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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für Getriebeöl, mit einem Filterelement, das in eine Getriebeölwanne einsetzbar ist und dessen Filtermedium eine Unfiltratseite von einem Filtratraum trennt, der mit einem Auslass fluidführend verbunden ist, an den eine Unterdruck-Fördereinrichtung, wie eine Saugölpumpe, anschließbar ist.
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Um über lange Betriebszeiträume hinweg einen sicheren und störungsfreien Betrieb von Getrieben sicherzustellen, ist es Stand der Technik, für das Getriebeöl eine Filtervorrichtung vorzusehen, vgl.
DE 10 2007 023 641 B4 , in der eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Gattung, die als Saugfilter arbeitet, offenbart ist. Die Auslegung als Saugfilter zeichnet sich im Vergleich zu einer Druckölfiltervorrichtung durch einen wesentlich geringeren Bedarf an Einbauraum aus. Druckölfiltervorrichtungen, die üblicherweise in einem Nebenstrom arbeiten und innerhalb des Getriebegehäuses oder am Getriebegehäuse außen angebracht sind, weisen Anschlüsse mit Schlauch- oder Rohrverbindungen auf, die außerhalb des Getriebes verlaufen, was zu größerem Platzbedarf und höherem Gewicht führt. Außerdem ist ein Überdruckschutz im Druckölfilterkreislauf, üblicherweise mittels eines Bypassventils, erforderlich. Anders als in dem genannten Dokument für die Saugfiltervorrichtung gezeigt, ist daher bei dem begrenzten Einbauraum, wie er bei Getrieben, insbesondere bei Fahrzeuggetrieben, zur Verfügung steht, der unmittelbare Einbau einer Druckölfiltervorrichtung in den Ölsumpf der Getriebeölwanne nicht realisierbar.
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Die große Spanne in der Öltemperatur, wie sie zwischen Kaltstarttemperatur und Betriebstemperatur namentlich bei Getrieben von Fahrzeugen, die in Kälteregionen betrieben werden, auftritt, führt wegen der damit einhergehenden Viskositätsänderung des Öls bei Saugfiltervorrichtungen zu Problemen. Für die Einsatztauglichkeit muss sichergestellt sein, dass trotz des Anstiegs des Strömungswiderstandes, wie er bei einer Viskositätszunahme des Öls an einem Feinfiltermedium stattfindet, auch bei tiefer Öltemperatur ein die einwandfreie Schmierung des Getriebes gewährleisteter Volumenstrom die Filtervorrichtung passiert. Bei der im genannten Dokument
DE 10 2007 023 641 B4 offenbarten bekannten Vorrichtung, bei der ein Feinfiltermedium in Strömungsrichtung vor einem Grobfiltermedium angeordnet ist, sind zu diesem Zweck im Feinfiltermedium permanente Durchgangsöffnungen vorgesehen, um dem Anstieg des Gesamtströmungswiderstandes der Vorrichtung bei hoher Viskosität entgegenzuwirken. Bei dieser Lösung ist die Effizienz der Abreinigung ungenügend. Bei hochviskosem Ölzustand findet die Filtration praktisch ausschließlich ohne Feinfiltration durch das Grobfiltermedium statt. Auch bei sehr niedriger Viskosität, wobei die permanenten Öffnungen eine verhältnismäßig geringe Drosselwirkung besitzen, strömt ebenfalls ein Großteil des Ölvolumens lediglich durch das Grobfilterelement.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich bei einfacher und platzsparender Bauweise durch ein besonders günstiges Betriebsverhalten auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass das Filterelement scheibenförmig ausgebildet ist, dessen Filtermedium den Filtratraum ringförmig umfasst, sich zwischen zwei Endkappen des Filterelements erstreckt und mit Filterfalten versehen ist. Dadurch, dass im Gegensatz zu der bekannten Lösung, bei der ein Grobfiltermedium und ein Feinfiltermedium jeweils durch ein Flachfilter gebildet sind, die im Abstand voneinander nebeneinanderliegend angeordnet sind, steht bei der Erfindung mit einem ringförmigen, gefalteten Filtermedium aufgrund des plissierten, sterngefalteten Verlaufs eine Filterfläche zur Verfügung, die ein Mehrfaches der Filterfläche eines Flachfilters beträgt. Über einen großen Viskositätsbereich von Kaltstarttemperatur bis zu Betriebstemperatur verbleibt der Strömungswiderstand dadurch innerhalb des Bereichs, in dem die Saugölpumpe den für die einwandfreie Schmierung erforderlichen Ölvolumenstrom fördert. Die üblichen, sterngefalteten Filtermedien weisen als sogenannte Mesh-Packs mehrere Filtermaterialbahnen auf, die bei geringer Druckdifferenz eine Tiefenfiltration ausführen, so dass keine Funktionsaufteilung in Grobfiltermedium und Feinfiltermedium erforderlich ist. Das scheibenförmig ausgebildete Filterelement ist dadurch problemlos in die Ölwanne des betreffenden Getriebes einbaubar. Außerdem sind mehrlagige, sterngefaltete Filtermedien, die Filterfeinheiten im Bereich von 10 μm aufweisen, kostengünstig erhältlich, so dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch niedrige Herstellkosten auszeichnet.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die eine Endkappe des Filterelements als Auslass für das Filtrat einen Stutzen aufweisen, der mit einer Dichtung versehen dem Anschließen der Unterdruck-Fördereinrichtung dient. Dabei kann sich der Anschlussstutzen durch eine an der Oberseite der Ölwanne gebildete Anschlussöffnung erstrecken, durch die eine Lagefixierung der den Stutzen aufweisenden Endkappe des Filterelements gebildet ist.
