-
Die Erfindung betrifft einen Filter, insbesondere einen Ölfilter, mit zumindest einer von einem zu reinigenden Fluid wie etwa Öl zu durchströmenden Filterschicht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Mittels eines Ölfilters werden Partikel und andere Verunreinigungen aus dem in einem Ölkreislauf umlaufenden Öl herausgefiltert. Das Öl wird dabei von einer Pumpe durch eine oder mehrere Filterschichten gepresst, wobei die Partikel und Verunreinigungen von der Filterschicht physikalisch abgefangen werden. Regelmäßig ist in einen Ölfilter ein als Einheit ausgebildetes Filterelement eingesetzt, das eine oder mehrere aneinander angrenzende Filterschichten aufweisen kann. Herkömmliche Filterschichten weisen Filtertextilien wie etwa Vliesstoff oder Gewebe als Filtermedium auf.
-
Es hat sich allerdings herausgestellt, dass mittels solcher Filterschichten metallische Partikel nur unzureichend filterbar sind. Aus diesem Grund wurden Filtersysteme mit Metallpartikelfixierungen in Form von eingelassenen Magneten entwickelt. Diese werden im geschlossenen Ölkreislauf von Öl überströmt und greifen somit die vorbeischwimmenden Metallpartikel kontinuierlich ab, die von den Magneten angezogen werden.
-
Alternativ kann ein magnetisches Rahmenelement, ein Wandelement oder ein Füllmaterial in dem Fluidströmungsweg oder an dessen Rand angeordnet sein. Filtersysteme mit derartigen Metallpartikelfixierungen sind bspw. in den Druckschriften
CA 2,241,029 A ,
DE 10 2011 117 163 A1 und
DE 42 36 226 A1 beschrieben.
-
Metallische Kleinstpartikel wie etwa Kleinstspäne und andere metallische Abreibungen werden allerdings trotz der vorstehend beschriebenen Maßnahmen noch nicht in zufriedenstellendem Maß aus dem Öl herausgefiltert. Solche metallischen Kleinstpartikel können aufgrund der damit verbundenen Reibung zu einem erhöhten Verschleiß der im Ölkreislauf angeordneten Motor- und Getriebekomponenten führen.
-
In Anbetracht der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Filter, insbesondere einen Ölfilter, mit verbesserter Filterwirkung bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Filter der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Filterelement gemäß dem Anspruch 12 gelöst.
-
Der erfindungsgemäße Filter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht Fadenelemente wie etwa Drähte, Fasern, Filamente, Stränge o.dgl. aus einem magnetischen oder magnetisierten Material aufweist. Unter einem Fadenelement wird ein fadenförmiges bzw. fadenartiges Element mit einer im Vergleich zu seiner Längserstreckung erheblich kleineren Quererstreckung verstanden. Ferner zeichnen sich Fadenelemente vorzugsweise durch eine Biegsamkeit bzw. Flexibilität in Querrichtung aus, die bspw. ein Einweben, Einflechten, Einlegen o.dgl. in ein herkömmliches Filtertextil ermöglicht. Fadenelemente sind im Querschnitt vorzugsweise im Wesentlichen rund, können alternativ jedoch auch oval oder flach ausgebildet sein. Bspw. können die Fadenelemente als flache Bahnen auf einer Oberfläche der Filterschicht aufgebracht sein.
-
Von einem magnetischen oder magnetisierten Material geht ein Magnetfeld aus, durch das magnetisierbare Partikel, insbesondere ferromagnetische Partikel wie etwa Eisenpartikel oder andere Metallpartikel angezogen werden.
