DE102014218690A1

DE102014218690A1 - Filtervorrichtung zur Reinigung eines fließfähigen Schmiermittels sowie Maschine mit einer solchen Filtervorrichtung

Info

Publication number: DE102014218690A1
Application number: DE102014218690.0A
Authority: DE
Inventors: Reiner Nico Behrendt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung (10) zur Reinigung eines fließfähigen Schmiermittels von ionischen Substanzen, umfassend ein von dem Schmiermittel durch- und/oder umströmbares Filtermedium (11). Die Erfindung betrifft ferner eine Maschine, insbesondere ein Getriebe, umfassend eine entsprechende Filtervorrichtung. Es ist vorgesehen, dass das Filtermedium (11) ausgebildet ist, umfassend Kupferkationen und/oder Eisenkationen chemisch zu binden, vorzugsweise im Wege einer Komplexbindung. Hierdurch wird einer zunehmenden Leitfähigkeit des Schmiermittels infolge von Kupfer- und/oder Eisenkontamination des Schmiermittels entgegengewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Reinigung eines fließfähigen Schmiermittels von ionischen Substanzen, um einer zunehmenden Leitfähigkeit des Schmiermittels entgegenzuwirken. Die Erfindung betrifft ferner eine Maschine, umfassend eine Schmiereinrichtung zur Versorgung beweglicher Teile der Maschine mit einem Schmiermittel, wobei die Schmiereinrichtung eine entsprechende Filtervorrichtung aufweist.
Schmiermittel zur Herabsetzung der Reibung bewegter Bauteile von Maschinen stehen bauartbedingt mit zahlreichen Kontaminationsquellen in Kontakt. Dies trifft insbesondere auf Getriebeöle zu, die der Schmierung von Getrieben in Kraftfahrzeugen dienen. Besonders problematisch ist die Kontamination des Schmiermittels mit Salzen, da diese zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Schmiermittels führen. Sofern es zu einer Reduktion des Metallkations des Selzes kommt, scheidet sich das Metall elementar ab, wodurch es zur Bildung unerwünschter elektrischer Überbrückungen kommen kann.
Typische Kontaminationsquellen sind etwa Kunststoffe, mit denen insbesondere Getriebeöle in Kontakt kommen. Beispielsweise können Flammschutzmittel oder Stabilisatoren aus dem Kunststoff herausgewaschen werden. Insbesondere Polyamide und andere Kunststoffe sind mit typischerweise 0,01 bis 3 Gew.-% Kupferiodid (CuI) neben anderen Salzen wie Kaliumiodid (KI) stabilisiert. Die ausgewaschenen Salze können zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit und zur Bildung von Strombrücken führen.
Darüber hinaus enthalten Getriebeöle signifikante Mengen an „aktiven” Schwefelverbindungen, die etwa im Bereich von 0,05 bis 3 Gew.-% liege. Diese Schwefelverbindungen reagieren mit den Metalloberflächen des Getriebes zu den entsprechenden Sulfiden (insbesondere Eisen- und Kupfersulfiden), welche einen Schutzfilm für die mechanisch beanspruchten Metalloberflächen, zum Beispiel auf Getriebezähnen, ausbilden. In Gegenwart von Feuchtigkeit können derartige Sulfide zu elektrisch leitfähigen Sulfaten (Eisen- beziehungsweise Kupfersulfat) oxidiert werden. Bei Auftreten elektrischer Ladungen kann sich das Eisen beziehungsweise Kupfer elementar abscheiden und zur Bildung unerwünschter elektrischer Überbrückungen führen.
Es besteht zudem zusätzlich die Gefahr, dass das Getriebeöl mit Baugruppen, welche metallisches Kupfer aufweisen, in Kontakt kommt und mit durch die im Getriebeöl vorhandenen Schwefelverbindungen Kupfersulfid bildet (Cu + S → CuS). Das auf dem Kupfer immobilisierte Kupfersulfid ist selbst ein Halbleiter. Insbesondere „feuchtes” Kupfersulfid wird jedoch sehr leicht durch Sauerstoff zu Kupfersulfat oxidiert (CuS → CuSO₄). In Gegenwart von Feuchtigkeit dissoziiert das Kupfersulfat (CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄ ^2–) und erhöht somit die elektrische Leitfähigkeit des Getriebeöls.
