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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung, welche dazu eingesetzt werden kann, das in einem Kühlmittelkreislauf eines Antriebsaggregats eines Fahrzeugs zirkulierende Kühlmittel zu filtern.
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Aus verschiedenen Gründen ist es teilweise unvermeidbar, dass in dem in einem Kühlmittelkreislauf eines Antriebsaggregats, im Allgemeinen einer Brennkraftmaschine, eines Fahrzeugs zirkulierenden, im Allgemeinen flüssigen Kühlmittel partikelartige Verunreinigungen transportiert werden. So bleiben bei der Fertigung eines Antriebsaggregats oftmals aufgrund einer ungenügenden Spülung desselben im Fertigungsprozess entstehende Späne in dem später vom Kühlmittel durchströmten Volumenbereich zurück. Diese im Kühlmittel transportierten, im Allgemeinen aus Metallmaterial bestehenden Partikel werden durch andere Systembereiche, beispielsweise eine Kühlmittelpumpe, ein Kühlmittelventil oder ein beispielsweise brennstoffbetriebenes Fahrzeugheizgerät hindurchgefördert und können dort über die Betriebslebensdauer hinweg zu einem übermäßigen Verschleiß führen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung vorzusehen, welche bei einfachem Aufbau ein zuverlässiges Herausfiltern insbesondere von metallischen Partikeln aus einem Fahrzeugkühlmittel ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung, umfassend ein Filtergehäuse mit einer von Fahrzeugkühlmittel durchströmbaren Filterkammer, einem zu der Filterkammer führenden Kühlmitteleintrittsanschluss und einem von der Filterkammer weg führenden Kühlmittelaustrittsanschluss, wobei in der Filterkammer wenigstens ein magnetisches Filterelement zum Herausfiltern von im Fahrzeugkühlmittel enthaltenen Metallpartikeln vorgesehen ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung wird das Herausfiltern von Metallpartikeln durch magnetische Wechselwirkung mit einem magnetischen Filterelement erreicht, wobei aufgrund der durch die magnetische Wechselwirkung entstehenden Anziehung im Fahrzeugkühlmittel transportierte Metallpartikel an das magnetische Filterelement angezogen werden und somit an einer Außenseite desselben anhaftend gebunden werden. Das Herausfiltern von Metallpartikeln erfolgt also nicht durch das Durchströmen eines kleinste Öffnungen zum Zurückhalten der Metallpartikel aufweisenden porösen Filtermaterials, welches über die Betriebslebensdauer mit Partikeln zugesetzt würde und somit zu einer allmählich zunehmenden, ungewünschten Drosselwirkung führen würde, sondern die Metallpartikel werden aus dem Strom herausgezogen und an das magnetische Filterelement magnetisch angebunden, so dass der verbleibende Kühlmittelstrom die Filterkammer von den an dem Filterelement magnetisch gehaltenen Metallpartikeln unbeeinträchtigt die Filterkammer durchströmen kann.
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Bei einem besonders einfach zu realisierenden Aufbau kann vorgesehen sein, dass das Filtergehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein mit dem ersten Gehäuseteil zum Bilden der Filterkammer verbundenes zweites Gehäuseteil umfasst. Somit ist es möglich, das Filtergehäuse aus im Wesentlichen nur zwei Gehäuseteilen zusammenzusetzen, was den Aufbau des Zusammensetzens vereinfacht und gleichzeitig auch das Bereitstellen eines fluiddichten Abschlusses des Filtergehäuses vereinfacht.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvariante der Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung kann vorgesehen sein, dass der Kühlmitteleintrittsanschluss und der Kühlmittelaustrittsanschluss an dem ersten Gehäuseteil vorgesehen sind. Um dabei zu verhindern, dass ein die Filterwirkung des wenigstens einen magnetischen Filterelements beeinträchtigender direkter Strömungskurzschluss zwischen dem Kühlmitteleintrittseinschluss und dem Kühlmittelaustrittsanschluss entsteht, wird weiter vorgeschlagen, dass eine eine direkte Strömung zwischen dem Kühlmitteleintrittsanschluss und dem Kühlmittelaustrittsanschluss im ersten Gehäuseteil im Wesentlichen unterbindende Trennwandung vorgesehen ist.
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Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvariante der Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung kann vorgesehen sein, dass der Kühlmitteleintrittsanschluss an dem ersten Gehäuseteil vorgesehen ist und der Kühlmittelaustrittsanschluss an dem zweiten Gehäuseteil vorgesehen ist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Kühlmitteleintrittsanschluss und der Kühlmittelaustrittsanschluss sich entlang einer Gehäuselängsachse des Filtergehäuses erstrecken. Bei derartiger Ausgestaltung können beispielsweise die beiden Gehäuseteile zueinander im Wesentlichen identisch aufgebaut sein. Dies vereinfacht einerseits den Aufbau an sich und führt andererseits zu einer Senkung der Herstellungskosten.