-
Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass herkömmliche Filtermaterialien wie etwa Filtertextilien nur unzureichend zum Filtern von Metall-Kleinstpartikeln geeignet sind. Diese unzureichende Filterwirkung geht auf die in 7 veranschaulichte Wirkung herkömmlicher Filtermedien 124 zurück: Für das Szenario Q > 0 strömen Metallpartikel 60 in Strömungsrichtung ausgehend von einer Anströmseite 32 in Richtung auf eine Abströmseite 34 des Filtermediums 124. Die Partikel 60 werden in Strömungsrichtung an das Filtermedium 24 gedrückt und häufen sich räumlich vor dem Filtermedium an. Diese Partikelanhäufungen werden auch Dendriten genannt. In dem Ruhezustand Q = 0 lösen sich wiederum die Partikelanhäufungen voneinander ab und die Partikel 60 verharren im Schwebezustand vor der Gitterstruktur des Filtermediums 124, so dass bei einem erneuten Steigern der Strömungsgeschwindigkeit auf Q > 0 die im Öl gelösten Partikel durch die Filterdurchbrüche geschwemmt werden.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausstattung der Filterschicht mit den Fadenelementen aus einem magnetisierten Material werden die Partikel unmittelbar an der Filterschicht festgehalten. Gebildete Partikelhäufungen lösten sich auch bei einer Erniedrigung oder Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit nicht wieder auf, da die Partikel durch die Anlage an den Fadenelementen und an anderen magnetisierten Partikeln selbst magnetisiert werden können. Damit wird ein Schwemmen der Metallpartikel durch die Filterschicht verhindert und die Ölreinheit kann durch diese Fixierung der Kleinstpartikel verbessert werden. Aufgrund der fadenförmig dünnen Ausbildung ist eine Anbringung der Fadenelemente an der Filterschicht möglich, ohne die physikalische Filterwirkung der Filterschicht merklich zu beeinträchtigen. Auf diese Weise sind anders als bei herkömmlichen Magneteinsätzen auch Kleinstpartikel vollständig aus dem Öl herausfilterbar.
-
Die Fadenelemente erstrecken sich vorzugsweise jeweils unter vorgegebenem gegenseitigem Abstand über den gesamten Bereich der Filterschicht, der bei Betrieb des Filters von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Vorzugsweise sind 10, 50, 100 oder mehr etwa parallel zueinander oder netzartig verlaufende Fadenelemente in der Filterschicht angeordnet.
-
Vorzugsweise sind die Fadenelemente in ein Filtermedium aus einem Filtermaterial und/oder ein Stütz- oder Spintvlies eines Filterelements eingebracht. Damit weist eine ohnehin vorhandene Filterschicht die Fadenelemente auf, so dass keine zusätzliche Filterschicht vorgesehen werden muss. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Fadenelemente in dem Filtermedium eines bevorzugt etwa ringförmigen Filterelements eines Ölfilters angeordnet. Das die Fadenelemente aufweisende Filterelement kann somit als Einheit transportiert und in einen herkömmlichen Ölfilter eingesetzt werden.
-
Im Hinblick auf eine optimale Filterwirkung hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass die Fadenelemente in die Filterschicht eingewebt, eingewirkt und/oder darauf oder darin abgelegt sind. Die Filterschicht ist somit von den darin eingearbeiteten Fadenelementen durchzogen.
-
Gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform weisen die Fadenelemente ein permanentmagnetisches Material auf oder bestehen vollständig aus einem permanentmagnetisches Material. Mit anderen Worten sind die Fadenelemente als Dauermagneten ausgebildet.
-
Gemäß einer alternativen, besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Fadenelemente ein Material mit bleibender magnetischer Remanenz wie etwa ein magnetisiertes Metall, insbesondere Eisen, auf. Bei der Herstellung der Filterschicht können zunächst die Fadenelemente aus einem magnetisierbaren Material in der Filterschicht angeordnet werden und anschließend durch ein externes B-Feld dauerhaft magnetisiert werden. Die Fadenelemente können auch teilweise als Dauermagnet und teilweise als magnetisierte Elemente ausgebildet sein.
-
Im Hinblick auf eine optimale Filterwirkung sowohl für Metallpartikel als auch für andere Verunreinigungen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Filterschicht ein textiles Gewebe, Gewirk, Netz, Vlies, Filz o.dgl. aufweist, in dem die Fadenelemente angeordnet sind.
-
Eine weiter verbesserte Fluidqualität kann dadurch erzielt werden, dass der Filter einen von der Anströmseite der Filterschicht zu der Abströmseite der Filterschicht verlaufenden Fluidströmungsweg aufweist, der zumindest abschnittsweise von einer Wand aus einem magnetischen oder magnetisierten Material berandet ist. Das Material der Wand kann ebenso wie das Material der Fadenelemente ein dauermagnetisches Material oder ein durch ein externes Magnetfeld magnetisiertes Material, insbesondere ein Metall wie etwa Eisen sein.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Wand zumindest teilweise aus einem magnetisierten Blech gebildet. Ein Metallblech ist einfach und kostengünstig herstellbar und anschließend magnetisierbar. Durch eine Berandung des Fluidströmungswegs mit einem metallisierten Blech kann bspw. bereits eine Vorfilterung gröberer Metallpartikel erfolgen, während die Kleinstpartikel durch die Fadenelemente gefiltert werden.
