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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Filtervorrichtungen dieser Gattung kommen auf den verschiedensten Gebieten zum Einsatz. In der Technik finden solche Filtervorrichtungen eine besonders breite Anwendung zur Abreinigung von Betriebsfluiden, wie Hydraulikflüssigkeiten, Kraft- oder Schmierstoffen, Kühlflüssigkeiten und dergleichen. Da die Filtervorrichtungen hierbei wesentliche Systemkomponenten bilden, ist die einwandfreie Funktion und Filterleistung Voraussetzung für den störungsfreien Betrieb betreffender Anlagen. In Anbetracht dessen, dass Funktionsstörungen bis hin zu Beschädigungen und Ausfällen zu sehr hohen Kosten führen können, stellt die Funktionssicherheit einen bedeutenden wirtschaftlichen Faktor dar.
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Die
DE 10 2010 005 978 A1 beschreibt eine Filtervorrichtung, mit einem Filtergehäuse, das mit mindestens einer Anschlussstelle für die Zufuhr eines Unfiltratstroms und mindestens einer weiteren Anschlussstelle für die Abfuhr eines Filtratstroms versehen ist, und mit mindestens einem ein Filtermaterial aufweisenden Filterelement, das zur Filtration des Unfiltratstroms, insbesondere von Partikelverschmutzungen, zwischen die jeweiligen Anschlussstellen geschaltet und im Filtergehäuse aufgenommen ist, wobei eine Strömungsleiteinrichtung vorhanden ist, die den Unfiltratstrom gesteuert zu Flächenbereichen des Filtermaterials des Filterelements für die Filtration im Betrieb der Vorrichtung zuführt, wobei die Strömungsleiteinrichtung im Bereich der Anschlussstelle für die Zufuhr des Unfiltrats innerhalb des Filtergehäuses, eine Barriere bildend, angeordnet ist und mindestens eine Strömungsleitfläche aufweist, die den über die Anschlussstelle eintretenden Unfiltratstrom in Richtung des Filtermaterials des Filterelements umlenkt.
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Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung der betrachteten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine besonders hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zeichnet sich die erfindungsgemäße Filtervorrichtung dadurch aus, dass die Barriere der Strömungsleiteinrichtung stegartig ausgebildet ist und zumindest an ihrer einen freien Stirnseite über den gesamten freien Querschnitt des Zuflusses für den Unfiltratstrom oder nur über einen Teil desselben geführt ist.
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Die Strömungsleiteinrichtung ist im Bereich der Anschlussstelle für die Zufuhr des Unfiltrats innerhalb des Filtergehäuses, für den Unfiltratstrom eine Art Barriere bildend, angeordnet und weist mindestens eine Strömungsleitfläche auf, die den über die Anschlussstelle eintretenden Unfiltratstrom in Richtung des Filtermaterials des Filterelements umlenkt. Durch eine dadurch bewirkte, optimierte Strömungsführung am Eintrittsbereich ist eine besonders homogene Fluidverteilung über die Fläche des Filtermaterials erreichbar.
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Es ist ferner vorgesehen, dass eine Strömungsleiteinrichtung vorhanden ist, die den Unfiltratstrom gesteuert zu Flächenbereichen des Filtermaterials des Filterelements für die Filtration im Betrieb der Vorrichtung zuführt. Durch die dadurch erreichbare optimale Fluidverteilung über die im Betrieb angeströmte Fläche des Filtermaterials ist die Gefahr vermieden, dass es durch Diskontinuitäten des Geschwindigkeitsprofils der auftreffenden Strömung zu Destabilisierungen und/oder Deformationen am Filtermaterial kommt. Insbesondere ist bei der überwiegend benutzten Bauweise des Filtermaterials mit plisseeartig nebeneinanderliegenden Filterfalten die Gefahr vermieden, dass es in verstärkt angeströmten Flächenbereichen zu einem sog. „Verblocken” des Filtermaterials kommt, d. h. zu einem Zusammendrücken von Filterfalten, was zu einer Verringerung der wirksamen Filterfläche und damit zu einem Abfall der Filterleistung führt.
