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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, so dass sie, anders als Druckölfiltervorrichtungen, die üblicherweise in einem Nebenstrom arbeiten und innerhalb des Getriebegehäuses oder am Getriebegehäuse außen angebracht sind, ohne Schwierigkeiten unmittelbar in den Ölsumpf der Ölwanne des betreffenden Getriebes einbaubar sind. Bei der genannten, bekannten Filtervorrichtung sind ein Grobfiltermedium und ein Feinfiltermedium, die jeweils durch ein Flachfilter gebildet sind, in der betreffenden Ölwanne im Abstand voneinander nebeneinander liegend angeordnet, wobei das Feinfiltermedium im von der Saug-Fördereinrichtung erzeugten Volumenstrom vor dem Grobfiltermedium angeordnet ist. Um zu verhindern, dass bei hoher Viskosität des Getriebeöls (Kaltstartbedingungen) an dem durch ein Flachfilter gebildeten Feinfiltermedium ein unzulässiger, den Saugstrom verringernder Differenzdruck entsteht, sind bei der bekannten Vorrichtung im Feinfiltermedium permanente Öffnungen vorgesehen, die Getriebeöl ungefiltert zum Grobfiltermedium passieren lassen. Dies führt zu einer ungenügenden Abreinigungsleistung der bekannten Filtervorrichtung.
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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 eine besonders wirksame Abreinigung des Getriebeöls ermöglicht.
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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 mit einer Magneteinrichtung versehen ist. Zusätzlich zu der vom Filtermedium bewirkten Filtration erfolgt dadurch eine Abreinigung der beim Betrieb betreffender Getriebe durch Abrieb anfallenden Metallpartikel, so dass die erfindungsgemäße Filtervorrichtung eine optimale Abreinigung gewährleistet.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Magneteinrichtung, die in besonders bevorzugter Weise in Form einer Permanent-Magneteinrichtung ausgebildet sein kann, auf der Unfiltratseite des Filterelementes angeordnet. Metallische Verunreinigungen werden dadurch aus der Saugströmung bereits vor Erreichen des Filtermediums abgesondert, das dadurch im Betrieb weniger stark befrachtet wird und über lange Betriebszeiträume hinweg mit geringer Druckdifferenz arbeitet.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das Filterelement scheibenförmig ausgebildet sein, wobei sein Filtermedium den Filtratraum ringförmig umfasst, sich zwischen zwei Endkappen des Filterelementes erstreckt und mit Filterfalten versehen ist. Im Vergleich zu einem Flachfilter steht mit einem ringförmigen, gefalteten Filtermedium aufgrund des plissierten, sterngefalteten Verlaufs vergleichen mit einem Flachfilter ein Mehrfaches an effektiver Filterfläche bei geringer Bauhöhe des scheibenförmig ausgebildeten Filterelements zur Verfügung, so dass ein problemloser Einbau in den Sumpf einer Getriebeölwanne ermöglicht ist. Sterngefaltete Filtermedien, so genannte Mesh-Packs, weisen in üblicher Weise eine Mehrzahl von Filtermaterialbahnen auf, die bei geringer Druckdifferenz eine Tiefenfiltration ausführen, so dass keine Funktionsaufteilung in Grobfiltermedium und Feinfiltermedium, wie bei der bekannten, genannten Filtervorrichtung, erforderlich ist.
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Die Magneteinrichtung kann in vorteilhafter Weise aus mindestens einem Magnetring gebildet sein, der in wiederlösbarer Weise mittels einer Rasteinrichtung mit einer der beiden Endkappen des Filterelementes verbunden ist, die den Auslass aufweist.
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Als Permanent-Magneteinrichtung kann der Magnetring aus einem Kunststoffmaterial bestehen, in den einzelne Magnetpartikel beim Herstellungsprozess vorzugsweise mittels eines Spritzvorganges eingebracht sind.
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Die Anordnung kann mit besonderem Vorteil so getroffen sein, dass die eine Endkappe als Auslass für das Filtrat einen Stutzen aufweist, der mit einer Dichtung versehen dem Anschließen der Unterdruck-Fördereinrichtung, wie der Saugölpumpe, dient. Dabei kann sich der Anschlussstutzen durch eine an der Oberseite der betreffenden Getriebeölwanne 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 gesichert. Vorzugswiese 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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Mit Vorteil kann die Anordnung 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, der von einzelnen Rastteilen mit vorspringenden Rastnasen der Rasteinrichtung unterbrochen ist.
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Mit Vorteil kann die Rasteinrichtung hierbei derart gestaltet sein, dass das jeweilige Rastteil zungenartig mit seinem der Rastnase abgekehrten Fußteil derart einstückig mit der zugehörigen Endkappe verbunden ist, dass das Rastteil federnd nachgiebig gehalten ist. Dadurch ist der Magnetring durch Verclipsen an der zugehörigen Endkappe anbringbar.
