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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filterkartusche für einen Druckfilter, umfassend
- – ein im Bereich seiner Mantelfläche perforiertes und an wenigstens einem seiner Enden offenes Stützrohr,
- – eine tellerförmige Unterkappe mit einem hohlzylindrischen, konzentrisch angeordneten und offene Stirnseiten aufweisenden Zentralstutzen, an dessen vom Boden der Unterkappe nach oben abstehendem Oberteil das Stützrohr mit seinem unteren, offenen Ende konzentrisch befestigt ist, und dessen Unterteil vom Boden der Unterkappe nach unten absteht,
- – eine tellerförmige Oberkappe, an der das Stützrohr mit seinem oberen Ende konzentrisch befestigt ist, und
- – einen hohlzylindrischen Filtereinsatz mit einer Mantelfläche aus einem rings um einen zentralen, von dem Stützrohr konzentrisch durchsetzten Durchgangskanal angeordneten, insbesondere plissierten oder gewickelten Filterstoff.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Filteranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Filterkartusche.
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Druckfilter sind typische Bestandteile eines Hydraulik- oder sonstigen Ölkreises in einem Kraftfahrzeug. Sie umfassen typischerweise einen topfförmigen Filtersitz mit einem zentralen Zuführkanal und wenigstens einem dezentralen Abführkanal. In diesem Filtersitz wird eine Filterkartusche positioniert, indem sie mit dem Unterteil ihres Zentralstutzens dichtend in den Zuführkanal eingesteckt wird. Anschließend wird ein kuppelförmiger Deckel, der den oberen Teil der Filterkartusche überwölbt, dichtend in den Filtersitz eingesteckt. Der Deckel weist typischerweise nach radial außen abstehende Fixierungsmittel, beispielsweise Lochlaschen auf, mit denen er im Bereich des oberen Randes der Topfwandung des Filtersitzes fixiert, beispielsweise verschraubt ist. Öl, welches unter Druck über den Zuführkanal in einen solchen Druckfilter einströmt, steigt in dem hohlen Stützrohr auf, tritt durch dessen Mantelperforationen aus und wird durch den plissierten Filterstoff nach außen gepresst. Verunreinigungen bleiben dabei im Filterstoff hängen. Das gereinigte Öl fließt radial außen zwischen Filterkartusche und Deckel wieder nach unten, wo es durch den Abführkanal abgeleitet wird. Selbstverständlich ist auch ein umgekehrter Ölstrom möglich. Der oben als Zuführkanal bezeichnete Kanal würde in diesem Fall als Abführkanal wirken und der oben als Abführkanal bezeichnete Kanal als Zuführkanal. Unterkappe, Stützrohr, Oberkappe und Filtereinsatz sind dichtend miteinander verklebt. Hierzu genügt es, die oberen und unteren Kanten des plissierten Filterstoffes mit der Ober- bzw. Unterkappe zu verkleben. Auf diese Weise wird das Stützrohr indirekt an den Kappen fixiert. Es ist jedoch auch möglich, das Stützrohr unmittelbar an den Kappen zu fixieren, beispielsweise ebenfalls durch Verklebung oder durch form- und/oder kraftschlüssige Verbindungselemente.
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Um einen ungestörten Abfluss des gereinigten bzw. Zufluss des zu reinigenden Öls zu gewährleisten ist der die Filterkartusche überwölbende Deckel im Wesentlichen überall von der Filterkartusche beabstandet. Lediglich im oberen Bereich weisen der Deckel und/oder die Oberkappe einander entgegengerichtete Abstandhalter-Stege auf, über die beide Elemente gegeneinander abgestützt sind. Dies dient insbesondere auch dazu, eine axiale Verschiebung der Filterkartusche aus ihrem dichtenden Sitz im Zuführkanal zu verhindern.