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Die andere Endkappe des Filterelements kann eine Eingriffsstelle aufweisen, in die ein Festlegeteil der Getriebeölwanne eingreift. Dadurch ist durch die Fixierung beider Endkappen das Filterelement in der Ölwanne optimal fixiert. Vorzugsweise sind hierbei der Anschlussstutzen und die Eingriffsstelle konzentrisch zur Längsachse des Filterelements verlaufend an den Endkappen angeordnet.
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Bei dem scheibenförmigen Aufbau des Filterelements ist die Einbauhöhe der jeweiligen Filterfalten des Filterelements, in axialer Richtung des Filterelements gesehen, gleich oder kleiner als deren Einbaulänge zwischen den beiden Endkappen. Bezogen auf die Bauhöhe der vom Filterelement gebildeten Scheibe steht daher ein Höchstmaß an wirksamer Filterfläche des sterngefalteten Filtermediums zur Verfügung.
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Die Anordnung kann mit Vorteil so getroffen sein, dass die Endkappe mit dem Anschlussstutzen, dem Filtratraum zugewandt, vorstehende einzelne Stützstege für eine Anlage mit der Endkappe mit der Eingriffsstelle aufweist. Das Filterelement bildet dadurch eine besonders strukturfeste Baueinheit.
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Dabei kann die Endkappe mit dem Anschlussstutzen außenumfangsseitig mit einem in Richtung der anderen Endkappe vorspringenden Umfangsrand versehen sein, durch den eine Einfassung des zugehörigen Endrandes des Filtermediums gebildet ist.
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In besonders vorteilhafter Weise kann der Umfassungsrand der Endkappe mit dem Anschlussstutzen einen Teil der Filterfalten von außen her überdecken, vorzugsweise die Hälfte oder mehr der Einbauhöhe der Filterfalten überdecken. Dadurch ist der Einströmbereich des Unfiltrats zum Filtermedium auf den an die untere Endkappe angrenzenden Bodenbereich begrenzt. Im Unterschied zu der bei der erwähnten, bekannten Filtervorrichtung vorgesehenen Anordnung der Flachfilter in der Getriebeölwanne, wobei die Gefahr einer Luftansaugung besteht, wenn die Ölwanne bei niedrigem Ölstand gegenüber der Horizontalen geneigt ist, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der durch den Umfassungsrand die Ansaugung auf den Grund der Ölwanne begrenzt ist, auch bei Berg- und Talfahrten eine konstante, luftfreie Ölansaugung gewährleistet.
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Für die optimale Lagesicherung des Filtermediums kann die Endkappe mit der Eingriffsstelle zwei vorstehende ringförmige Anlagestege aufweisen, zwischen denen sich ein Teil des Filtermediums mit seinen Filterfalten erstreckt. Ferner kann mindestens eine der Endkappen mit dem Filtermedium mittels eines Laserschweißverfahrens fest verbunden sein. Diesbezüglich kann in der Weise verfahren werden, wie dies im Dokument
WO 2008/113399 A1 für Schweißverbindungen zwischen einer Endkappe und einem Filtermedium eines Filterelementes aufgezeigt ist.
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Gemäß dem Patentanspruch 11 ist Gegenstand der Erfindung auch eine Getriebeölwanne, die insbesondere für den Einsatz bei Fahrzeugen vorgesehen und mit einer integrierten Filtervorrichtung gemäß einer Merkmalsausgestaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 versehen ist.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Schrägansicht eines Filterelementes eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung;
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2 eine Seitenansicht des Filterelementes von 1;
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3 eine gegenüber 1 und 2 größer gezeichnete, perspektivische Schrägansicht des Filterelementes, wobei von der oberen Endkappe des Filterelements das zentrale Mittelteil weggelassen und lediglich ein Umfassungsrand sichtbar ist; und
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4 eine mit vertikaler Schnittebene gezeichnete Schnittdarstellung eines Teils einer Getriebeölwanne mit eingesetztem Filterelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung.