Herkömmliche Getriebeölfilter umfassen ein Filtermedium, das zumeist lediglich partikuläre Bestandteile im Wege des Größenausschlusses mechanisch zurückhält. Derartige Filtermedien bestehen häufig aus Cellulosematerialien, die mit einem Phenolharz imprägniert sind. Weiterhin sind Fasergelege bekannt, die im Meltblow-Verfahren auf Basis von Polypropylen oder Polyethylenterephthalat eingesetzt werden. Eine Abtrennung von in dem Getriebeöl gelösten Ionen, insbesondere Kationen, ist mit diesen Materialien nicht möglich.
Auf der anderen Seite sind Ölfilter für Verbrennungsmotoren bekannt, welche Ionen, die aus dem Verbrennungsprozess resultieren, chemisch binden.
So beschreibt WO 2013/028122 A1 eine Filtervorrichtung für Motoröl, die einerseits ein von dem Motoröl durchströmbares Filtermedium, beispielsweise aus Cellulose- oder Synthetikfasern, aufweist und andererseits einen Ionentauscher zur Entfernung von Protonen (H⁺) aus dem Motoröl, um dessen Acidität zu senken. Der Ionentauscher kann aus vernetztem Polystyrol bestehen, das mit Natriumsulfonat- oder Natriumcarboxylatgruppen funktionalisiert ist. Das Filtermedium und der Ionentauscher werden in beliebiger Reihenfolge nacheinander von dem Öl durchströmt.
Aus EP 2 687 770 A1 ist ein zweistufiger Ölfilter für einen Verbrennungsmotor mit zwei hintereinander geschalteten Ionentauschern bekannt. Ein erster Ionentauscher enthält Hydrotalcit-Partikel, welche aus den Verbrennungsabgasen gebildete Anionen, wie NO₃ ^– oder SO₄ ^2–, aus dem Öl entfernen. Dabei werden unerwünschter Weise Kationen, wie Al³⁺ oder Mg²⁺, aus dem Hydrotalcit ausgewaschen, welche in einem nachgeschalteten Kationentauscher entfernt werden. Somit soll eine Öldegradation durch diese Kationen verhindert werden.
US 2006/0261004 A1 offenbart einen chemischen Ölfilter für Motoröle. Der Filter enthält Partikel aus einem stark basischen Material, etwa Oxiden, Hydroxiden oder Carbonaten von Alkali- oder Erdalkalimetallen oder Zink. Während der motorischen Verbrennung entstehende Säuren im Motoröl komplexieren mit schwachen Basen, die als Additive im Motoröl zur Neutralisierung der Verbrennungssäuren enthalten sind. Der Komplex aus Säure und schwacher Base reagiert im Wege des Ionenaustauschs mit dem stark basischen Material des Filters, wobei die schwache Base (das Additiv) wieder freigesetzt wird und die Säure am Filter immobilisiert wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Filtervorrichtung zur Reinigung von flüssigen Schmiermitteln bereitzustellen, die in der Lage ist, einer zunehmenden elektrischen Leitfähigkeit des Schmiermittels entgegenzuwirken. Die Filtervorrichtung soll insbesondere zur Reinigung von Schmiermitteln, die zur Schmierung in Getrieben eingesetzt werden, geeignet sein, das heißt getriebespezifische Kontaminationen entfernen.
Diese Aufgabe wird durch eine Filtervorrichtung sowie durch eine Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung zur Reinigung eines flüssigen Schmiermittels umfasst ein von dem Schmiermittel durchströmbares und/oder umströmbares Filtermedium. Das Filtermedium ist erfindungsgemäß ausgebildet, ionische Substanzen, mindestens umfassend Kupferkationen und/oder Eisenkationen, chemisch zu binden.