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Um eine definierte Positionierung des wenigstens einen Filterelements vorzusehen, wird vorgeschlagen, dass dieses zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil gehalten ist.
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Diese Haltewirkung durch die Gehäuseteile kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass an dem ersten Gehäuseteil eine erste Halteformation zur Abstützung des Filterelements vorgesehen ist oder/und an dass dem zweiten Gehäuseteil eine zweite Halteformation zur Abstützung des Filterelements vorgesehen ist. Da bei dieser Ausgestaltung wenigstens eine Halteformation an einem Gehäuseteil vorgesehen ist, also einen integralen Bestandteil desselben bildet und somit einteilig mit diesem ausgebildet ist, sind nachträgliche Montagevorgänge zum Anbringen einer Halteformation an einem Gehäuseteil nicht erforderlich.
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Bei einer aufgrund der Funktionenverschmelzung besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die erste Halteformation die Trennwandung umfasst.
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Bei einer alternativen Ausgestaltungsvariante kann zur Halterung des wenigstens einen Filterelements bezüglich der Gehäuseanordnung vorgesehen sein, dass ein das Filterelement bezüglich des ersten Gehäuseteils abstützendes erstes Halteelement vorgesehen ist oder/und dass ein das Filterelement bezüglich des zweiten Gehäuseteils abstützendes zweites Halteelement vorgesehen ist. Durch das Bereitstellen von die Haltewechselwirkung zwischen dem Filtergehäuse und dem Filterelement bereitstellenden Halteelementen wird es möglich, in ein und dasselbe Gehäuse beispielsweise für verschiedene Einsatzzwecke unterschiedlich geformte bzw. dimensionierte Filterelemente einzusetzen, wobei hierzu lediglich eine Anpassung im Bereich der die Abstützung realisierenden Halteelemente vorgenommen werden muss.
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Beispielsweise kann dabei vorgesehen sein, dass das Filterelement zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement sich im Wesentlichen in Richtung der Gehäuselängsachse erstreckend gehalten ist.
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Das wenigstens eine Filterelement kann scheibenartig oder stabartig ausgebildet sein und kann aufgrund des einfachen Aufbaus vorteilhafterweise wenigstens einen Permanentmagneten umfassen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 in perspektivischer Ansicht eine Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung;
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2 die Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung der 1 in Explosionsdarstellung;
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3 die Fahrzeugkühlmittelanordnung der 1 in Draufsicht;
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4 eine Schnittansicht der Fahrzeugkühlmittelanordnung der 1 bis 3, geschnitten längs einer Linie IV-IV in 3;
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5 eine Schnittansicht der Fahrzeugkühlmittelanordnung der 1 bis 3, geschnitten längs einer Linie V-V in 3;
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6 eine Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung einer alternativen Ausgestaltungsart;
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7 die Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung der 6 in Explosionsdarstellung;
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8 die Fahrzeugkühlmittelanordnung der 6 im Längsschnitt.
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Die 1 bis 5 zeigen eine erste Ausgestaltungsform einer in den Fahrzeugkühlmittelkreislauf eines beispielsweise als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsaggregats eines Fahrzeugs zu integrierenden Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung 10. Die Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung 10 umfasst ein allgemein mit 12 bezeichnetes Filtergehäuse. Das Filtergehäuse 12 ist mit einem im Wesentlichen deckelartig geformten ersten Gehäuseteil 14 und einem im Wesentlichen topfartig geformten zweiten Gehäuseteil 16 aufgebaut. Jedes dieser Gehäuseteile ist mit einem im Wesentlichen ringartig ausgebildeten Verbindungsbereich 18, 20 aufgebaut. Mit diesen Verbindungsbereichen 18, 20 liegen die beiden Gehäuseteile aneinander an und können in dem Bereich dieser gegenseitigen Anlage miteinander fest und fluiddicht, vorzugsweise materialschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, verbunden werden. Zur Festlegung an einer Fahrzeugkomponente, beispielsweise durch Verschraubung, können beispielsweise am zweiten Gehäuseteil 16 von diesem nach außen vorstehende Befestigungslaschen 17 vorgesehen sein.
