DE102015201713A1

DE102015201713A1 - Filtereinheit für ein hydraulisches System und hydraulisches System, insbesondere Kupplungssystem

Info

Publication number: DE102015201713A1
Application number: DE102015201713.3A
Authority: DE
Inventors: Alban Godefroy; Geoffroy Petit
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-04

Abstract

Die erfindungsgemäße Filtereinheit für ein hydraulisches System, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem, zum Filtrieren von Feststoffkomponenten aus einem Hydraulikfluid, umfasst eine erste Filterstufe, diese umfassend mindestens eines der folgenden Filterelemente: einen Kuchenfilter, einen Querstromfilter und einen Tiefenfilter, und eine zweite Filterstufe, zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Filterstufe in Durchströmungsrichtung stromabwärts der ersten Filterstufe ausgebildet ist und mindestens einen Magneten zur Abscheidung magnetisierbarer Feststoffkomponenten umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinheit für ein hydraulisches System und ein entsprechendes hydraulisches System, insbesondere eines Kupplungssystems zur Betätigung mindestens einer Reibkupplung.
Hydraulische Systeme sind bekannt, auch zur Betätigung von Reibkupplungen, die hydraulisch betätigt geöffnet und/oder geschlossen werden können. In diesen hydraulischen Systemen wird eine Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise ein Öl, zur Kraftübertragung eingesetzt. Betriebsbedingt kommt es in diesen Systemen regelmäßig über die Betriebsdauer zur Verunreinigung der Hydraulikflüssigkeit mit Feststoffpartikeln. So sind aus dem Stand der Technik bereits Filtereinheiten bekannt, über die Feststoffpartikel aus der Hydraulikflüssigkeit filtriert werden können. Je nach Art des eingesetzten Filtriermechanismus passieren unterschiedliche Verteilungen von Partikeln den Filter, ohne filtriert zu werden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Filtriereinheit und ein entsprechendes hydraulisches System anzugeben, bei dem die Zahl der den Filter passierenden Partikel weiter reduziert werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die erfindungsgemäße Filtereinheit für ein hydraulisches System, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem, zum Filtrieren von Feststoffkomponenten aus einem Hydraulikfluid, umfasst eine erste Filterstufe, diese umfassend mindestens eines der folgenden Filterelemente: einen Kuchenfilter, einen Querstromfilter und einen Tiefenfilter, und eine zweite Filterstufe, zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Filterstufe in Durchströmungsrichtung stromabwärts der ersten Filterstufe ausgebildet ist und mindestens einen Magneten zur Abscheidung magnetisierbarer Feststoffkomponenten umfasst.
Die Filtereinheit dient insbesondere zum Einsatz in hydraulischen Systemen zum Betätigen mindestens einer Reibkupplung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
Bei der ersten Filterstufe handelt es sich bevorzugt um einen aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulik- oder Ölfilter. Unter einem Kuchenfilter wird ein Filter verstanden, bei dem sich auf dem entsprechenden Filtermedium ein Filterkuchen bildet, der mit der Betriebsdauer in der Dicke wächst und der selbst wiederum als immer dichter werdendes Filtermedium wirkt. Unter einem Tiefenfilter wird ein Filter verstanden, bei dem die Abscheidung der Feststoffpartikel im Inneren des porösen Filtermediums erfolgt, welches vom zu reinigenden Fluid durchströmt wird. Unter einem Querstromfilter wird ein Filter verstanden, bei dem die zu filtrierende Flüssigkeit parallel zu einem Filtermedium geführt wird und das Permeat quer zur Fließrichtung abgeführt beziehungsweise abgezogen wird. Dadurch entstehen an der Oberfläche des Filtermediums durch die turbulente Strömung Scherkräfte, die zu einer Abscheidung der Partikel führen.
Die erfindungsgemäße Filtereinheit ermöglicht durch die zweite Filterstufe das Filtrieren von magnetisierbaren Partikeln, die die erste Filterstufe passieren. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Eisen- oder Stahlpartikel, die so klein sind, dass die erste Filterstufe passieren konnten. Ohne wirksame Filtrierung könnten Partikel im Hydrauliksystem durch die Leitung des hydraulischen Systems wandern und sich beispielsweise in den Steuerventilen des hydraulischen Systems ablagern, so dass diese blockieren könnten, so dass dein entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug dann nicht mehr schaltbar wäre. Es ist auch möglich, dass grundsätzlich die Steuerventile nicht blockieren, aber in ihrer Funktion beeinträchtigt werden, was zu Komforteinbußen führen kann. Weiterhin ist es möglich, dass sich Partikel an den Grenzflächen zwischen Kolben und Zylinder von hydraulischen Zylindern im hydraulischen System ansammeln und dort zu einer Funktionsstörung, beispielsweise zu einer Undichtigkeit, führen.