Wie einleitend bereits ausgeführt wurde, stellt die Kontamination von Getriebeschmiermitteln durch Kupfer- und Eisensalze die hauptsächliche Ursache für die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit und Bildung von elektrischen Überbrückungen dar. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Filtermediums zur chemischen Bindung von Kupfer- und/oder Eisenkationen kann somit den beschriebenen Problemen entgegengewirkt werden. Dabei ist selbstverständlich nicht ausgeschlossen, dass das Filtermaterial auch zu Bindung anderer typischer Metallkontaminationen im Schmiermittel geeignet ist.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung weist das Filtermedium der Filtervorrichtung funktionelle Gruppen auf, welche die ionischen Substanzen durch Komplexbindung zu binden vermögen. Unter einer Komplexbindung wird in der Chemie eine chemische Bindung verstanden, bei der ein Kation mit einer neutralen oder ionischen funktionellen Gruppe, auch als Ligand bezeichnet, dergestalt reagiert, dass der Ligand ein freies Elektronenpaar zur koordinativen Bindung des Ions zur Verfügung stellt. Der Ligand ist somit eine Lewis-Base. Zumeist wird das zentrale Kation durch eine Mehrzahl von Elektronenpaaren, die von den Liganden bereitgestellt werden, gebunden (komplexiert). Vorteil der Komplexbindung ist einerseits die hohe chemische Stabilität, die verhindert, dass die gebundenen Ionen durch andere Ionen ausgetauscht und somit wieder freigesetzt werden. Ferner können Komplexbindungen mit einer hohen Selektivität hinsichtlich des zu komplexierenden Ions ausgelegt werden, das heißt die Bindung anderer Ionen, beispielsweise bestimmter Schmiermittel-Additive, vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der Bindung der Kationen über Komplexbindungen ist, dass bei vielen Komplexbindungen kein Gegenkation im Wege eines Ionentauschmechanismus freigesetzt wird. Somit kann die elektrische Leitfähigkeit des Schmiermittels besonders effektiv vermindert werden.
In bevorzugter Ausführung sind die funktionellen Gruppen des Filtermediums ausgewählt aus der Gruppe, umfassend primäre Amingruppen (-NH₂), sekundäre Amingruppen (-NH-), tertiäre Amingruppen (=N-), Nitrosylgruppen (-N=O), Nitril- beziehungsweise Cyanidgruppen (-CN), Isocyanidgruppen (-NC), Cyanatgruppen (-CNO), Isocyanatgruppen (-NCO), Carbonylgruppen (-C=O), Carboxylgruppen (-COOH), Carbonsäureestergruppen (-COOR), Amidgruppen (-CO-NH₂), Amidoximgruppen (-C(NH₂)=NOH), Hydroxamsäuregruppen (-CO-NHOH) sowie deren Mischungen. Sämtliche der vorstehenden funktionellen Gruppen zeichnen sich dadurch aus, dass sie über freie Elektronenpaare verfügen, die zur Komplexbindung geeignet sind, das heißt, es handelt sich um Lewis-Basen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Amidoximgruppen sowie Hydroxamsäuregruppen besonders bevorzugt, da diese Kupfer- und Eisenkationen besonders selektiv zu binden vermögen.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Filtermedium ein Polymer umfasst oder aus einem solchen besteht, das mit der funktionellen Gruppe funktionalisiert ist. Polymere, insbesondere organische Polymere, lassen sich besonders einfach durch nachträgliche chemische Umsetzung an ihrer Oberfläche mit vielfältigen funktionellen Gruppen ausstatten. Ein besonders bevorzugtes Polymer, stellt Polyacrylnitril (PAN) dar. Polyacrylnitril ist bereits ohne nachträgliche Funktionalisierung mit Nitrilgruppen (-CN) ausgestattet, die bereits als solche in der Lage sind, Kationen zu komplexieren. Darüber hinaus können die Nitrilgruppen leicht chemisch in andere funktionelle Gruppen, insbesondere Amidoximgruppen oder Hydroxansäuregruppen umgewandelt werden, beispielsweise durch die Umsetzung mit Hydroxylamin (H₂N-OH). Polyacrylnitril zeichnet sich zudem durch eine hohe chemische Beständigkeit gegen Säuren und vielen organischen Lösungsmitteln sowie eine hohe Hydrolysebeständigkeit aus.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist besonders bevorzugt, dass das Filtermedium Polyacrylnitril aufweist, welches beispielsweise durch die Behandlung mit Hydroxylamin mit funktionellen Amidoxim- und/oder Hydroxamsäuregruppen ausgestattet ist. Die chemische Funktionalisierung von PAN durch Behandlung mit Hydroxylamin zur Erzeugung von Amidoximgruppen ist in nachfolgender Gleichung dargestellt:
Jede Amidoximgruppe verfügt über zwei Stickstoffatome, welche jeweils ein freies Elektronenpaar aufweisen, die zu Komplexierung eines Kupfer- oder Eisenions geeignet sind. Es handelt sich somit um einen zweizähnigen Liganden. Dabei weisen Amidoximgruppen eine besonders hohe Selektivität für die Bindung von Kupfer- und Eisenkationen auf.
