Menge passieren kann, was beispielsweise bei einer Verstopfung des Feinfilters 10 oder des Grobfilters 20 oder während einer Betriebsstartphase, in der die Hydraulikflüssigkeit aufgrund einer niedrigen Betriebstemperatur hochviskos ist, passieren kann.
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Während des Betriebs des mit dem Behälter 1 verbundenen Hydraulikkreises strömt Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, durch den Einlass 4 des Gehäuses 2 und durch die Einlassöffnung 11 zunächst in den Grobfilter 20 und von dort in den Filterinnenraum 6 des Filters 5 bzw. Feinfilters 10. Nach dem Einströmen in den Filterinnenraum 6 verteilt sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zylinderförmigen Filter 5 im Wesentlichen radialsymmetrisch zu allen Seiten. In einem in 1 dargestellten normalen Betriebszustand, das heißt bei ausreichend niedriger Viskosität der Flüssigkeit und wenn der Feinfilter 10 und der Grobfilter 20 nicht durch Ablagerungen verstopft sind, strömt die Hydraulikflüssigkeit durch die die Seitenwand 9 bildende Filtermembran 10, verlässt auf diese Weise den Filter 5 und gelangt in den, den Filter 5 umgebenden Raum, der durch das Gehäuse 2 des Behälters 1 begrenzt wird. Der Differenzdruck zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Behälters 1 ist nicht so groß, dass der Filter 5 gegen die durch das Federelement 18 aufgebrachte Federkraft nach oben angehoben wird. Der Umgehungskanal 13 bleibt somit verschlossen.
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Erst wenn der Differenzdruck einen bestimmten Schwellwert überschreitet, was beispielsweise bei einem Betriebsstart des Hydraulikkreises auftreten kann, da die Hydraulikflüssigkeit aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur eine relativ hohe Viskosität aufweist und insbesondere den Feinfilter 10 nicht oder nicht ohne großen Widerstand durchströmen kann, verschiebt sich der Filter 5 bzw. Feinfilter 10 einschließlich des Grobfilters 20 axial nach oben, wobei der Umgehungskanal 13 von dem Einlassstutzen 12 freigegeben wird. In diesem Fall strömt die Hydraulikflüssigkeit unter Umgehung sowohl des Feinfilters 10 als auch des Grobfilters 20 durch den Umgehungskanal 13 in den Behälter 1 zurück. Somit ist gewährleistet, dass der Hydraulikkreis zu jedem Zeitpunkt ausreichend mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird.
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Aus dem Behälter 1 wird die Hydraulikflüssigkeit dem Hydraulikkreis, beispielsweise der Lenkhilfepumpe einer Kraftfahrzeugservolenkung, über den in den 1 und 2 nicht dargestellten Auslass zugeführt.
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3 stellt eine Querschnittsseitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Behälters 23 gemäß der Erfindung dar. Wie 3 zu entnehmen ist, umfasst der Behälter 23 wenigstens einen zwischen dem Einlass 4 und Auslass angeordneten Filter 24 zum Abscheiden fester Bestandteile aus der den Behälter 1 über den Einlass 4 und den Auslass durchströmenden Hydraulikflüssigkeit. Bei dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 23 ist der Filter 24 ebenfalls im Wesentlichen zylinderförmig und rotationssymmetrisch ausgebildet und umschließt den Filterinnenraum 6. Die Seitenwand 9 des Filters 24 ist ebenfalls durch ein Filterelement bzw. eine Filtermembran 10, beispielsweise ein Nylongewebe mit einer Maschenweite von etwa 18 μm, gebildet und ist somit als Feinfilter 10 zum Abscheiden kleiner und kleinster fester Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom ausgelegt.
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Wie 3 weiter zu entnehmen ist, umfasst der Filter 24 neben dem Feinfilter 10 einen mit diesem in Reihe geschalteten Grobfilter 25 zum Abscheiden größerer Verunreinigungen aus dem Flüssigkeitsstrom im Vergleich zum Feinfilter 10, wobei der Feinfilter 10 bezogen auf die Strömungsrichtung des Flüssigkeitsstroms stromab des Grobfilters 25 angeordnet ist. Der Grobfilter 25 stellt für den Feinfilter 10 einen Vorfilter dar, mit dem der Feinfilter 10 zusätzlich vor Verstopfung oder Beschädigung durch zu große feste Bestandteile im Flüssigkeitsstrom geschützt wird. Hierzu ist der Grobfilter 25 bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 23 koaxial zur Einlassöffnung 11 und diese umgebend angeordnet, so dass die durch den Einlass 4 einströmende Hydraulikflüssigkeit zuerst den Grobfilter 25 passiert.