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Unterkappe, Oberkappe und Stützrohr werden typischerweise als Kunststoff-Spritzgussteile gefertigt. Derartige Teile weisen typischerweise recht hohe Fertigungstoleranzen auf. Über die Gesamthöhe der Filterkartusche addieren sich die Toleranzen aller drei Bauelemente. Dies führt häufig zu Abweichungen der tatsächlichen Kartuschenhöhe von der Sollhöhe von mehr als einem Millimeter. Das Problem verschärft sich durch die Fertigungstoleranzen des Deckels, wobei die Gesamtanordnung stets so auszulegen ist, dass die größtmögliche Filterkartusche in den kleinstmöglichen Deckel passt. Sind die Verhältnisse im Einzelfall umgekehrt, d.h. werden bei der Montage ein großer Deckel und eine kleine Kartusche kombiniert, kann dies dazu führen, dass die Kartusche durch die Erschütterungen im Fahrbetrieb aus ihrem dichtenden Sitz im Zuführkanal herausrutscht. Abhilfe könnte durch eine präzisere Fertigung der einzelnen Bauteile erreicht werden. Dies würde jedoch eine wesentliche Verteuerung des Herstellungsprozesses bedeuten.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Filterkartuschen und Filteranordnungen derart weiterzubilden, dass ohne wesentliche Produktionsverteuerungen ein Herausrutschen der Filterkartusche aus ihrem dichtenden Sitz zuverlässig verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Unterkappe an ihrem Außenumfang eine Mehrzahl axial vom Boden der Unterkappe beabstandeter, nach radial außen kragender, steifer Niederhalterlaschen aufweist.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Filteranordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- – einen topfförmigen Filtersitz mit einem zentralen ersten Kanal und wenigstens einem dezentralen zweiten Kanal,
- – eine in dem Filtersitz angeordnete, erfindungsgemäße Filterkartusche, die mit dem Unterteil des Zentralstutzens ihrer Unterkappe dichtend in den ersten Kanal eingesteckt ist und deren Niederhalterlaschen von der Topfwandung des Filtersitzes axial überragt werden, und
- – einen dichtend in den Filtersitz eingesetzten, kuppelförmigen Deckel, der den oberen Teil der Filterkartusche überwölbt und dessen unterer Rand axial unmittelbar benachbart zu den Niederhalterlaschen positioniert ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Grundidee der Erfindung besteht darin, eine direkte Abstützung zwischen Deckel und Unterkappe herzustellen, anstatt, wie beim Stand der Technik, eine indirekte Abstützung über das Stützrohr und die Oberkappe zu realisieren. Hierdurch wird die Toleranzkette um zwei Elemente, nämlich das Stützrohr und die Oberkappe, verkürzt. Der Abstand zwischen unterem Deckelrand und Niederhalterlaschen unterliegt somit lediglich noch den Fertigungstoleranzen von Deckel und Unterkappe. Diese können, ohne den Fertigungsprozess unwirtschaftlich zu machen, so klein eingestellt werden, dass die axiale Verschiebungsfreiheit der Filterkartusche und insbesondere ihrer Unterkappe so weit eingeschränkt ist, dass ein axiales Herausrutschen aus dem dichtenden Sitz im Zuführkanal ausgeschlossen ist. Der Fachmann wird erkennen, dass, wenn hier von einer Abstützung zwischen Niederhalterlasche und unterem Deckelrand die Rede ist, nicht zwingend ein Dauerkontakt beider Elemente gemeint ist. Der Kontakt kann durchaus temporär und auf Momente beschränkt sein, in denen sich die Filterkartusche anschickt, axial aus ihrem dichtenden Sitz herauszurutschen, vorher jedoch mit ihren Niederhalterlaschen am unteren Deckelrand anschlägt und so in Position gehalten wird. Aufgrund dieser, ihrer wesentlichen Funktion werden die erfindungsgemäß nach radial außen kragenden, steifen Laschen als Niederhalterlaschen bezeichnet. Eine konstruktive Einschränkung ist mit dieser Bezeichnung nicht verbunden. Insbesondere ist die azimutale Breite der Niederhalterlaschen nicht erfindungsrelevant, wie ein weiter unten beschriebenes, extremes Ausführungsbeispiel noch zeigen soll.
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Günstigerweise sind die Niederhalterlaschen winkelförmig mit einem axial und einem radial ausgerichteten Schenkel ausgebildet. Der radial ausgerichtete Schenkel ist für die oben erläuterte Anschlagfunktion wesentlich. Der axial ausgerichtete Schenkel bestimmt den Abstand des Anschlags vom Boden der Unterkappe und ist vom Fachmann auf die Erfordernisse des Einzelfalls abzustimmen, wobei hier insbesondere entscheidend ist, wie weit der Deckel mit seinem unteren Rand in den topfförmigen Filtersitz hineinragt.