Vorzugsweise umfasst das Filtermedium ein Basismaterial sowie eine Beschichtung auf demselben, welche mit den funktionellen Gruppen ausgestattet ist. Dies ermöglicht, herkömmliche Filtermaterialien als Basismaterial einzusetzen und diese nachträglich mit einer erfindungsgemäßen funktionalisierten Beschichtung auszustatten.
Das Filtermedium liegt vorzugsweise in Form von Fasern, insbesondere in Form eines Vlieses oder Filzes, oder einer von dem Schmiermittel durchströmbaren Membran vor. Dabei wird aufgrund der höheren spezifischen Oberfläche eine Faserstruktur bevorzugt. Bei einem einschichtigen Aufbau des Filtermediums bestehend lediglich aus dem die funktionellen Gruppen tragenden Material wird somit dieses Material in Form von Fasern oder einer permeablen Membran realisiert. Im Falle von Fasern ist bevorzugt, dass es sich um Nanofasern handelt, das heißt um Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 1000 nm (Nanometern), insbesondere höchstens 500 nm. Nanofasern können in bekannter Weise mittels Elektrospinning erzeugt werden. Im Falle einer zweischichtigen Filtervorrichtung wird vorzugsweise ein faserförmiges Basismaterial verwendet, beispielsweise modifizierte Cellulose oder eine synthetische Polymerfaser, deren einzelnen Fasern beziehungsweise die Faserschicht mit dem funktionalisierten Material, insbesondere dem funktionalisierten Polymer, beschichtet sind. Dabei liegt das funktionalisierte Polymer vorzugsweise wiederum selbst in Form von Fasern vor, vorzugsweise als Nanofasern.
In einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Filtervorrichtung zwei makroskopische Lagen, wobei eine erste Lage das Basismaterial, vorzugsweise in Faserstruktur, und eine zweite Lage das funktionalisierte Polymer, vorzugsweise ebenfalls in Faserstruktur umfasst. In dieser Ausgestaltung werden die beiden Lagen des Filtermediums somit nacheinander von dem Schmiermittel durchströmt.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist das Filtermedium – neben seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung als chemischer Filter – ausgebildet, partikuläre Bestandteile des Schmiermittels zurückzuhalten. Somit weist das Filtermedium einerseits eine herkömmliche mechanische (physikalische) Zurückhaltefunktion auf sowie die chemische Filterfunktion zur Reinigung des Schmiermittels von Kupfer- und/oder Eisenkationen. Die mechanische Rückhaltefunktion wird vorzugsweise durch das Basismaterial (zum Beispiel Cellulose) realisiert.