-
Insbesondere bei einem Ölfilter für ein Kraftfahrzeug hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass das magnetische Wandelement die Filterschicht bzw. den Filterkranz ringartig umläuft und an die Innenwand eines Filterdeckels angrenzt. Damit wird der bei Ölfiltern zwischen dem Filterelement und der Seitenwand des Filterdeckels liegende Anströmbereich von der magnetischen Wand berandet und damit eine besonders zuverlässige Fixierung von Metallpartikeln ermöglicht. Die magnetische Wand kann als etwa zylindermantelförmig umgeformter Blecheinleger an der Seitenwand des Filterdeckels angelegt werden. Dabei kann konstruktiv berücksichtigt werden, dass der Blecheinleger nicht ringförmig geschlossen ist, sondern einen Längsspalt zum Ausgleich einer Materialausdehnung aufweist. Über diese magnetisierte Einhausung kann ein Abgreifen der im Anströmbereich zirkulierenden Metallpartikel sichergestellt werden.
-
Alternativ oder zusätzlich weist der erfindungsgemäße Filter einen magnetischen oder magnetisierten Dorn auf, der bevorzugt zumindest abschnittsweise ringartig von der Filterschicht umlaufen wird. Der Dorn kann auf der Abströmseite der Filterschicht in den Fluidströmungsweg ragen und im zu reinigenden Fluid noch vorhandene Metallpartikel aufgreifen. Vorzugsweise erstreckt sich der Dorn über im Wesentlichen die gesamte Längsabmessung der Filterschicht.
-
Im Hinblick auf einen strukturell einfachen Aufbau des Filters hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass der Dorn ausgehend von einem Bypassventil des Filters in Richtung auf einen Fluidabströmkanal der Filters vorsteht und vorzugsweise eine Verlängerung des Bypassventils bildet.
-
Alternativ oder zusätzlich weist der Filter ein von dem zu reinigenden Fluid durchströmbares, Durchlässe aufweisendes Element wie etwa eine Gitterstruktur aus einem magnetischen oder magnetisierten Material auf. Das Gitter kann durch ein bei einem Ölfilter ohnehin vorhandenes, im Wesentlichen zylindrisches Stützrohr gebildet sein, an dem radial außen die davon gestützten Filterschichten anliegen. Alternativ oder zusätzlich ist ein zusätzliches Stützgitter in den Fluidströmungsweg eingebracht, das konzentrisch zwischen der Filterschicht und dem Stützrohr angeordnet sein kann. Das Stützrohr und/oder das Stützgitter ist erfindungsgemäß bevorzugt aus einem magnetisierten Metall wie etwa Eisen gebildet. Auf diese Weise kann die Ölreinheit weiter verbessert werden.
-
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Filterelement eines erfindungsgemäßen Filters, wobei zumindest eine Filterschicht des Filterelements Fadenelemente aus einem magnetischen oder magnetisierten Material aufweist. Hinsichtlich der weiteren Merkmale des erfindungsgemäßen Filterelements wird auf die obigen Ausführungen verwiesen, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination bereitgestellt werden können. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Filters sowie eines erfindungsgemäßen Filterelements. Dabei wird zunächst eine Filterschicht mit den Fadenelementen aus einem magnetisierbaren Material ausgestattet und anschließend wird die Filterschicht in ein externes Magnetfeld gegeben, was zur Magnetisierung der Fadenelemente führt. Vor der Magnetisierung kann die biegeschlaffe Filterschicht zur Bildung eines stabilen Filterelement außen an ein Stützrohr und/oder Stützgitter angebracht (drapiert) werden, wobei das Stützrohr und/oder Stützgitter ggf. zusammen mit den Fadenelementen magnetisiert werden kann.