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In besonders vorteilhafter Weise kann die Strömungsleiteinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie den Unfiltratstrom großen Flächenbereichen des Filtermaterials vergleichmäßigt zuführt. Eine derartige Homogenisierung und eine optimale Fluidverteilung über die Filterfläche des Filtermaterials ermöglicht eine hohe Filterleistung durch hohe Ausnutzung der Filterfläche bei möglichst geringem Druckverlust.
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In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Strömungsleiteinrichtung mit ihrer jeweiligen Strömungsleitfläche eine Art Barriere für den Unfiltratstrom in einem Zuströmraum des Filtergehäuses bildet, dessen Gehäuseteile den Zuströmraum von einem Abströmraum für den Filtrationsstrom trennen. Eine derartige Barriere der Strömungsleiteinrichtung kann mit besonderem Vorteil als Strömungsteiler ausgebildet sein, der mindestens zwei in Richtung der Zufuhr des Unfiltratstroms in einem vorgebbaren Winkel auseinanderlaufende Strömungsleitflächen aufweist, die den zugeführten Unfiltratstrom derart aufteilen, dass ein Teil einem vorgebbaren Flächenbereich und ein weiterer Teil einem anderen vorgebbaren Flächenbereich der Wand des Zuströmraumes des Filtermaterials zugeführt ist. Durch eine derartige Aufteilung der Gesamtströmung lässt sich eine besonders homogene Geschwindigkeitsverteilung erreichen.
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Mit besonderem Vorteil können die jeweiligen Flächenbereiche, denen die aufgeteilten Teilströme zugeführt sind, schalenartig, insbesondere teilzylindrisch, ausgebildeten Flächenbereichen des Filtermaterials des Filterelements entsprechen, wobei der aufgeteilte Unfiltratstrom bei vertikaler Ausrichtung des Filterelements dieses von oben nach unten im Betrieb der Vorrichtung umströmt.
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Bei Ausführungsbeispielen der Filtervorrichtung, bei denen die Anschlussstelle für die Zufuhr des Unfiltratstroms am Gehäuse durch eine Öffnung gebildet ist, die der Außenseite des Filtermaterials des Filterelements gegenüberliegend angeordnet ist, kann die Anordnung erfindungsgemäß derart getroffen sein, dass sich die Barriere der Strömungsleiteinrichtung entlang der Außenseite des Filtermaterials über zumindest den gesamten Durchmesser der Öffnung erstreckt. Bei derartigen Filtervorrichtungen mit unmittelbarem Anströmen des Filtermaterials über eine seitliche Einströmöffnung ist beim Stand der Technik üblicherweise ein Prallschutz im Bereich der Öffnung an der Außenseite des Filtermaterials als Anströmschutz in Form eines Blechmantels vorgesehen. Dank der erfindungsgemäß vorgesehenen Strömungsleiteinrichtung ist kein derartiger Blechmantel erforderlich, so dass kein Verlust an freier Filterfläche für den Anströmschutz in Kauf genommen werden muss und dadurch im Betrieb eine erhöhte Filterleistung bei geringerem Δp erreichbar ist.
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Für eine gleichmäßige Aufteilung des Unfiltratstroms kann die Barriere der Strömungsleiteinrichtung im Wesentlichen einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen und kann in besonders vorteilhafter Weise durch einen einstückigen Bestandteil einer Endkappe für das Filterelement gebildet sein.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Anordnung diesbezüglich so getroffen, dass die Endkappe mit der Barriere der Strömungsleiteinrichtung eine Öffnung begrenzt, die das Innere des Filterelements mit der Anschlussstelle für den Austritt des Filtratstroms fluidführend verbindet.