Vorzugsweise umfasst die Filtervorrichtung ein Gehäuse, welches an einen Schmiermittelkreislauf anschließbar ist, wobei das Filtermedium in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass es von dem Schmiermittel durch- und/oder umströmbar ist. Auf diese Weise kann das Gehäuse mit geringem Aufwand von dem Schmiermittelkreislauf getrennt und das gealterte Filtermedium durch ein frisches ersetzt werden, beispielsweise in Inspektionsintervallen eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann das Gehäuse zwei separate Anschlüsse für den Schmiermitteleingang sowie den Schmiermittelausgang aufweisen und von dem Schmiermittel uniaxial durchströmt werden. Vorzugsweise weist das Gehäuse jedoch einen kombinierten Ein- und Ausgang auf, der auf derselben Seite des Gehäuses angeordnet ist, sodass das Gehäuse unter Richtungsumkehr des Schmiermittels von diesem durchströmt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Maschine, umfassend eine Schmiereinrichtung zur Versorgung beweglicher Teile der Maschine mit einem Schmiermittel, wobei die Schmiereinrichtung eine Filtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Vorzugsweise handelt es sich bei der Maschine um ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug. Getriebeöle als Schmiermittel sind, wie einleitend ausgeführt, besonders durch die Kontamination mit Kupfer- und Eisenkationen belastet, sodass die erfindungsgemäße Filtervorrichtung hier besonders vorteilhaft zum Tragen kommt.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 schematische Schnittansicht eines Filtermaterials gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
2 schematische Schnittansicht eines Filtermaterials gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, und
3 aufgeschnittene Ansicht einer Filtereinrichtung gemäß der Erfindung.
1 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt eines insgesamt mit 11 bezeichneten Filtermediums zur Verwendung in einer Filtervorrichtung zur Reinigung eines fließfähigen Schmiermittels, insbesondere eines Öls.
Das Filtermedium 11 umfasst in der gezeigten Ausführung ein Basismaterial 12. Das Basismaterial 12 weist in der dargestellten Ausführung eine Faserstruktur auf, wobei 1 den Schnitt durch eine einzelne Faser zeigt. Vorzugsweise liegt das Basismaterial 12 in Form eines Filzes oder Vlieses vor. Das Basismaterial 12 kann beispielsweise aus Cellulose bestehen, die mit einem Phenolharz imprägniert ist. Alternativ kann eine synthetische Polymerfaser zum Einsatz kommen, beispielsweise Polypropylen oder Polyethylenterephthalat. Fasergelege aus Synthesefasern können beispielsweise über ein Meltblown-Verfahren hergestellt werden. Die Fasern des Basismaterials haben typischerweise einen mittleren Durchmesser im Bereich von 10 bis 1000 μm.
Das Filtermedium 11 umfasst ferner eine Beschichtung 13, welche die Fasern des Basismaterials 12 umgibt beziehungsweise auf dieser angeordnet ist. Die Beschichtung 13 ist ausgebildet, Kupfer- und/oder Eisenkationen chemisch zu binden, vorzugsweise im Wege einer Komplexbindung. Zu diesem Zweck weist die Beschichtung funktionelle Gruppen 14 auf, bei denen es sich vorzugsweise um chemische Gruppen handelt, die über zumindest ein freies Elektronenpaar zur Koordinierung von Kationen verfügen. Vorzugsweise handelt es sich um Amidoxim- oder Hydroxamsäuregruppen oder eine Mischung von beiden. Die funktionellen Gruppen 14 sind chemisch an einem Polymer 15 gebunden, bei dem es sich vorzugsweise um Polyacrylnitril (PAN) handelt. Das funktionalisierte Polymer 15 liegt vorzugsweise in Form von Nanofasern vor, die unter Ausbildung der Beschichtung 13 die Fasern des Basismaterials 12 belegen.