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Bevorzugt weist die Unterkappe einen durchgehend umlaufenden, axial erstreckten Rand auf. Dieser verhindert ein radiales Verrutschen des Filtereinsatzes während der Kartuschenmontage. Günstigerweise ist bei einer solchen Ausführungsform vorgesehen, dass die axial ausgerichteten Schenkel an diesem Rand festgelegt sind. Hierdurch wird die Stabilität unterstützt. Es ist jedoch auch möglich, die Niederhalterlaschen als rein radial ausgerichtete Elemente auszubilden, die unmittelbar an dem Rand festgelegt sind. Stabiler ist jedoch die oben erläuterte Winkelvariante, insbesondere, wenn die Schenkel jeweils eine zentrale Verstärkungsrippe aufweisen, die im Bereich der Winkelkehle miteinander verbunden sind.
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Bevorzugt sind die Niederhalterlaschen symmetrisch über den Umfang der Unterkappe verteilt. Hierdurch kann ein Verkippen zuverlässig verhindert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Niederhalterlaschen einen den Außenumfang der Unterkappe durchgehend umlaufenden Ring bilden. Dies ist als extremes Beispiel besonders großer Azimutalbreite der einzelnen Niederhalterlaschen anzusehen. Die Mehrzahl von Niederhalterlaschen verschmilzt somit zu einem Niederhalterring.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Niederhalterlaschen axial federnd ausgebildet sind. Weiter oben wurde der Fall beschrieben, dass im Einzelfall die Toleranzen so ausfallen, dass die Niederhalterlaschen nur dann mit dem unteren Rand des Deckels in Kontakt geraten, wenn sich die Filterkartusche anschickt, aus ihrem Sitz zu rutschen. Fallen die Toleranzen im Einzelfall jedoch umgekehrt aus, d.h. kollidieren unterer Deckelrand und Niederhalterlaschen bereits bei der Deckelmontage, erlaubt ein federndes Nachgeben der Niederhalterlaschen dennoch die Deckelmontage und der Zweck der Erfindung wird dauerhaft erfüllt.
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Wie erwähnt, zielt die Erfindung insbesondere auf eine Druckfilteranordnung ab. Um im Fall eines zugesetzten Filtereinsatzes eine Störung der Ölversorgung zu verhindern, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Oberkappe eine Zentralöffnung aufweist und ein axial beweglich gelagerter Ventilkörper konzentrisch in dem Stützrohr angeordnet und mit einer Schließfläche gegen die Zentralöffnung der Oberkappe federvorgespannt ist. Es handelt es sich hierbei um einen Bypass, der es erlaubt, dass bei wegen verstopften Filtereinsatzes erhöhtem Druck im Stützrohr Öl auch ungefiltert zum Abführkanal gelangen kann. Der im Bereich der Hydraulik-Konstruktionen beschlagene Fachmann wird in der Lage sein, an dem Ventilkörper Angriffsflächen für den Öldruck so zu positionieren und zu dimensionieren, dass das Ventil bei steigendem Öldruck gegen die Federvorspannung geöffnet wird.
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Die konkrete Art und Weise der Befestigung des Deckels ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Bevorzugt ist vorgesehen, dass er nach radial außen abstehende Fixierungsmittel, beispielsweise Lochlaschen aufweist, mit denen er im Bereich des oberen Randes der Topfwandung des topfförmigen Filtersitzes fixiert ist. Beispielsweise können Schrauben durch die Lochlaschen geführt und in entsprechende Gewindebohrungen in der Topfwandung geschraubt werden. Alternativ ist auch eine Verschraubung mit einem Gewinde im Deckelrand, eine Bajonett-Fixierung oder eine andere Art der Festlegung des Deckels möglich, da die Dichtwirkung bevorzugt nicht durch eine Pressdichtung, sondern durch eine den unteren Deckelbereich umlaufende O-Ring-Dichtung erfolgt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Filterkartusche,
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2 eine Querschnittsdarstellung der Filterkartusche von 1,
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3 eine Explosionsdarstellung der Filterkartusche von 1,
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4 eine Filteranordnung, umfassend eine Filterkartusche gemäß 1.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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Die 1 bis 3, die nachfolgend gemeinsam diskutiert werden sollen, zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterkartusche 10. Dabei stellt 1 eine Seitenansicht, 2 eine Querschnittsansicht und 3 eine Explosionsansicht dar. Die Filterkartusche 10 umfasst im Wesentlichen vier Hauptelemente, nämlich eine Oberkappe 20, eine Unterkappe 30, ein Stützrohr 40 und einen Filtereinsatz 50.