Die erfindungsgemäße Filtereinheit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das hydraulische System ein Kupplungssystem ist, welches mit einem anderen hydraulischen System im Kraftfahrzeug, beispielsweise dem Bremssystem, verbunden ist, da sich dadurch die Gefahr einer Kontamination der Hydraulikflüssigkeit insbesondere auch mit Eisen- oder Stahlpartikeln erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der mindestens eine Magnet eine Wirkzone auf und die zweite Filterstufe umfasst mindestens einen Strömungsweg, der durch diese Wirkzone geführt wird.
Der Begriff Wirkzone wird insbesondere als der Bereich des magnetischen Feldes des mindestens Magneten noch ausreichend stark ist, um eine Anziehung eins magnetisierbaren Partikels maximaler Größe, das heißt mit einem Durchmesser, der gerade noch die erste Filterstufe passiert, zu bewirken.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine Magnet durch eine von einem Magnetfeld durchdringbare Wand von mindestens einem Strömungsweg in der zweiten Filterstufe getrennt.
So kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass das Hydraulikfluid nicht in direktem Kontakt mit dem mindestens einen Magneten steht. Die Wand ist dabei aus einem nicht oder nur leicht magnetisch abschirmenden Material ausgebildet, insbesondere nicht aus einem weichmagnetischen Werkstoff. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Wand aus einem Kunststoff, insbesondere aus Hartplastik, die problemlos vom Magnetfeld des mindestens einen Magneten durchdrungen werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine Magnet als Permanentmagnet ausgebildet.
Der Einsatz eines Permanentmagneten als mindestens einer der Magneten in der zweiten Filterstufe ist vorteilhaft, da so ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Filtereinheit möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine Magnet als Elektromagnet ausgebildet.
Die Ausbildung des mindestens einen Elektromagneten in der zweiten Filterstufe ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Anpassung des magnetischen Feldes an vorgebbare Parameter, beispielsweise an eine sich ändernde Filterwirkung der ersten Filterstufe. Weiterhin ist in vorteilhafter Weise eine Spülung der Filtereinheit möglich, da durch ein Abschalten des Elektromagneten eine Reinigungsspülung ermöglichen, durch die auch die im Betrieb am mindestens einen Magneten anhaftenden magnetisierbaren Partikel herausgespült werden können.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die zweite Filterstufe mehrere Magneten aufweist, insbesondere mehrere Magneten, die sich in Art und Form unterscheiden. So können beispielsweise quaderförmige, kreisringförmige und/oder kreisringsegmentförmige Permanentmagnete, gegebenenfalls in Kombination mit einem oder mehreren Elektromagneten eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Montageelement ausgebildet, welches in einer ersten Richtung als Montagehilfe und in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung, als Sperrelement dient, welches eine Position des mindestens einen Magneten fixiert.
Insbesondere ist das Montageelement so gestaltet, dass es in einer ersten Richtung eine Bewegung des mindestens einen Magneten bei Montage ermöglicht oder erleichtert, insbesondere durch eine Gestaltung als Rampe und in die entgegengesetzte zweite Richtung die Position des mindestens eine Magneten fixiert, beispielsweise durch eine Ausgestaltung als Rastnase. So kann der mindestens eine Magnet in erste Richtung eingeführt werden, bis das Sperrelement seine Rastfunktion erfüllt und den Magneten in der zweiten Richtung fixiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Filtereinheit so gestaltet, dass sie in eine Hydraulikleitung einsetzbar ist.
Bevorzugt ist dabei die Filtereinheit so ausgebildet, dass sie dichtend in eine Hydraulikleitung einsetzbar ist, so dass ein Fluss von Hydraulikflüssigkeit im Bereich der Filtereinheit durch die Hydraulikleitung vollständig durch die Filtereinheit erfolgt. Insbesondere weist die Filtereinheit entsprechende, an die Hydraulikleitung angepasste außenliegende Dichtmittel auf. Eine in eine Hydraulikleitung einsetzbare Filtereinheit kann vorteilhafter Weise platzsparend verbaut werden. Dies ist insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere bei kleineren Kraftfahrzeugen, wichtig und vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hydraulisches System, insbesondere ein hydraulisches Kupplungssystem, vorgeschlagen, welches mindestens eine Filtereinheit nach der vorliegenden Erfindung umfasst.
Insbesondere umfasst das hydraulische System neben der Filtereinheit einen Geberzylinder und einen Nehmerzylinder, die durch eine Hydraulikleitung miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist die Filtereinheit in der Hydraulikleitung ausgebildet.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
1: eine schematische Zeichnung eines hydraulischen Systems mit einer Filtereinheit;
2: eine Ansicht einer Filtereinheit in einer Hydraulikleitung;
3 und 4: perspektivische Ansichten einer Filtereinheit;
5 bis 6: die Montage eines Magneten in einer Filtereinheit und das entsprechende Montageelement;
8: eine weitere Ansicht einer Filtereinheit; und