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Für die sichere Fixierung des mit der Endkappe verclipsten Magnetringes untergreift die Rastnase des jeweiligen Rastteiles den Magnetring an seiner einen freien Stirnseite, wohingegen die andere freie Stirnseite in Anlage mit einem Überstand der zugeordneten Endkappe mit dem Auslass ist, wobei der Magnetring auf seiner Innenseite vom Umfassungsrand dieser Endkappe abgestützt ist.
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Dieser Umfassungsrand der einen Endkappe kann in vorteilhafter Weise einen Teil der Filterfalten von außen her überdecken, vorzugsweise die Hälfte oder mehr der Einbauhöhe der Filterfalten überdecken. Dadurch ist der Einströmbereich des Unfiltrats auf den an die untere Endkappe angrenzenden Höhenbereich begrenzt, so dass bei in den Ölsumpf einer Getriebeölwanne eingesetztem Filterelement der Einströmbereich des Unfiltrats dem Boden der Ölwanne angenähert ist. In vorteilhafter Weise ist dadurch die Gefahr einer Luftansaugung vermieden, wenn die Ölwanne bei niedrigem Ölstand gegenüber der Horizontalen geneigt ist, so dass auch bei Berg- und Talfahrten eines mit dem Getriebe versehenen Fahrzeuges eine konstante, luftfreie Ölförderung gewährleistet ist.
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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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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 17 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 16 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 gegenüber 1 in größerem Maßstab und abgebrochen gezeichnete perspektivische Schrägansicht eines Umfangsabschnittes der einen Endkappe des Filterelementes, dargestellt vor dem Anbringen eines Magnetringes;
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3 eine Seitenansicht des Filterelementes von 1;
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4 eine mit vertikaler Schnittebene gezeichnete Schnittdarstellung des Filterelements des Ausführungsbeispieles;
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5 eine 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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6 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, 3 und 4 zeigen ein Filterelement 2 eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung in gesonderter Darstellung.
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Die 6 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. 5. 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 (6) 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 (5) angeformt, der, wie 4 und 6 zeigen, 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 kurz vor ihrem Außenumfang in einen Umfassungsrand 40 übergeht, der axial auf die untere Endkappe 20 hin vorspringt. Über den Umfassungsrand 40 hinaus setzt sich die obere Endkappe 22 mit einem radial vorstehenden Überstand 58 fort. 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 und 6) 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 5 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 Kunststoff vorgesehen, 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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Die Magneteinrichtung, die bei der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung zusätzlich zu der mittels des Filterelements 2 erfolgenden Abreinigung zur Absonderung metallischer Partikel vorgesehen ist, ist als Permanent-Magneteinrichtung an der Außenseite des Filterelementes 2 angeordnet, so dass sie sich bei der von außen nach innen erfolgenden Durchströmung des Filterelements 2 auf der Unfiltratseite, d. h. im Unfiltratraum 14 der zugeordneten Ölwanne 4 befindet. Wie am deutlichsten der 2 entnehmbar ist, hat die Magneteinrichtung die Form eines Magnetringes 51 in Form eines Flachringes. Dieser ist aus einem Kunststoffwerkstoff spritzgeformt, wobei beim Herstellungsprozess Magnetpartikel in den Kunststoff eingespritzt werden. Wie 2 mit Pfeilen 60 verdeutlicht, ist der Magnetring 51 auf den Umfassungsrand 40 der oberen Endkappe 22 aufschiebbar. Zur lösbaren Festlegung an der Endkappe 22 ist eine Rasteinrichtung vorgesehen, die nachgiebige Rastzungen 52 aufweist, von denen, wie 5 zeigt, sechs Rastzungen 52 in gleichmäßiger Verteilung am Umfang der oberen Endkappe 22 angeordnet sind. Wie am deutlichsten die 2 zeigt, sind für die Rastzungen 52 Ausnehmungen 54 im Umfassungsrand 40 gebildet, die sich vom radial vorstehenden Überstand 58 weg, s. 2 und 4, mit ihrem offenen Ende axial zum Rand des Umfassungsrandes 40 erstrecken. An ihrem freien Ende weist jede Rastzunge 52 eine radial vorspringende Rastnase 56 auf. Da die Rastzungen 52 mit dem der Rastnase 56 entgegengesetzten Fußteil einstückig an der Endkappe 22 angeformt sind, sind die Rastnasen 56 federnd nachgiebig gehalten. Durch Aufschieben des Magnetringes 51, wie in 2 mit den Pfeilen 60 verdeutlicht, ist der Magnetring 51 daher durch Verclipsen an der Endkappe 22 sicherbar. Dabei liegt die Innenseite des Magnetringes 51 am Umfassungsrand 40 an, während der radiale Überstand 58 die Anlage für den oberen Rand des Magnetringes 51 bildet, der dadurch zwischen den Rastnasen 56 und dem Überstand 58 fixiert ist.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007023641 B4 [0002]
- WO 2008/113399 A1 [0019, 0032]