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Die Oberkappe 20 ist im Wesentlichen topfartig ausgebildet mit einem Boden 202 und einem dessen Umfang durchgehend umlaufenden, axial erstreckten Rand 204. Der Boden 202 der Oberkappe 20 weist eine Zentralöffnung 206 auf, die im Zentrum eines nach axial innen gerichteten, kuppelartigen Ventilsitzes 208 angeordnet ist. Auf die Funktion und Bedeutung des Ventilsitzes 208 soll weiter unten noch näher eingegangen werden.
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Auch die Unterkappe 30 ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet mit einem Boden 302 und einem dessen Umfang durchgehend umlaufenden, axial erstreckten Rand 304. Der Boden 302 der Unterkappe 30 ist von einem Zentralstutzen 306 durchsetzt, dessen Oberteil 306a nach axial innen und dessen Unterteil 306b nach axial außen von ihm abragt. Das Unterteil 306b des Zentralstutzens 306 ist von einer Ringnut 307 umlaufen, in die ein O-Ring 308 eingesetzt ist. Symmetrisch über den Rand 304 der Unterkappe 30 verteilt sind mehrere Niederhalterlaschen 310. Bei der gezeigten Ausführungsform sind vier Niederhalterlaschen 310 vorgesehen. Diese weisen bei der gezeigten Ausführungsform eine Winkelform auf mit einem axialen Schenkel 311 und einem radialen Schenkel 312, die jeweils eine zentrale Verstärkungsrippe aufweisen, welche in der Winkelkehle zu einem Verstärkungsdreieck 313 verschmelzen.
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Die Oberkappe 20 und die Unterkappe 30 sind über das Stützrohr 40 miteinander verbunden. Das Stützrohr 40 umgreift dabei das Oberteil 306a des Zentralstutzens 306 der Unterkappe 30 und den kuppelartigen Ventilsitz 208 der Oberkappe 20. Der Mantel des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Stützrohres 40 weist eine Vielzahl von Perforationen 402 auf. In seinem oberkappennahen Bereich ist das Lumen des Stützrohres 40 verengt, sodass eine Schulter 404 gebildet wird, welche als Widerlager für eine Druckfeder 406 dient. Die Druckfeder 406 ist axial von einem Ventilkörper 408 durchsetzt, dessen Schließfläche 410 rundkappenartig gestaltet ist und von der Druckfeder 406, die sich an einem rückwärts gewandten Ringvorsprung der Rundkappe abstützt, gegen die Zentralöffnung 206 im Ventilsitz 208 gepresst wird und diese dadurch verschließt.
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Der Filtereinsatz 50 schließlich besteht bei der gezeigten Ausführungsform aus einem radial plissierten oder gewickelten Filterstoff, beispielsweise Filterpapier. Es ist dies die übliche Ausgestaltung von Filtereinsätzen für Druckfilter.
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Zur Montage der Filterkartusche wird das Stützrohr 40 mit einer der Kappen 20, 30 verbunden. Sodann wird der Filtereinsatz 50 über das Stützrohr 40 gestülpt und mit dem Aufsetzen der zweiten Kappe 30, 20 in dieser Position fixiert. Üblicherweise werden die Ober- und Unterkanten der Falten des Filterstoffs dichtend mit dem jeweiligen Kappenboden 202, 302 verklebt. Die Filterkartusche 10 bildet somit ein einzeln handhabbares Verbundbauteil. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Stützrohr zur Verdrehsicherung endständige Schlitze auf, in welche korrespondierende Nasen der Kappen hineinragen.