9–11: Schnitte durch die Filtereinheit nach 8.
1 zeigt schematisch ein Beispiel eines hydraulischen Systems 1 mit einer Kupplungsausrückvorrichtung mit einem Geberzylinder 2 und einem Nehmerzylinder 3. Eine Filtereinheit 4 ist zwischen einem ersten Leitungselement 5 und einem zweiten Leitungselement 6 ausgebildet, die zusammen eine Hydraulikleitung 7 bilden, die Geberzylinder 2 und Nehmerzylinder 3 miteinander verbinden. Die Filtereinheit 4 ist grundsätzlich auch direkt mit dem Geberzylinder 2 oder dem Nehmerzylinder 3 verbindbar.
Die Kupplungsausrückvorrichtung betätigt die Kupplung 8 hydraulisch durch Beaufschlagung des Geberzylinders 2 mittels eines Betätigungsgliedes 9, welches ein Fußpedal wie hier gezeigt, aber auch en Aktor, insbesondere ein elektrischer oder hydraulischer Aktor, sein kann. Über eine mechanische Übertragung 10 wird Druck im Geberzylinder 2 aufgebaut, der über die Hydraulikleitung 7 einen Druck im Nehmerzylinder e aufbaut. Dabei können ferner der Geberzylinder 2, die mechanische Übertragung 10 beziehungsweise das Betätigungsglied 9 durch einen Aktor und eine Pumpe ersetzt werden. Der Nehmerzylinder 3 ist im gezeigten Beispiel konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle 11 angeordnet und stützt sich axial an einem nicht gezeigten Getriebegehäuse ab und bringt die nötige Ausrückkraft über ein Ausrücklager auf die Kupplung 8. Andere Ausgestaltungen des Nehmerzylinders 3 sind möglich. Die Getriebeeingangswelle 11 überträgt bei geschlossener Kupplung 8 das Drehmoment der Antriebseinheit 12, die insbesondere eine Brennkraftmaschine darstellen kann, auf ein nicht dargestelltes Getriebe und darüber auf die Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs 13.
Bei der Kupplung 8 handelt es sich bevorzugt um eine Reibkupplung gestaltet als Einfachkupplung, oder um eine Doppelkupplung mit zwei Reibkupplungen. Im letzteren Fall weist das Hydrauliksystem zwei Geberzylinder 2, zwei Nehmerzylinder 3 und zwei Filtereinheiten 4 auf.
2 zeigt eine Filtereinheit 4 verbaut in einer Hydraulikleitung 7, die in diesem Bereich einstückig ausgebildet ist. Die Filtereinheit 4 ist dabei in die Hydraulikleitung 7 eingeschoben, so dass keine Hydraulikflüssigkeit an der Filtereinheit 4 vorbeiströmen kann.
3 und 4 zeigt die Filtereinheit 4 in zwei Ansichten. Die Filtereinheit 4 umfasst eine erste Filterstufe 14 und eine zweite Filterstufe 15, die in Durchströmungsrichtung 16 stromabwärts der ersten Filterstufe 14 ausgebildet ist. Bei der ersten Filterstufe 14 handelt es sich um eine konventionelle, als bekannt angenommene Filterstufe, die einen Kuchenfilter, einen Querstromfilter und/oder einen Tiefenfilter umfasst. Die zweite Filterstufe 15 umfasst mindestens einen Magneten, der in den 3 und 4 nicht gezeigt ist, um einen besseren Einblick in den Aufbau der zweiten Filterstufe 15 zu gewähren. Diese weist Montageelemente 17 und Führungen 18 auf.
Die Funktion der Montageelemente 17 wird anhand der 5 bis 7 näher erläutert. 5 zeigt die Montage eines Magneten 19 in eine Filtereinheit 4. Hierbei wird der hier als blockförmiger Permanentmagnet ausgebildete Magnet 19 in einer ersten Richtung 20 in die zweite Filterstufe 15 eingeführt. Hierbei weisen die Montageelemente 17 Montagehilfen 21 auf, die als entsprechend abgeschrägte Flächen ausgebildet sind, die beim Montagevorgang den Magneten 19 führen und zentrieren. Nach einer entsprechenden Verformung der Montageelemente 17 kann der Magnet 19 in den entsprechenden Aufnahmeraum 22 eingebracht werden, in dem der Magnet 19 im montierten Zustand durch Führungen 23 gehalten wird.
Weiterhin weisen die Montageelemente 17 jeweils ein Sperrelement 24 auf, welches in einer zweiten Richtung 25, die entgegengesetzt zur ersten Richtung 20 ist, den Magneten 20 im Aufnahmeraum 22 fixiert. So ist der Manget 20 durch die Führungen 23, die Sperrelemente 24 und einen Anschlag 26 im Aufnahmeraum 22 gehalten. Spalte 27 zwischen Führung 23 und Magnet 19 sind dabei möglich, aber nicht schädlich, da die Sperrelemente 24 ein herausrutschen des Magneten 19 wirksam verhindern..
Durch Strömungswege 30 kann die Hydraulikflüssigkeit nach Durchströmen der ersten Filterstufe 14 am Magneten 19 vorbeiströmen, so dass magnetisierbare Partikel, insbesondere ferromagnetische Partikel, in der Hydraulikflüssigkeit sich am Magneten 19 anlagern.
8 zeigt die Strömung der Hydraulikflüssigkeit 28 durch die erste Filterstufe 14. Diese erste Filterstufe 14 weist dabei mehrere Strömungswege 29 für die Hydraulikflüssigkeit 28 auf (siehe 9 und 10). Nach Eintreten in die zweite Filterstufe 15 umströmt das Hydraulikfluid 28 durch die Strömungswege 30 den Magneten 19 (siehe 11). Dieser ist dabei so gestaltet, dass seine Wirkzone (wie oben definiert) den Querschnitt der gesamten Strömungswege 30 umfasst. Nach der Filtration in der ersten Filterstufe 14 erfolgt durch den Magneten 19 eine Anlagerung von magnetisierbaren Partikeln an dem Magneten 19, so dass die Hydraulikflüssigkeit 28 nach Verlassen der zweiten Filterstufe 15 auch von kleinen magnetisierbaren Partikeln gereinigt ist.
Bezugszeichenliste