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Am ersten Gehäuseteil 14 sind ein als Anschlussstutzen ausgebildeter Kühlmitteleintrittsanschluss 22 und ein gleichermaßen als Anschlussstutzen ausgebildeter Kühlmittelaustrittsanschluss 24 vorgesehen. Der Kühlmitteleintrittsanschluss 22 und der Kühlmittelaustrittsanschluss 24 sind in der dargestellten Ausgestaltung beispielsweise winkelartig ausgebildet. Die Anschlüsse 22, 24 können integrale Bestandteile des ersten Gehäuseteils 14 bilden, also beispielsweise im Rahmen eines Gießvorgangs als integrale Bestandteile des ersten Gehäuseteils 14 vorgesehen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, zumindest einen dieser Anschlüsse 22, 24 als separates Bauteil auszubilden und nachträglich beispielsweise materialschlüssig, vorteilhafterweise durch Verschweißen, fluiddicht an das erste Gehäuseteil 14 anzubinden.
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Das erste Gehäuseteil 14 und das zweite Gehäuseteil 16 können beispielsweise aus Kunststoffmaterial aufgebaut sein und jeweils in einem Gießvorgang hergestellt werden. Alternativ ist selbstverständlich auch die Herstellung der beiden Gehäuseteile 14, 16 aus Metallmaterial denkbar. Um diese beiden Gehäuseteile beispielsweise durch Verschweißung in ihren Verbindungsbereichen 18, 20 miteinander verbinden zu können, sind sie vorteilhafterweise aus dem gleichen Material, also jeweils aus Kunststoffmaterial oder aus Metallmaterial, hergestellt.
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Die beiden miteinander verbundenen Gehäuseteile 14, 16 umschließen eine in den 4 und 5 erkennbare Filterkammer 26. Das über den Kühlmitteleintrittsanschluss 22 zugeführte Kühlmittel gelangt in einen im ersten Gehäuseteil 14 gebildeten Teil 28 der Filterkammer 26, gelangt von dort in einen im zweiten Gehäuseteil 16 gebildeten Teil 30 der Filterkammer 26 und gelangt von dort wieder zurück in den Teil 28 der Filterkammer 26 und zum Kühlmittelaustrittsanschluss 24. Bei dieser Durchströmung der Filterkammer 26 umströmt das Kühlmittel ein in der Filterkammer 26 angeordnetes magnetisches Filterelement 32. Bei der in den 1 bis 5 dargestellten Ausgestaltungsform ist das Filterelement 32 im Wesentlichen scheibenartig mit einer zylindrischen Konfiguration ausgebildet. Das Filterelement 32 ist aus bzw. mit permanentmagnetischem Material aufgebaut. Beispielsweise könnte das gesamte Filterelement 32 durch einen Permanentmagneten bereitgestellt sein oder könnte einen oder mehrere in ein Trägermaterial eingebettete Permanentmagnete umfassen.
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Zur Halterung des Filterelements 32 im Filtergehäuse 12 ist am ersten Gehäuseteil 14 eine erste Halteformation 34 vorgesehen und ist am zweiten Gehäuseteil 16 eine zweite Halteformation 36 vorgesehen. Die erste Halteformation 34 umfasst eine Trennwandung 38, welche am ersten Gehäueteil 14 derart vorgesehen ist, dass eine direkte Strömung zwischen dem Kühlmitteleintrittseinschluss 22 und dem Kühlmittelaustrittsanschluss 24 im Teil 28 der Filterkammer 26, also eine Strömung ohne Zwangseinströmung in den Teil 30 der Filterkammer 26, im Wesentlichen unterbunden ist. Dabei ist die Trennwandung 38 derart angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen zwischen den beiden Anschlüssen 22, 24 hindurch erstreckt. Wie die 5 dies zeigt, kann die Trennwandung 38 eine Aussparung 40 aufweisen, welche an die Außenkontur des Filterelements 32 angepasst ist und somit den in den Teil 28 der Filterkammer 26 eingreifend positionierten Teil des Filterelements 32 umgreift. Dabei ist die Passung vorteilhafterweise derart, dass auch im Angrenzungsbereich der Trennwandung 38 an die Außenoberfläche des Filterelements 32 im Wesentlichen keine Leckageströmung entsteht.
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Die zweite Halteformation 36 des zweiten Gehäuseteils 16 umfasst mehrere von einer Bodenwandung 42 des topfartig geformten Gehäuseteils 16 sich erstreckende Haltestege 44. Diese erstrecken sich in den Teil 30 der Filterkammer 26 hinein und beeinträchtigen die Durchströmbarkeit des Teils 30 der Filterkammer 26 und somit auch die Umströmbarkeit des in den Teil 30 eingreifend positionierten Abschnitts des Filterelements 32 im Wesentlichen nicht. Beispielsweise können zum Bereitstellen einer stabilen Halterung insgesamt drei mit gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander angeordnete Haltestege 44 vorgesehen sein.