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Eine derartig gestaltete Endkappe kann an ihrer die Barriere aufweisenden Oberseite eine die Öffnung umgebende, vom Zuströmraum weg geneigt verlaufende weitere Strömungsleitfläche bilden, die vorzugsweise die Form einer Kegelfläche besitzt. Dabei ist die Barriere der Strömungsleiteinrichtung an der Endkappe vorzugsweise derart angeordnet, dass die Mittenachse der Endkappenöffnung und die Längsachse des Steges der Barriere parallel zueinander, d. h. parallel zur Achse der Kegelform der Endkappe verlaufend angeordnet sind.
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Um den Zustrom des Unfiltrats möglichst gleichmäßig in Teilströme aufzuteilen, können die Strömungsleitflächen der Barriere einen gekrümmten, insbesondere konkaven Bahnverlauf aufweisen.
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Um die funktionsgerechte Positionierung der Barriere der Strömungsleiteinrichtung sicherzustellen, kann in vorteilhafter Weise zwischen einer Endkappe, vorzugsweise der die Barriere aufweisenden Endkappe des Filterelements, und dem Filtergehäuse eine eine Drehposition des Filterelements vorschreibende Verdrehsicherung vorgesehen sein.
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Gemäß dem Patentanspruch 15 ist Gegenstand der Erfindung auch ein Filterelement, das insbesondere für eine Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 vorgesehen ist.
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Als weiteren Gegenstand betrifft die Erfindung auch eine Endkappe, die insbesondere für ein Filterelement nach Anspruch 15 und bevorzugt für eine Filtervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 14 vorgesehen ist, wobei die Endkappe die Merkmale des Patentanspruches 16 aufweist.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 in schematisch vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht; eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, gesehen auf die Anschlussstelle für die Zufuhr des Unfiltratstroms;
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2 eine gegenüber 1 um 90° verdreht und teilweise aufgebrochen gezeichnete Darstellung des Ausführungsbeispiels;
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3 eine bereichsweise durchbrochen gezeichnete schematisierte Draufsicht des Ausführungsbeispiels;
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4 eine skizzenhafte Darstellung zur Verdeutlichung der durch einen Stromteiler bewirkten Strömungsführung;
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5 eine vergrößert gezeichnete perspektivische Schrägansicht der Filterelement-Endkappe des Ausführungsbeispiels mit zugehörigem Strömungsteiler;
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6 eine Ansicht der Endkappe von 5, gesehen auf die Zuströmseite des Strömungsteilers;
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7 in schematisch vereinfachter Darstellung eine perspektivische Ansicht lediglich des dem Gehäuseboden benachbarten Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, gesehen auf die Anschlussstelle für die Zufuhr des Unfiltratstroms; und
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8 und 9 den 5 und 6 ähnliche perspektivische Schrägansichten einer mit zugehörigem Strömungsteiler versehenen Endkappe des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei unterschiedliche Drehpositionen gezeigt sind.