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Die 1 bis 3 zeigen ein Filterelement 2 eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung in gesonderter Darstellung. Die 4 zeigt das Filterelement 2, eingesetzt in eine als Ganzes mit 4 bezeichnete und abgebrochen dargestellte Getriebeölwanne, die sich an der Unterseite eines nicht dargestellten Getriebegehäuses befindet und den Ölsumpf des Getriebes aufnimmt. Die Ölwanne 4 aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Kunststoff, wie PA6, hat die Form einer flachen Schale mit einem einen ebenflächigen Boden 6 bildenden unteren Schalenteil, dessen abgewinkelte, mit dem Boden 6 einstückige Seitenwand 10 mit einem die Oberseite der Ölwanne 4 bildenden Deckteil 12 verschweißt ist. Dieses erstreckt sich in paralleler Ebene zum Boden 6 des Schalenteiles, so dass zusammen mit diesem ein flacher, den Ölsumpf aufnehmender Unfiltratraum 14 gebildet ist. Das Deckteil 12 besteht aus einem für eine Schweißverbindung 16 mit dem Schalenteil geeigneten Werkstoff, beispielsweise dem gleichen Werkstoff wie das Schalenteil.
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In Anpassung an den flachen Unfiltratraum 14 in der Ölwanne 4 ist das Filterelement 2 in Form einer flachen, kreisrunden Scheibe ausgebildet, bei der das Filtermedium 18 einen runden Flachring zwischen einer unteren Endkappe 20 und einer oberen Endkappe 22 bildet. Bei radialer Durchströmung des Filtermediums 18 von außen nach innen ist dadurch in dem vom Filtermedium 18 umfassten inneren Hohlraum ein Filtratraum 24 gebildet, s. 3. Als Ausgang aus dem Filtratraum 24 ist an der oberen Endkappe 22 ein konzentrischer, sich in Axialrichtung erstreckender Anschlussstutzen 26 einstückig angeformt, der in ein am Deckteil 12 der Ölwanne 4 befindliches Rohrstück 28 (4) eingreift, das das Verbindungsstück für eine nicht dargestellte Leitung bildet, die zu einer Saugölpumpe führt. Dabei bildet ein in einer Ringnut 30 des Anschlussstutzens 26 sitzender O-Ring 32 die Abdichtung zwischen Anschlussstutzen 26 und Rohrstück 28. Koaxial zum Anschlussstutzen 26 ist in der unteren Endkappe 20 ein in den inneren Filtratraum 24 hinein vorspringender runder Zapfen 34 (3) angeformt, der, wie 4 zeigt, einen zur Außenseite des Filterelements 2 offenen Hohlraum 36 als Eingriffsstelle für ein vom Boden 6 des Schalenteiles der Ölwanne 4 axial vorspringendes Festlegeteil 38 bildet, das in den Hohlraum 36 passend eingreift. Dadurch ist das Filterelement 2 in dem in die Ölwanne 4 eingesetzten Zustand an der Oberseite durch den Eingriff des Anschlussstutzens 26 in das Rohrstück 28 und an der Unterseite durch den Eingriff des Festlegeteiles 38 in den Hohlraum 36 sicher festgelegt.