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Der Grobfilter 25 weist ähnlich wie der in den 2 und 3 dargestellte Grobfilter 20 eine zylinderförmige Seitenwand 21 auf, die in herkömmlicher Weise als Filtersieb zum Abscheiden größerer fester Bestandteile aus dem Flüssigkeitsstrom ausgebildet ist. Nachdem die Hydraulikflüssigkeit die Seitenwand 21 des Grobfilters 25 durchströmt hat, gelangt sie in den Filterinnenraum 6 des Filters 24.
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Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Behälters 1 ist der Grobfilter 25 des zweiten Ausführungsbeispiels des Behälters 23 jedoch fest mit dem Einlassstutzen 12 des Einlasses 4 verbunden und nicht mit dem Boden 7 des Filters 24. Der Feinfilter 10 und der Grobfilter 25 bilden demnach keine einzige, fest miteinander verbundene Baueinheit. Bei dem Behälter 23 ist lediglich der Filter 24 bzw. der Feinfilter 10 axial verschiebbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Der in dem Boden 7 bzw. der Bodenwand 7 ausgebildete Umgehungskanal 13 des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Behälters 23 ist somit derart ausgebildet, lediglich den Feinfilter 10 in Abhängigkeit von dem zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Behälters 23 anliegenden Differenzdruck zu umgehen. Die in 3 dargestellte Betriebsstellung des Behälters 23 entspricht der in 1 dargestellten ersten Betriebsstellung des Behälters 1, bei welcher der Umgehungskanal 13 verschlossen ist.
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Bei geöffnetem Umgehungskanal 13 umgeht die in den Filter 24 durch die Einlassöffnung 11 einströmende Hydraulikflüssigkeit lediglich den Feinfilter 10, strömt jedoch weiterhin durch den mit dem Feinfilter 10 in Reihe geschalteten Grobfilter 25. Hierdurch wird erreicht, dass der besonders empfindliche Feinfilter 10 vor Beschädigungen, zum Beispiel Reißen, aufgrund eines zu hohen Differenzdrucks zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Behälters 23 wirksam geschützt wird, insbesondere beispielsweise in einer Betriebsstartphase, in welcher die Hydraulikflüssigkeit aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur eine erhöhte Viskosität aufweist, andererseits die Hydraulikflüssigkeit jedoch wenigstens noch durch den Grobfilter 25, den die Hydraulikflüssigkeit erhöhter Viskosität noch relativ leicht passieren kann, gefiltert wird.
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Wie 3 weiter zu entnehmen ist, ist bei dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 23 an der den Boden 7 bildenden Wandung eine in den Filterinnenraum 6 gerichtete Schwallwand 26 vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel durch ein an dem Boden 7 zusätzlich geformtes Wandelement gebildet ist. Die Schwallwand 26 ist konzentrisch um die Einlassöffnung 11 angeordnet. Durch die Schwallwand 26 wird am Boden 7 eine Totwasserzone 17 zwischen der Seitenwand 9 und der Schwallwand 26 des Filters 24 gebildet.
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Auch die in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte Schwallwand 26 verhindert wirkungsvoll, dass die in der Totwasserzone 17 einmal abgelagerten festen Bestandteile bzw. Schwebeteilchen durch die Strömung der durch den Filter 24 strömenden Hydraulikflüssigkeit wieder aufgewirbelt werden und in andere Bereiche des Filterinnenraums 6 gelangen können. Insbesondere verhindert die an der Bodenwand 7 vorgesehene Schwallwand 26, dass in dem Filter 24 zurückgehaltene Verunreinigungen bzw. Sedimente, die sich zum Beispiel infolge der Schwerkraft auf den Boden 7 abgesenkt und dort abgelagert haben, beim Öffnen des Umgehungskanals 13 durch die Einlassöffnung 11 aus dem Filter 24 in den Behälter 23 entweichen und damit in den an dem Behälter 1 angeschlossenen Hydraulikkreis gelangen können.