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Das in 1 bis 6 dargestellte Ausführungsbeispiel der Filtervorrichtung weist ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Filtergehäuse mit einem kreiszylinderförmigen, am Boden geschlossenen Filtertopf 3 und einem dessen oberen Abschluss bildenden Filterkopf 5 auf. Dieser ist für den Einbau und Ausbau eines im Filtergehäuse 1 auswechselbar aufnehmbaren Filterelements 7 am Filtertopf 3 mittels eines Schraubgewindes 9 angebracht. Das Filterelement 7 ist in der bei derartigen Filtervorrichtungen üblichen Weise ausgebildet und weist ein Filtermaterial 11 in Form eines Hohlzylinders auf, der einen inneren Filterhohlraum 13 umgibt, der beim Filtervorgang den Filtratraum bildet, der vom Filtermaterial 11 von dem die Außenseite des Filterelements 7 umgebenden Unfiltratraum 14 getrennt ist. Zu diesem wird im Betrieb ein Unfiltratstrom von einer am Filterkopf 5 des Gehäuses 1 befindlichen Unfiltrat-Anschlussstelle 15 her über einen Zuströmraum 17 zugeführt. Das Filtermaterial 11 des Filterelements 7 ist in der bei derartigen Filterelementen üblichen Weise von einer unteren Endkappe 19 und einer oberen Endkappe 21 eingefasst, die in den 5 und 6 gesondert dargestellt ist. Diese obere Endkappe 21 weist eine zentrale Öffnung 23 auf, die bei in Funktionsposition im Gehäuse 1 aufgenommenem Filterelement 7 mit einem Kanal 25 in Fluidverbindung ist, der sich in Form eines rechtwinklig abgebogenen Rohres im Filterkopf 5 durch den Zuströmraum 17 hindurch zur Anschlussstelle 27 für die Abfuhr des aus dem inneren Filterhohlraum 13 austretenden Filtratstroms erstreckt. Die Anschlussstelle 27 befindet sich am Filterkopf 5 diametral gegenüberliegend zu der Anschlussstelle 15 für die Zufuhr des Unfiltratstroms. Die Endkappe 21 weist, wie der 5 entnehmbar ist, am Rand der Öffnung 23 eine Ringnut 29 für einen O-Ring 31 auf, der die Abdichtung am Übergang zum Kanal 25 bildet.
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Wie aus den 1 bis 6 und am deutlichsten aus 3 und 4 ersichtlich ist, weist der Zuströmraum 17 im Filterkopf 5 Innenwände 33 und 35 auf, die in Form von teilzylindrisch gestalteten Schalen das den Kanal 25 bildende Rohr umgeben. Dabei beschreiben die Innenwände 33, 35 im Bereich der Endkappe 21 einen Kreis mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser des Filtertopfes 3 entspricht. Wie in 2 mit lediglich einem Strömungspfeil 37 angedeutet, ist daher am Rand der Endkappe 21 über deren gesamten Umfangsbereich eine Fluidverbindung vom Zuströmraum 17 in den Unfiltratraum 14 gebildet. Für die Strömungsführung des über die Anschlussstelle 15 eintretenden Unfiltratstroms bildet die Endkappe 21 in Zusammenwirkung mit inneren Flächenbereichen des Zuströmraumes 17 eine Strömungsleiteinrichtung. Ein wesentlicher Bestandteil der Strömungsleiteinrichtung ist ein an die Endkappe 21 ausgebildeter Strömungsteiler in Form einer stegartig ausgebildeten Barriere 39, die mit der Endkappe 21 einstückig ausgebildet ist und sich, von der Mittenachse der Öffnung 23 weg radial zum Außenrand der Endkappe 21 hin versetzt, parallel zur Mittenachse erstreckt. Dabei ist die Barriere 39 so angeordnet, dass sie, wie den 1 und 2 entnehmbar ist, sich über den Eintrittsquerschnitt der Unfiltrat-Anschlussstelle 15 erstreckt. Die Barriere 39 ist im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und weist, von einer vorderen Anströmkante 41 ausgehend, seitliche Strömungsleitflächen 43 auf, die in Strömungsrichtung auseinanderlaufen, wobei sie einen konkav gewölbten Bahnverlauf besitzen. Die die Barriere 39 tragende Oberseite 45 der Endkappe 21 bildet eine sich an die Strömungsleitflächen 43 der Barriere 39 anschließende weitere Strömungsleitfläche, die von der zentralen Öffnung 23 ausgehend in einem Winkel nach unten geneigt verläuft und eine Kegelfläche 47 bildet.