Die Herstellung des in 1 dargestellten Filtermediums 11 kann erfolgen, indem ein Fasergelege des Basismaterials 12 verwendet wird und dieses mit Polyacrylnitril-Nanofasern beschichtet wird, welche durch Elektrospinning hergestellt und direkt auf den Fasern des Basismaterials 12 abgeschieden werden. Alternativ kann ein kommerziell erhältliches PAN-Filtermaterial eingesetzt werden (zum Beispiel Fa. Heimbach oder das Elektret-Filtermedium Technostat^® der Fa. Hollingsworth & Vose). Anschließend wird das Material mit Hydroxylamin behandelt, wobei an der Oberfläche der Fasern befindliche Nitrilgruppen des Polyacrylnitrils vollständig oder teilweise zu Amidoximgruppen umgesetzt werden. Die chemische Funktionalisierung von PAN kann mittels eines Verfahrens erfolgen, das beispielsweise in Abdouss et al. für verschiedene Polyacrylfasern beschrieben ist (Abdouss et al.: Preparation and Characteristics of High Efficiency Ion-Axchange Cross-linked Acrylic Fibers, Konferenzbeitrag, Polymer Processing Society 2005). Optional können die Polymerfasern zusätzlich vernetzt werden, beispielsweise durch Behandeln mit Hydrazin (ebenfalls in Abdouss et al. beschrieben).
2 zeigt eine alternative Ausführung eines erfindungsgemäßen Filtermediums 11. In dieser Ausführung bilden das Basismaterial 12 sowie das funktionalisierte Polymer 15 jeweils eine eigene Lage eines Fasergeleges aus.
Die Herstellung des in 2 dargestellten Filtermediums 11 kann erfolgen, indem Polyacrylnitril-Nanofasern im Wege eines Elektrospin-Verfahrens hergestellt und zu einem Fasergelege (Vlies oder Filz) abgelegt werden. Anschließend wird ein PAN-Vlies wie oben beschrieben beispielsweise mit Hydroxylamin behandelt, um das mit Hydroxyamingruppen 14 funktionalisierte PAN 15 zu erhalten. Das Fasermedium 11 wird durch einfaches Aufeinanderlegen der beiden Vliese erzielt, die bedarfsweise auch miteinander verklebt werden können.
Das Filtermedium 11 gemäß 1 oder 2 kann in Gestalt eines Vlieses in einer Filtervorrichtung zur Reinigung eines Schmiermittels eingesetzt werden.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführung einer insgesamt mit 10 bezeichneten Filtervorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Filtervorrichtung 10 weist ein hier zylinderförmiges, druckstabiles Gehäuse 20 auf, das an einer seiner Grundflächen (hier oben) offen und an seiner anderen Grundfläche (hier unten) geschlossen ausgeführt ist. Das Gehäuse 20 wird durch ein koaxial in dem Gehäuse angeordnetes und im unteren Bereich perforiertes Stützrohr 21 in axialer Richtung in einen inneren Raum und einen diesen umgebenden äußeren Raum unterteilt. Das erfindungsgemäße Filtermedium 11, das beispielsweise gemäß 1 oder 2 ausgeführt sein kann, befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel in dem äußeren Raum des Gehäuses 20. Es liegt in einer plissierten oder mäandernden Faltung vor, wodurch die von dem Schmiermittel beaufschlagte Oberfläche des Materials vergrößert wird.
Das Gehäuse 20 weist an seinem oberen Bereich eine Deckplatte 22 auf, welche an ihrem äußeren Umfang dichtend mit dem Gehäuse 20 abschließt und mehrere Öffnungen 23 aufweist. Durch die Öffnungen 23 steht der äußere Raum des Gehäuses 20 mit der Umgebung beziehungsweise nach Montage der Filtervorrichtung 10 mit einem Schmiermittelkreislauf zur Versorgung einer hier nicht gezeigten Maschine mit einem Schmiermittel in Fluidverbindung. Die Deckplatte 22 weist ferner eine zentrale Öffnung 24 auf, die mit einem hier als Innengewinde ausgestalteten Anschlussgewinde ausgestattet ist. Durch die zentrale Öffnung 24 steht der Innenraum des Gehäuses 20 mit der Umgebung beziehungsweise nach Montage der Filtervorrichtung 10 mit dem Schmiermittelkreislauf der Maschine in Fluidverbindung. Der obere Rand des Gehäuses 20 weist eine Doppelbördelung auf, wodurch ein Flanschanschluss 25 sowie eine Nut für eine Dichtung 26 ausgebildet wird. Über die zentrale Öffnung 24 mit dem Anschlussgewinde und dem Flanschanschluss 25 ist das Gehäuse 20 an eine Schmiermittelversorgung einer Maschine verbindbar.