-
Anschließend kann das die Filterschicht aufweisende Filterelement in einem Filter montiert werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
-
1a einen erfindungsgemäßen Filter in einer perspektivischen Ansicht,
-
1b den erfindungsgemäßen Filter aus 1a in einer Schnittansicht,
-
2 ein erfindungsgemäßes Filterelement in einer perspektivischen Ansicht,
-
3 das erfindungsgemäße Filterelement aus 2 in einer Explosionsdarstellung,
-
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filterelements in einer Explosionsdarstellung,
-
5 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Filterelements in einer Schnittansicht,
-
6a bis 6d weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Filter in verschiedenen Ansichten, und
-
7 eine schematische Darstellung des Filtervorgangs mit einer herkömmlichen Filterschicht.
-
In den 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ölfilters 10 dargestellt. Das zu reinigende Öl strömt von unten in den Filter 10 und gelangt in einen ein Filterelement 15 ringförmig umgebenden Bereich des Fluidströmungswegs F, der die Anströmseite 32 des Filterelements 15 bildet. Das Öl strömt dann entlang des Fluidströmungswegs F radial nach innen durch mehrere Filterschichten 20 des Filterelements 15, wird gereinigt, und gelangt auf die Abströmseite 34 des Filterelements 34. Anschließend strömt das gereinigte Öl entlang eines Fluidabströmkanals 36 nach unten aus dem Filter 10. Der Innenraum des Filters 10 ist von einem haubenförmigen Filterdeckel 12 mit zylindermantelförmiger Seitenwand abgedeckt. Aus Sicherheitsgründen ist der Filter mit einem Umgehungs- oder Bypassventil 50 versehen, dass einen Alternativweg für das Fluid bei Überdruck, bspw. bei einer Filterverstopfung, freigibt.
-
Das Filterelement 15 des Filters weist eine oder mehrere Filterschichten 20 zum Zurückhalten von Feststoffen aus dem zu reinigenden Fluid auf, die jeweils von dem zu reinigenden Fluid durchströmt werden. Zumindest eine dieser Filterschichten 20 weist Fadenelemente 22 in Form von fadenförmigen Drähten, Fäden, Fasern, Filamenten o.dgl. auf. Die Fadenelemente 22 sind zumindest teilweise aus einem magnetisierten Material wie etwa Eisen gebildet. Alternativ sind die Fadenelemente Dauermagnete.
-
Vorzugsweise sind die Fadenelemente in das aus einem Filtertextil bestehende Filtermedium 24 und/oder in das Stützvlies 26 des Filterelements 15 eingebracht, insbesondere eingewebt. Alternativ oder zusätzlich sind die Fadenelemente in dem Filtermedium 24 und/oder in dem Stützvlies 26 abgelegt. Alternativ oder zusätzlich sind die Fadenelemente 22 auf eine Fläche des Filtermediums 24 und/oder des Stützvlieses 26 aufgebracht.
-
In den 2 und 3 ist ein erfindungsgemäßes Filterelement 15 dargestellt, das in dem in 1a und 1b gezeigten Filter 10 verwendet werden kann. Das Filterelement 15 weist insgesamt eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und umfasst eine obere Kappe, eine untere Kappe und ein dazwischen verlaufendes Stützrohr 29 mit Durchlässen. Im oberen Bereich des Stützrohrs 29 ist das Bypassventil 50 vorgesehen. Das Stützrohr 29 wird von einer oder mehreren Filterschichten 20 ringförmig umlaufen, wobei zumindest eine Filterschicht 20 das Filtermedium 24 aufweist, das von den Fadenelementen 22 durchzogen ist. Das Filtermedium 24 ist bei der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ein gefaltetes Filtertextil, während das Filtermedium 24 bei dem in 4 gezeigten Filterelement 15‘ ein gewickeltes Filtertextil ist.
-
In 5 ist ein Teilausschnitt eines Filterelements 15, 15‘ in einer Schnittansicht dargestellt, die die Abfolge der von dem zu reinigenden Fluid zu durchlaufenden Filterschichten 20 zeigt. Radial außen ist ein erstes Stützvlies 26 angeordnet. Es folgen das textile Filtermedium 24, ein zweites Stützvlies 26, ein mit Durchlässen versehenes Stützgitter 28 und ein mit Durchlässen versehenes Stützrohr 29. Die Fadenelemente sind vorzugsweise in den beiden Stützvliesschichten 26 und/oder in dem Filtermedium 24 angeordnet.
-
In den 6a bis 6d sind alternative Ausführungsformen erfindungsgemäßer Filter 10‘, 10‘‘, 10‘‘‘ dargestellt.