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Zwischen Haltestegen 44 einerseits und der Trennwandung 38 andererseits ist das Filterelement 32 stabil gehaltert, wozu auch beiträgt, dass die Haltestege 44 das Filterelement 32 nicht nur gegen Auf-Ab-Bewegung entlang einer Gehäusemittenachse M, sondern auch gegen eine Radialbewegung bezüglich dieser Gehäusemittenachse M haltern. Hierzu weisen die Haltestege 44 das Filterelement 32 radial außen übergreifende Sicherungsabschnitte 46 auf.
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Die beiden Halteformationen 34, 36 können bei vergleichsweise einfacher Ausgestaltung integrale Bestandteile der beiden Gehäuseteile 14, 16 bilden, also beispielsweise auch im Rahmen eines Gießvorgangs an diese angeformt werden. Zusätzliche Bearbeitungsmaßnahmen zum nachträglichen Einbringen von diese Abstützfunktionalität bereitstellenden Bauteilen können damit vermieden werden. Selbstverständlich könnten jedoch beide oder auch eine der Halteformationen 34, 36 durch ein- oder mehrere separate Bauteile bereitgestellt werden, die nachträglich an ein jeweiliges Gehäuseteil 14 bzw. 16 angebunden bzw. bezüglich diesem abgestützt werden können.
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Beim Durchströmen der Filterkammer 26 umströmt das Fahrzeugkühlmittel im Wesentlichen die gesamte Außenoberfläche des Filterelements 32. Durch dessen magnetische Wirkung werden im Fahrzeugkühlmittel transportierte Metallpartikel an die Außenoberfläche des Filterelements 32 angebunden und somit aus dem flüssigen Fahrzeugkühlmittel herausgefiltert. Da es sich hierbei um sehr kleine Partikel handeln wird, beeinträchtigt die allmähliche Belegung der Oberfläche des Filterelements 32 mit derartigen Partikeln die Durchströmbarkeit der Filterkammer 26 im Wesentlichen nicht. Da es sich dabei auch um Metallpartikel handelt, beeinträchtigt das allmähliche Belegen der Außenoberfläche des Filterelements 32 mit derartigen Metallpartikeln auch nicht die magnetische Anziehungswirkung auf weitere durch die Filterkammer 26 hindurch geleitete Metallpartikel.
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Eine alternative Ausgestaltungsart einer Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung ist in den 6 bis 8 dargestellt. Hier sind Komponenten, welche hinsichtlich Aufbau bzw. Funktion vorangehend mit Bezug auf die 1 beschriebenen Komponenten entsprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Anhangs „a” bezeichnet.
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Die Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung 10a umfasst in diesem Ausgestaltungsbeispiel zwei zueinander im Wesentlichen identisch aufgebaute Gehäuseteile 14a, 16a. Die beiden Gehäuseteile 14a, 16a sind so geformt, dass im zusammengesetzten Zustand diese ein entlang einer Gehäuselängsachse L sich erstreckendes und in dieser Richtung im Wesentlichen auch durchströmtes Filtergehäuse 12a ergeben. Am ersten Gehäuseteil 14a ist der Kühlmitteleintrittsanschluss 22a ausgebildet, und am zweiten Gehäuseteil 16a ist der Kühlmittelaustrittsanschluss 24a vorgesehen. Diese sind so positioniert, dass sie im zusammengefügten Zustand der beiden Gehäuseteile 14a, 16a voneinander im Wesentlichen weg orientiert liegen. Da bei dieser Ausgestaltungsform das Filtergehäuse 12a im Wesentlichen rohr- bzw. leitungsartig ausgebildet ist, kann es einen entsprechend langen Leitungsabschnitt des Kühlmittelkreislaufs ersetzend in diesen integriert werden, so dass auf zusätzliche Maßnahmen zur Befestigung des Filtergehäuses 12a beispielsweise an einer anderen Fahrzeugkomponente verzichtet werden kann.