Die Filtervorrichtung 10 weist in dem gezeigten Beispiel ferner eine im oberen Bereich des Stützrohrs 21 angeordnete Rücklaufsperre 27 auf, welche ein Zurückfließen des gereinigten Schmiermittels verhindert. Ein im unteren Bereich des Stützrohrs 21 angeordnetes Umgebungsventil 28 verschließt in einer Schließstellung eine untere Öffnung des Stützrohrs 21 und gibt diese in einer Öffnungsstellung frei.
Um die Filtervorrichtung 10 mit einem nicht dargestellten Schmiermittelkreislauf einer Maschine fluidführend zu verbinden, wird die zentrale Öffnung 24 mittels des Anschlussgewindes an einen Schmiermittelzulauf des Schmiermittelkreislaufs angeschraubt. Der Schmiermittelzulauf ist dabei als eine innenliegende Zuleitung in einer die Zuleitung umgebenden Ableitung angeordnet. Beim Anschrauben der Filtervorrichtung 10 an die Zuleitung wird die Dichtung 26 an einen korrespondierenden Flanschanschluss der Ableitung unter Ausbildung einer dichten Verbindung angepresst. Somit werden die Öffnungen 23 und damit der äußere Raum des Gehäuses 20 automatisch mit einem Schmiermittelrücklauf der Maschine verbunden.
Die Funktionsweise der Filtervorrichtung 10 wird nachfolgend am Beispiel eines Ölfilters für ein Getriebe erläutert, wobei der Fließweg des Schmiermittels (Getriebeöls) durch die Pfeile A, B, C gekennzeichnet ist.
Ein von dem hier nicht dargestellten Getriebe kommendes und kontaminiertes Getriebeöl fließt über den Schmiermittelablauf des Schmiermittelkreislaufs durch die Öffnungen 23 der Deckplatte 22 in den Außenraum des Gehäuses 20 (siehe Pfeile A). Sofern das Umgehungsventil 28 sich in seiner Schließposition befindet, das heißt die untere Öffnung des Stützrohrs 21 geschlossen ist, ist das Öl gezwungen, das Filtermedium 11, welches in dem Außenraum angeordnet ist, radial zu durchströmen (Pfeil B). Dabei durchdringt es einerseits das funktionalisierte Polymer 15 des Filtermediums 11, wobei dessen funktionelle Gruppen 14 selektiv Kupfer- und Eisenionen im Wege der Komplexbindung chemisch binden. Gleichzeitig oder sequentiell durchdringt das Getriebeöl ferner das Vlies des Basismaterials 12, welches partikuläre Bestandteile des Getriebeöls mechanisch zurückhält. Das auf diese Weise gereinigte Öl dringt durch die Perforation des Stützrohrs 21 in den Innenraum und verlässt die Filtervorrichtung 10 durch die zentrale Öffnung 24 (siehe Pfeil C). Von dort wird es über den Schmiermittelzulauf dem zu schmierenden Getriebe, beispielsweise seinen Getriebezähnen, zugeführt.
Sofern das Umgehungsventil 28 sich in seiner Öffnungsposition befindet, das heißt die untere Öffnung des Stützrohrs 21 geöffnet ist, fließt das Öl – dem geringeren Strömungswiderstand folgend – unter Umgehung des Filtermediums 11 durch die untere Öffnung des Stützrohrs 21. Die Öffnung des Umgehungsventils 28 ist nur ausnahmsweise im Fall eines erheblich beladenen Filtermediums 11 vorgesehen.