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Die obere Endkappe 22 hat an der Außenseite die Form einer in einer Radialebene verlaufenden Scheibe, die an ihrem Außenumfang in einen Umfassungsrand 40 übergeht, der axial auf die untere Endkappe hin vorspringt. Für das Filtermedium 18, das mit dem zugewandten axialen Ende seiner Falten an der Innenseite der Scheibe entlang von deren Umfangsbereich anliegt, bildet der Umfassungsrand 40 somit eine äußere Einfassung. In entsprechender Weise wie die obere Endkappe 22 weist die untere Endkappe 20 eine in einer Radialebene verlaufende, den Zapfen 34 umgebende runde Scheibe auf, an deren Außenumfang ein axial gegen den Umfassungsrand 40 der oberen Endkappe 22 hin vorspringender Ringkörper 42 als äußere Einfassung des Filtermediums 18 angeformt ist. Die axiale Länge des Umfassungsrandes 40 ist weit größer als die axiale Höhe des Ringkörpers 42, so dass der zum äußeren Unfiltratraum 14 (4) offene Einströmbereich des Filterelements 2 dem Boden 6 der Ölwanne 4 angenähert ist und somit auch bei geneigter Ölwanne 4 innerhalb des Ölsumpfes gelegen ist, so dass eine Luftansaugung vermieden ist. Als innere Einfassung des Filtermediums 18 ist, radial gegenüber dem äußeren Ringkörper 42 versetzt, an der unteren Endkappe 20 ein zweiter axial vorspringender Ringkörper 44 angeformt. Dieser bildet nicht nur an der unteren Endkappe 20 die innere Einfassung für das Filtermedium 18, sondern auch, wie der 3 am deutlichsten entnehmbar ist, die Verbindungsstellen für Stützstege 46, die an der oberen Endkappe 22 angeformt sind. Diese Stützstege 46, von denen beim gezeigten Beispiel sechs am Innenumfang der Endkappe 22 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, haben die Form einer im Umriss quadratischen, mit leichter Wölbung am Innenumfang des Filtermediums 18 anliegender Platte, die mit dem Ringkörper 44 beispielsweise mittels einer Klebeverbindung verbunden sind. Dadurch ist zwischen den Endkappen 20 und 22 ein strukturfester Verbund gebildet, wobei gleichzeitig der innere Filtratraum 24 bis auf den durch den Anschlussstutzen 26 gebildeten Auslass geschlossen ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die obere Endkappe
22 mit dem zugewandten Ende des Filtermediums
18 durch Schweißen fest verbunden. Diese Schweißverbindung wird mittels Laser-Durchstrahlschweißens durchgeführt, ein Verfahren, wie es im Dokument
WO 2008/113399 A1 für eine entsprechende Verbindung zwischen Endkappen und Filtermedium eines Filterelements aufgezeigt ist. Wie dort erläutert, ist für die mit dem Filtermedium
18 zu verbindende Endkappe, beim vorliegenden Beispiel die obere Endkappe
22, ein laserdurchlässiger thermoplastischer Kunststoffvorgesehen, beispielsweise ein Polyamid (PA6), und zwischen dieser Endkappe
22 und dem Filtermedium
18 wird eine laserundurchlässige Sperrschicht ausgebildet. Hierfür kann beispielsweise eine laserundurchlässige Schweißfolie auf das Stirnende der Falten des Filtermediums
18 aufgelegt werden. Durch Absorbieren der beim Durchstrahlen der Endkappe
22 auf der Schweißfolie auftreffenden Laserenergie kommt es zum Aufschmelzen des an die Schweißfolie angrenzenden Bereichs. Bei einem Filtermedium
18, das aus beispielsweise sechs Lagen gefalteter Filtermatten aufgebaut ist, weisen einige dieser Lagen ein Polyamidgitter oder ein Polyestergewebe auf, so dass das Filtermedium
18 heiß siegelbar und dadurch geeignet ist, als Fügepartner über die aufschmelzende Schweißfolie die Schweißverbindung mit der Endkappe
22 zu bilden.
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Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Scheibenform des Filterelements 2 mit einem Filtermedium 18 in Form eines entlang des Scheibenumfangs angeordneten, sterngefalteten Ringkörpers steht bei flacher Bauhöhe eine besonders hohe effektive Filterfläche zur Verfügung, wobei gleichzeitig eine feine Filtration durch Tiefenfiltration bei geringer Druckdifferenz erfolgt. Dadurch ist nicht nur ein problemloser Einbau in den Ölsumpf in einer eine flache Schale bildenden Ölwanne 4 ohne Schwierigkeiten realisierbar, sondern wegen der großen Filterfläche und entsprechend geringer Druckdifferenz ist die erfindungsgemäße Filtervorrichtung auch über den gesamten Viskositätsbereich des Getriebeöls, der sich unter allen infrage kommenden Betriebsbedingungen des Getriebes ergibt, sicher betreibbar, d. h. ohne dass die Gefahr besteht, dass bei hoher Viskosität ein für die einwandfreie Schmierung des Getriebes ungenügender Volumenstrom von der Saugpumpe gefördert wird. Das gesamte Filterelement 2 kann metallfrei aufgebaut sein. Die untere Endkappe 20 kann beispielsweise aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff gebildet sein wie die die Stützstege 46 aufweisende obere Endkappe 22. Ein Austausch des Filterelements 2 gegen ein Neuelement ist regelmäßig nicht vorgesehen, vielmehr ist das Filterelement 2 von der Lebensdauer her so ausgelegt, dass es über die vorgesehene Gesamt-Betriebsdauer des Getriebes in der Getriebewanne verbleibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007023641 B4 [0002, 0003]
- WO 2008/113399 A1 [0013, 0023]