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4 zeigt die oben beschriebene Filterkartusche im Montageendzustand, in dem sie zusammen mit einem Deckel 60 und einem Filtersitz 70 eine erfindungsgemäße Filteranordnung 100 bildet. Der Filtersitz 70 ist im Wesentlichen topfförmig gestaltet, mit einem Boden 702 und einem dessen Umfang durchgehend umlaufenden, axial erstreckten Rand 704. In eine Zentralöffnung 706 im Boden 702 mündet ein Zuführkanal 708. In diese Zentralöffnung 706 im Filtersitz-Boden 702 ist der Zentralstutzen 306 der Unterkappe 30 eingesetzt. Dabei wirken die Ringnut 307 und der eingesetzte O-Ring 308, der an der Wandung der Zentralöffnung 706 anliegt, als O-Ring-Dichtung. In 4 nicht dargestellt ist ein dezentraler Abführkanal, der ebenfalls im Boden 702 angeordnet ist. Der kuppelartig ausgebildete Deckel 60 ist über die in den Filtersitz 70 eingesetzte Filterkartusche 10 gestülpt, wobei sein unterer Rand in den von dem Filtersitz gebildeten Topf hineinragt. Eine den Deckel 60 umlaufende, im Bereich seines unteren Randes eingebrachte Ringnut 602 trägt einen O-Ring 604, der den Deckel 60 gegen den Filtersitz 70 abdichtet. Der Deckel 60 ist in dieser Position in nicht dargestellter Weise, durch beispielsweise mittels Laschen geführte und mit dem Filtersitz verschraubte Schrauben fixiert. In 4 ist deutlich zu erkennen, dass der untere Rand des Deckels 60 axial unmittelbar benachbart zu den Niederhalterlaschen 310 positioniert ist.
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Bei Betrieb wird zu filternde Flüssigkeit, typischerweise Öl, unter Druck durch den Zuführkanal 708 zugeführt. Es dringt durch den hohlen Zentralstutzen 306 in das Lumen des Stützrohres 40, welches durch Wechselwirkung des Ventilkörpers 408 mit der Zentralöffnung 206 der Oberkappe 20 oben verschlossen ist. Das Öl tritt daher durch die Perforationen 402 des Stützrohres hindurch und durchdringt unter Druck den Filterstoff des Filtereinsatzes 50. Radial außerhalb des Filtereinsatzes 50 läuft es zurück in den Filtersitz und wird über den nicht dargestellten Abführkanal abgeführt. Im Fall einer Verstopfung des Filtereinsatzes 50 erhöht sich der Druck im Stützrohr 40 so stark, dass die Differenz der in Schließ- und in Öffnungsrichtung des Ventilkörpers 408 an diesem angreifenden Kräfte größer wird als die Federvorspannung durch die Druckfeder 406. Dies führt zu einer Freigabe der Zentralöffnung 206 der Oberkappe 20, d.h. zu einem Öffnen eines Bypasses, den das Öl zwischen Zuführkanal 708 und Abführkanal – wenngleich ungefiltert – nehmen kann, um den erforderlichen Ölkreislauf aufrecht zu erhalten.
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Kommt es beim Betrieb, beispielsweise aufgrund von Erschütterungen, zu einer Tendenz des Herausrutschens des Zentralstutzens 306 der Unterkappe 30 (mithin der gesamten Filterkartusche 10) aus ihrem dichtenden Sitz in der Zentralöffnung 706 des Filtersitzes 70, schlagen die Niederhalterlaschen 310 am unteren Rand des Deckels 60 an, bevor die O-Ring-Dichtung 307, 308 ihre Wirkung verliert. Das Spiel, dem diese Wechselwirkung unterliegt, beschränkt sich auf die fertigungstechnischen Toleranzen bei der Herstellung von Unterkappe 20 und Deckel 60. Insbesondere im Fall federnd ausgelegter Niederhalterlaschen 310 kann bei der Auslegung ein Spiel in beide Richtungen eingeplant werden, sodass das absolute Spiel in eine Herausrutsch-Richtung minimiert werden kann.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Filterkartusche
- 100
- Filteranordnung
- 20
- Oberkappe
- 202
- Boden von 20
- 204
- Rand von 20
- 206
- Zentralöffnung in 202
- 208
- Ventilsitz von 20
- 30
- Unterkappe
- 302
- Boden von 30
- 304
- Rand von 30
- 306
- Zentralstutzen
- 306a
- Oberteil von 306
- 306b
- Unterteil von 306
- 307
- Ringnut in 306b
- 308
- O-Ring
- 310
- Niederhalterlasche
- 311
- axialer Schenkel von 310
- 312
- radialer Schenkel von 310
- 313
- Verstärkungsrippen/Verstärkungsdreieck
- 40
- Stützrohr
- 402
- Perforation in 40
- 404
- Schulter
- 406
- Druckfeder
- 408
- Ventilkörper
- 410
- Schließfläche von 408
- 50
- Filtereinsatz
- 60
- Deckel
- 602
- Ringnut in 60
- 604
- O-Ring
- 70
- Filtersitz
- 702
- Boden von 70
- 704
- Rand von 70
- 706
- Zentralöffnung in 702
- 708
- erster Kanal / Zuführkanal