-
Der in 6a in einer Schnittansicht dargestellte Filter 10‘ weist einen magnetisierten Dorn 27 auf, der als Verlängerung des Bypassventils 50 auf der Abströmseite 34 in Richtung auf einen Abströmkanal 36 vorsteht. Durch den Dorn 27 werden im Öl aufgeschwemmte metallische Mikropartikel aufgegriffen.
-
Der in 6b in einer Schnittansicht dargestellte Filter 10‘‘ weist eine magnetisierte Gitterstruktur 28, 29 auf. Bspw. kann das ohnehin vorhandene Stützrohr 29 des Filterelements 15 magnetisiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein zusätzliches Stützgitter 28 aus einem magnetisierten Material in das Filterelement 15 eingebracht sein, das, wie in 5 dargestellt ist, zwischen dem Filtermedium 24 und dem Stützrohr 29 angeordnet sein kann. Denkbar sind Varianten, in denen magnetisierte Lochbleche oder gestanzte Blechvarianten zum Einsatz kommen. Die im zirkulierenden Öl verbleibenden Partikel können darüber abgeschieden werden.
-
Der in den 6c bzw. 6d in einer Schnittansicht bzw. in einer perspektivischen Ansicht dargestellte Filter 10‘‘‘ weist eine magnetisierte Einhausung in Form einer den Fluidströmungsweg F abschnittsweise berandenden Wand 25 auf. Die Wand 25 kann auf der Innenseite des Filterdeckels 12 auf der Anströmseite in den Filter 10‘‘‘ eingebracht sein und die Innenseite des Filterdeckels 12 ringsum abdecken. Vorzugsweise weist die Wand jedoch einen Längsspalt auf, um eine temperaturabhängige Materialausdehnung ausgleichen zu können.
-
Die oben beschriebenen magnetisierten Elemente 22, 25, 27, 28, 29 können einzeln oder in beliebiger Kombination in einem Filter vorgesehen sein, um eine optimale Reinheit des Öls zu gewährleisten.
-
Im Folgenden soll beispielhaft ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Filterelements beschrieben werden:
Als Filterschicht kann auf die klassischen und einsatzspezifischen Filtertextilien zurückgegriffen werden. Diese werden mit fadenförmigen Elementen wie Drähten, Fasern, Filamenten, Strängen o.dgl. aus einem magnetisierbaren Material durchzogen. Die Elemente sollen eine bleibende Remanenz aufweisen. Die dazu ausgewählten Werkstoffe sind vorzugsweise eisenhaltig. Während der Handhabung und Drapierung des biegeschlaffen Filtertextils in die dazu vorgesehene Position im Stützgitter selbst sind die Fadenelemente noch nicht magnetisiert. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen ist, durchläuft das Filtertextil samt Stützgitter und je nach Montagevorgang ggf. mit weiteren Komponenten zur Einstellung einer geeigneten remanenten Flussdichte ein B-Feld. Die hierdurch eingestellten magnetischen Eigenschaften führen dazu, dass das mit den Fadenelementen durchzogene Filtertextil mitsamt ihrer Magnetisierung die Funktion zur Anhaftung der magnetisierbaren metallhaltigen Partikel im zu reinigenden Fluid erfüllen kann.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass der erfindungsgemäße Filter nicht notwendigerweise ein Ölfilter ist. Vielmehr kann der Filter ein beliebiger, durch Druckdifferenz zwischen der Anström- und der Abströmseite betriebener fluidtechnischer Filter zum Zurückhalten von Feststoffen aus einem Gas- oder Flüssigkeitsstrom sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Filter
- 10‘
- Filter
- 10‘‘
- Filter
- 10‘‘‘
- Filter
- 12
- Filterdeckel
- 15, 15‘
- Filterelement
- 20
- Filterschicht
- 22
- Fadenelemente
- 24
- Filtermedium
- 25
- magnetische Wand
- 26
- Spintvlies (Stützvlies)
- 27
- Dorn
- 28
- Stützgitter
- 29
- Stützrohr
- 32
- Anströmseite
- 34
- Abströmseite
- 36
- Fluidabströmkanal
- 50
- Bypassventil
- 60
- Metallpartikel
- 124
- herkömmliches Filtermedium
- F
- Fluidströmungsweg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CA 2241029 A [0004]
- DE 102011117163 A1 [0004]
- DE 4236226 A1 [0004]