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Die 4 verdeutlicht die für den über die Anschlussstelle 15 einströmenden Unfiltratstrom gebildete Strömungsführung. Wie ersichtlich bilden die als Strömungsteiler wirkenden Strömungsleitflächen 43 der Barriere 39 Teilströme 49, die sich entlang der Innenwände 33 und 35 des Zuströmraumes 17 bewegen, wobei die Innenwände 33, 35 weitere Strömungsleitflächen in Form von Teilschalen bilden, so dass der Strömungsverlauf der zylindrischen Form der Außenflächenbereiche des Filtermaterials 11 entspricht. Dadurch gelangt der Unfiltratstrom vergleichmäßigt vom Zuströmraum 17 in den darunterliegenden Unfiltratraum 14 (s. Pfeil 37 von 2). Die derart erreichte Strömungsumlenkung ergibt eine optimale Fluidverteilung über die Gesamtfläche des Filtermaterials 11. Die Vermeidung der Einwirkung hoher örtlicher Strömungsbelastungen des Filtermaterials 11 gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit über lange Betriebszeiträume.
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Das in 7 bis 9 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen Beispiel dadurch, dass sich die Anschlussstelle 51 für die Zufuhr des Unfiltratstroms am Bodenbereich des Filtertopfes 3 befindet. Am Boden 57 des Gehäusetopfes 3 befindet sich, zur Achse des Filterelements 7 koaxial gelegen, die in 7 nicht sichtbare Anschlussstelle für die Abfuhr des Filtratstroms, der aus dem Filterhohlraum des Filterelements 7 über eine zentrale Öffnung 59 der unteren Endkappe 50 austritt. Diese Endkappe 50 ist, wie aus 8 und 9 zu ersehen ist, in gleicher Weise wie die obere Endkappe 21 des ersten Ausführungsbeispiels mit einer als Strömungsteiler der Strömungsleiteinrichtung wirkenden Barriere 39 versehen, die, in gleicher Gestalt und Lageanordnung wie bei der oberen Endkappe 21, sich von der Oberseite 53 nach oben erstreckt. Bei der aus 7 ersichtlichen Anordnung der Anschlussstelle 51 befindet sich bei eingesetztem Filterelement 7 die Barriere 39 zwischen der Öffnung 61 der Anschlussstelle 51 und dem Filtermaterial 11. Die axiale Länge der Barriere 39 ist derart bemessen, dass sie sich über den gesamten Durchmesser der Öffnung 61 erstreckt. Dadurch bildet die Barriere 39 nicht nur mit den konkav gewölbten Leitflächen 43 einen Strömungsteiler, sondern auch einen Prallschutz, der die direkte Anströmung des Filtermaterials 11 verhindert. Wie 8 und 9 zeigen, ist an der Oberseite 53 der Endkappe 50 eine vertiefte Ringnut 63 als Einfassung für den Rand des Filtermaterials 11 vorgesehen. Wie 9 zeigt, umgibt die Barriere 39 mit ihrer kreiszylindrisch gewölbten, dem Filtermaterial 11 zugewandten Innenfläche 69 das Filtermaterial 11 in einem radialen Abstand, so dass auch im Bereich des gebildeten Prallschutzes eine freiliegende Filterfläche zur Filtration zur Verfügung steht.
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Um die Ausrichtung der Barriere 39 relativ zur Öffnung 61 der Anschlussstelle 51 sicherzustellen, so dass sich der Steg 41 zwischen den Leitflächen 43 mittig über den Durchmesser der Öffnung 61 erstreckt, ist eine Verdrehsicherung nach dem Nut-Feder-Prinzip vorgesehen. Wie 9 zeigt, ist hierfür an der Innenseite der Öffnung 59 der Endkappe 50 eine Nut 67 vorgesehen, die an der der Oberseite 53 entgegengesetzten Seite der Endkappe 50 offen ist und beim Einsetzen des Filterelements 7 einen Positioniervorsprung übergreift, der an der Anschlussstelle zwischen der Endkappe 50 und dem nicht gezeigten Filtratausgang am Boden 3 des Gehäusetopfes 3 vorgesehen ist.