1: hydraulisches System
2: Geberzylinder
3: Nehmerzylinder
4: Filtereinheit
5: erstes Leitungselement
6: zweites Leitungselement
7: Hydraulikleitung
8: Kupplung
9: Betätigungsglied
10: mechanische Übertragung
11: Getriebeeingangswelle
12: Antriebseinheit
13: Kraftfahrzeug
14: erste Filterstufe
15: zweite Filterstufe
16: Durchströmungsrichtung
17: Montageelement
18: Führung
19: Magnet
20: erste Richtung
21: Montagehilfe
22: Aufnahmeraum
23: Führung
24: Sperrelement
25: Zweite Richtung
26: Anschlag
27: Spalt
28: Hydraulikflüssigkeit
29: Strömungsweg
30: Strömungsweg

Claims

Filtereinheit (4) für ein hydraulisches System (1), insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem, zum Filtrieren von Feststoffkomponenten aus einem Hydraulikfluid (28), umfassend eine erste Filterstufe (14), diese umfassend mindestens eines der folgenden Filterelemente: einen Kuchenfilter, einen Querstromfilter und einen Tiefenfilter, und eine zweite Filterstufe, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filterstufe (15) in Durchströmungsrichtung (26) stromabwärts der ersten Filterstufe (14) ausgebildet ist und mindestens einen Magneten (19) zur Abscheidung magnetisierbarer Feststoffkomponenten umfasst.
Filtereinheit (4) nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine Magnet (19) eine Wirkzone aufweist und die zweite Filterstufe (15) mindestens einen Strömungsweg (30) umfasst, der durch diese Wirkzone geführt wird.
Filtereinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Magnet (19) durch eine von einem Magnetfeld durchdringbare Wand von mindestens einem Strömungsweg (30) in der zweiten Filterstufe (15) getrennt ist.
Filtereinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Magnet (19) als Permanentmagnet ausgebildet ist.
Filtereinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Filtereinheit (4) so gestaltet ist, dass sie in eine Hydraulikleitung (7) einsetzbar ist.
Filtereinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Montageelement (17) ausgebildet ist, welches in einer ersten Richtung (20) als Montagehilfe (21) und in einer zweiten (25), der ersten Richtung (20) entgegengesetzten Richtung, als Sperrelement (24) dient, welches eine Position des mindestens einen Magneten (19) fixiert.
Hydraulisches System (1), insbesondere hydraulisches Kupplungssystem, umfassend mindestens eine Filtereinheit (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Hydraulisches System (1) nach Anspruch 7, weiterhin umfassend einen Geberzylinder (2) und einen Nehmerzylinder (3), die durch eine Hydraulikleitung miteinander (7) verbunden sind.
Hydraulisches System (1) nach Anspruch 8, bei dem die Filtereinheit (4) in der Hydraulikleitung (7) ausgebildet ist.