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Das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Behälters 23 weist ferner ein Federelement 27 auf, das in dieser Ausführungsform eine aus mehreren Biegestegen 28 gebildete Bogenfeder ist. Die Biegestege 28 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in geeigneter Weise derart dicht nebeneinander angeordnet, dass sie eine gewünschte Siebwirkung erzielen und verhindern, dass durch die Einfüllöffnung 19, durch die Hydraulikflüssigkeit in den Behälter 23 ein- bzw. nachfüllbar ist und zu der das Federelement 27 koaxial und diese umgebend angeordnet ist, zum Beispiel Kleinteile beim Einfüllen der Hydraulikflüssigkeit in den Behälter 23 fallen und möglicherweise in den mit dem Behälter 23 verbundenen Hydraulikkreis gelangen können.
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In 3 ist ebenfalls zu erkennen, dass ein Teil der Bodenwand 7 des Behälters 23 als Führungselement 22 ausgebildet ist, über das der Boden 7 axial an dem Einlassstutzen 12 geführt ist. Somit ist stets eine genaue axiale Führung des Filters 24 im Gehäuse 2 und damit stets eine koaxiale Ausrichtung der Einlassöffnung 11 zum Einlass 4 bzw. dem Einlassstutzen 12 sichergestellt.
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Während des Betriebs des mit dem Behälter 23 verbundenen Hydraulikkreises strömt Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl, durch den Einlass 4 des Gehäuses 2 und durch die Einlassöffnung 11 zunächst in den Grobfilter 25 und von dort in den Filterinnenraum 6 des Filters 24. Nach dem Einströmen in den Filterinnenraum 6 verteilt sich die Hydraulikflüssigkeit in dem zylinderförmigen Filter 24 im Wesentlichen radialsymmetrisch zu allen Seiten. In einem normalen Betriebszustand, das heißt bei ausreichend niedriger Viskosität der Flüssigkeit und wenn die Filtermembran 10 nicht durch Ablagerungen verstopft ist, strömt die Hydraulikflüssigkeit durch die die Seitenwand 9 bildende Filtermembran 10, verlässt auf diese Weise den Filter 24 und gelangt in den den Filter 24 umgebenden Raum, der durch das Gehäuse 2 des Behälters 23 begrenzt wird. Der Differenzdruck zwischen dem Einlass 4 und Auslass des Behälters 23 ist nicht so groß, dass der Filter 24 gegen die durch das Federelement 27 wirkende Federkraft nach oben angehoben wird. Der Umgehungskanal 13 bleibt somit verschlossen.
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Erst wenn der Differenzdruck einen bestimmten Schwellwert überschreitet, was beispielsweise bei einem Betriebsstart des Hydraulikkreises auftreten kann, da die Hydraulikflüssigkeit aufgrund der niedrigen Betriebstemperatur eine relativ hohe Viskosität aufweist und die Filtermembran 10 nicht oder nicht ohne großen Widerstand durchströmen kann, verschiebt sich der Filter 24 bzw. Feinfilter 10 axial nach oben, wobei der Umgehungskanal 13 freigegeben wird. In diesem Fall strömt die Hydraulikflüssigkeit unter Umgehung des Filters 24 bzw. Feinfilters 10 aus dem Filterinnenraum 6 in den Behälter 23 zurück. Die Hydraulikflüssigkeit wird jedoch noch durch den Grobfilter 25 gefiltert. Somit ist gewährleistet, dass der Hydraulikkreis zu jedem Zeitpunkt ausreichend mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird.
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Aus dem Behälter 23 wird die Hydraulikflüssigkeit dem Hydraulikkreis, beispielsweise einer Lenkhilfepumpe einer Kraftfahrzeugservolenkung, über den in 3 nicht dargestellten Auslass zugeführt.
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In bevorzugter Ausführung wird der erfindungsgemäße Behälter als Ausgleichsbehälter für Hydrauliköl in einer hydraulischen Servolenkung eines Kraftfahrzeugs verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Längsachse
- 4
- Einlass
- 5
- Filter
- 6
- Filterinnenraum
- 7
- Bodenwand, Boden
- 8
- Deckenwand
- 9
- Seitenwand
- 10
- Filtermembran, Feinfilter
- 11
- Einlassöffnung
- 12
- Einlassstutzen
- 13
- Umgehungskanal
- 14
- Zentraler Wandabschnitt von 7
- 15
- Umfänglicher Wandabschnitt von 7
- 16
- Schwallwand
- 17
- Totwasserzone
- 18
- Federelement
- 19
- Einfüllöffnung
- 20
- Grobfilter
- 21
- Seitenwand von 20
- 22
- Führungselement
- 23
- Behälter
- 24
- Filter
- 25
- Grobfilter
- 26
- Schwallwand
- 27
- Federelement
- 28
- Biegesteg