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In ihren aneinander angrenzend zu positionierenden Bereichen sind die beiden Gehäuseteile 14a, 16a jeweils mit einem flanschartig nach radial außen vorstehenden Verbindungsbereich 18a, 20a ausgebildet. Ebenso wie bei der vorangehend beschriebenen Ausgestaltungsformen liegen mit diesen beiden Verbindungsbereichen 18a, 20a die beiden Gehäuseteile 14a, 16a beispielsweise auch unter Zwischenlagerung eines in eine jeweilige Nut der Verbindungsbereiche 18a, 20a eingesetzten O-ringartigen Einlageelements aneinander an und können beispielsweise durch Verschweißung miteinander verbunden werden. Dieses O-ringartige Einlageelement kann einerseits die Funktionalität einer zusätzlich zum Materialschluss vorzusehenden Dichtwirkung erfüllen, und kann andererseits verhindern, dass bei Durchführung eines Verschweißvorgangs an der radialen Außenseite der beiden Verbindungsbereiche 18a, 20a Schweißpartikel in den Innenraum, also in die Filterkammer 26a, eintreten.
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In der durch einen jeweiligen Erweiterungsbereichen 15a, 17a der beiden Gehäuseteile 14a, 16a bereitgestellten Filterkammer 26a ist ein beispielsweise mit im Wesentlichen zylindrischer Gestalt ausgebildetes, stabartiges Filterelement 32a angeordnet. Das Filterelement 32a kann beispielsweise so positioniert sein, dass es im Wesentlichen in gleichem Ausmaß in die beiden Teile 28a, 30a der Filterkammer 26a eingreift. Zur Abstützung bzw. Halterung des Filterelements 32a bezüglich des Filtergehäuses 12a sind ein erstes Halteelement 48a und ein zweites Halteelement 50a vorgesehen. Auch diese beiden Halteelemente 48a, 50a können zueinander im Wesentlichen identisch aufgebaut sein und beispielsweise aus Kunststoff- oder Metallmaterial aufgebaut sein. Jedes Halteelement 48a, 50a weist einen topf- bzw. schalenartigen Haltebereich 52a auf, in welchem ein jeweiliges Ende des stabartigen Filterelements 32a aufgenommen und somit gehaltert werden kann. Dabei kann beispielsweise die Querschnittsabmessung des Filterelements 32a so auf einen jeweiligen Haltebereich 52a abgestimmt sein, dass durch leichtes Einpressen eine gegen Radialverlagerung und Axialverschiebung stabile Haltewirkung erzielt wird.
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Jedes Halteelement 48a, 50a weist eine Mehrzahl von, hier beispielsweise drei, mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten Abstützvorsprüngen 54a auf. Mit diesen Abstützvorsprüngen 54a stützt sich ein jeweiliges Halteelement 48a, 50a an der Innenoberfläche des jeweils zugeordneten Gehäuseteils 14a, 16a ab. Dabei können die Abstützvorsprünge 54a an die Innenoberflächenkontur der beiden Gehäuseteile 14a, 16a angepasst sein, um einerseits auch hier durch leichte Einpressung eine stabile Halterung zu erzeugen. Andererseits können die Abstützvorsprünge 54a sich in Richtung der Gehäuselängsachse L an einem beispielsweise kegelstumpfartigen oder stufenartigen Übergangsbereich 56a, 58a der Gehäuseteile 14a, 16a anliegen, so dass auch eine definierte, stabile Abstützung bzw. Halterung in Richtung der Gehäuselängsachse L erzeugt wird.
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Bei in der Filterkammer 26a durch die Halteelemente 48a, 50a gehaltenem Filterelement 32a kann dieses im Wesentlichen an seiner gesamten Außenoberfläche von die Filterkammer 26a durchströmendem Fahrzeugkühlmittel umströmt werden. Um insbesondere auch die axialen Endbereiche des Filterelements 32a anströmen zu können, können die topf- bzw. schalenartigen Haltebereiche 52a der Halteelemente 48a, 50a Öffnungen 60a aufweisen, die einen Kontakt des Fahrzeugkühlmittels mit den axialen Endbereichen, insbesondere den Stirnflächen 62a des Filterelements 32a ermöglichen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau einer Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung wird die einfache Integration derselben in einen Fahrzeugkühlmittelkreislauf gewährleistet. Hierzu müssen lediglich die beiden als Anschlussstutzen ausgebildeten Anschlüsse, also der Kühlmitteleintrittsanschluss und der Kühlmittelaustrittsanschluss, an beispielsweise flexible Schlauchverbindungsleitungen des Fahrzeugkühlmittelkreislaufs angebunden werden. Die Integration der Fahrzeugkühlmittelfilteranordnung in den Fahrzeugkühlmittelkreislauf kann dabei an beliebiger Stelle erfolgen. Durch den Einsatz eines magnetisch anziehenden Filterelements zum Herausfiltern bzw. Herausziehen von Metallpartikeln aus dem Fahrzeugkühlmittel wird eine Beeinträchtigung der Durchströmbarkeit der Filterkammer vermieden.