Durch die Entfernung der elektrisch leitfähigen Kupfer- und Eisenionen aus dem Öl wird die elektrische Leitfähigkeit des Öls herabgesetzt und die Gefahr einer ungewollten elektrischen Kontaktierung durch mögliche metallische Abscheidungen gesenkt. Es konnte gezeigt werden, dass Polyacrylnitrilfasern, die durch Behandlung mit Hydroxylamin funktionalisiert wurden, eine sehr hohe Absorptionskapazität für Kupfer- und Eisenionen besitzen. Da üblicherweise die Kontamination von Schmiermitteln mit Eisen- und/oder Kupferionen vergleichsweise gering ist, genügen geringe Konzentrationen an funktionellen Gruppen auf dem Filtermedium für die Komplexierung dieser Metalle. Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung erlaubt somit die Verwendung von Schmiermitteln, insbesondere Getriebeölen, welche schwefelhaltige Additive enthalten, ohne dass sich die entsprechenden Metallsalze im Öl anreichern können. Somit kann ein höherer Verschleißschutz im Wege der Abscheidung von Sulfidschichten auf mechanisch beanspruchten Bauteilen erzielt werden.
Bezugszeichenliste

10: Filtereinrichtung
11: Filtermedium
12: Basismaterial
13: Beschichtung
14: funktionelle Gruppe
15: funktionalisiertes Polymer
20: Gehäuse
21: Stützrohr
22: Deckplatte
23: Öffnung
24: zentrale Öffnung
25: Anschlussflansch
26: Dichtung
27: Rücklaufsperre
28: Umgehungsventil
A: Zufluss verschmutztes Öl
B: Filterpassage des Öls
C: Abfluss gereinigtes Öl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/028122 A1 [0008]
EP 2687770 A1 [0009]
US 2006/0261004 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Abdouss et al.: Preparation and Characteristics of High Efficiency Ion-Axchange Cross-linked Acrylic Fibers, Konferenzbeitrag, Polymer Processing Society 2005 [0035]

Claims

Filtervorrichtung (10) zur Reinigung eines fließfähigen Schmiermittels, umfassend ein von dem Schmiermittel durch- und/oder umströmbares Filtermedium (11), dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (11) ausgebildet ist, ionische Substanzen, umfassend Kupferkationen und/oder Eisenkationen, chemisch zu binden.
Filtervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (11) funktionelle Gruppen (14) aufweist, welche die ionischen Substanzen durch Komplexbindung zu binden vermögen.
Filtervorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Gruppen (14) ausgewählt sind aus der Gruppe, umfassend primäre Amingruppen (-NH₂), sekundäre Amingruppen (-NH-), tertiäre Amingruppen (=N-), Nitrosylgruppen (-N=O), Cyanidgruppen (-CN), Isocyanidgruppen (-NC), Cyanatgruppen (-CNO), Isocyanatgruppen (-NCO), Carbonylgruppen (-C=O), Carboxylgruppen (-COOH), Carbonsäureestergruppen (-COOR), Amidgruppen (-CO-NH₂), Amidoximgruppen (-C(NH₂)=NOH), Hydroxamsäuregruppen (-CO-NHOH) sowie deren Mischungen.
Filtervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (11) ein mit den funktionellen Gruppen (14) funktionalisiertes Polymer (15) umfasst oder aus einem solchen besteht, insbesondere funktionalisiertes Polyacrylnitril (PAN).
Filtervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (11) ein Basismaterial (12) und eine Beschichtung (13) umfasst, welche mit den funktionellen Gruppen (14) ausgestattet ist.
Filtervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium (11) in Form von Fasern oder einer Membran vorliegt.
Filtervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Filtermedium (11) zusätzlich ausgebildet ist, partikuläre Bestandteile des Schmiermittels zurückzuhalten.
Filtervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (10) ein an ein Schmiermittelkreislauf anschließbares Gehäuse aufweist, in welchem das Filtermedium (11) so angeordnet ist, dass es von dem Schmiermittel durch- und/oder umströmbar ist.
Maschine, umfassend eine Schmiereinrichtung zur Versorgung beweglicher Teile der Maschine mit einem Schmiermittel, wobei die Schmiereinrichtung eine Filtervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
Maschine nach Anspruch 9, wobei die Maschine ein Getriebe ist.