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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere zur Flüssigkeitsfiltration, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und auf eine Filtereinrichtung.
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Stand der Technik
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Aus
EP 2 207 610 B1 und
DE 10 2008 050 448 A1 sind Filterelemente mit einer Rücklaufspreemembran bekannt. Aus der
US 5 362 390 A ist ein Ölfilter mit einem hohlzylindrischen Filterelement bekannt, das in einem Filtergehäuse aufgenommen ist und radial von außen nach innen von dem Öl durchströmt wird. Auf das Filtergehäuse ist ein Deckel aufgesetzt, in den Strömungsöffnungen für die Zufuhr ungereinigten Öls eingebracht sind. Auf die Stirnseite des Filterelementes ist eine ringförmige Sperrmembran aufgesetzt, die einen Membranstutzen sowie eine sich radial nach außen erstreckende, umlaufende Membranlippe aufweist, deren außen liegende Stirnseite an dem Deckel anliegt. Das eintretende, ungereinigte Öl drückt die Membranlippe auf, so dass der Strömungsweg zur Rohseite des Filterelementes, welche von der äußeren Mantelfläche gebildet wird, freigegeben ist. Der Membranstutzen der Sperrmembran sitzt auf einem domförmigen Ringabsatz auf, welcher an einer Endscheibe des Filterelementes angeordnet ist und an der axialen Stirnseite übersteht. Ein nach innen gerichteter Kragen am Membranstutzen liegt an der Stirnseite des Ringabsatzes an und wird von dem aufliegenden Deckel axial gegen den Ringabsatz gedrückt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement in der Weise auszubilden, dass die Roh- von der Reinseite wirkungsvoll separiert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Filterelement wird vorzugsweise zur Flüssigkeitsfiltration eingesetzt, beispielsweise in einem Ölfilter in einer Brennkraftmaschine. Es kommt aber auch ein Einsatz in Gasfiltern in Betracht.
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Das Filterelement weist einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper auf, der in Radialrichtung von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, insbesondere radial von außen nach innen, so dass die radial außen liegende Mantelfläche die Rohseite und der zylindrische Innenraum die Reinseite bildet, aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird. An mindestens einer Stirnseite, vorzugsweise an beiden Stirnseiten, ist der Filtermediumkörper von einer Endscheibe abgedeckt. An einer Endscheibe ist ein Ringabsatz angeordnet, der entweder einteilig mit der Endscheibe ausgebildet ist oder separat von der Endscheibe, jedoch mit dieser verbunden ist. Der Ringabsatz bildet beispielsweise einen axial über die Stirnseite des Filtermediumkörpers überstehenden Dom und grenzt insbesondere unmittelbar an den Innenraum bzw. die mit dem Innenraum korrespondierende Öffnung in der Endscheibe an.
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Auf den Ringabsatz am Filterelement ist eine Sperrmembran aufgesetzt, die als separates Bauteil ausgebildet ist und nach Art eines Dichtungselementes aus einem verhältnismäßig weichen, elastisch nachgiebigen Material, bevorzugt einem Elastomer, besteht. Die Sperrmembran hat die Funktion, im eingebauten Zustand des Filterelementes die Roh- von der Reinseite zu separieren.
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Die Sperrmembran umfasst einen Membranstutzen, der zylindrisch ausgebildet ist und den Ringabsatz an der Stirnseite des Filtermediumkörpers umgreift, sowie eine Membranlippe, die sich von dem Membranstutzen radial nach außen erstreckt und ringförmig am Membranstutzen umläuft. Die Membranlippe liegt im eingebauten Zustand an der Innenseite eines auf das Filtergehäuse aufgesetzten Deckels an und wird von dem Druck des einströmenden Fluids aufgedrückt, wodurch der Strömungsweg zur Rohseite des Filterelementes freigegeben wird. Umgekehrt schließt die Membranlippe die Einströmöffnung, wenn der Druck auf der gegenüberliegenden Seite der Membranlippe ansteigt, beispielsweise bei einer auf dem Kopf stehenden Position der Filtereinrichtung, wodurch ein unerwünschtes Austreten von Fluid aus der Filtereinrichtung verhindert wird.
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Erfindungsgemäß erstreckt sich der Ringabsatz und/oder der Membranstutzen auf der dem Filtermediumkörper abgewandten Seite axial von dem Filtermediumkörper weg, insbesondere axial über die Membranlippe hinaus.
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Weiter erfindungsgemäß erstrecken sich der Ringabsatz und der Membranstutzen axial über die Membranlippe hinaus und weisen jeweils axiale Stirnflächen auf, die so ausgebildet sind, dass sie im Wesentlichen nebeneinander und parallel zueinander in einer insbesondere senkrecht zur axialen Erstreckung des hohlzylindrischen Filterkörpers angeordneten Ebene liegend eine gemeinsame Anlagefläche, insbesondere zur Anlage an einem Deckel, bilden können. Dabei kann in unmontiertem Zustand der Membranstutzen den Ringabsatz axial leicht überragen, insbesondere um den Betrag, der zur Erzielung einer Dichtwirkung durch elastische Verpressung des Membranstutzens gegen eine Gegenfläche, insbesondere den Deckel, erforderlich ist. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass die vom Filtermedumkörper abgewandten axiale Stirnseiten des Membranstutzens und des Ringabsatzes insbesondere bündig, insbesondere ohne gegenseitige Überdeckung in axialer Richtung, nebeneinander an dem Deckel anliegen. Die Anlage der axialen Stirnseite des Membranstutzens am Deckel erfolgt dabei bevorzugt dichtend.
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Der Membranstutzen ist zylindrisch ausgebildet und weist bevorzugt auf seiner Innenseite mindestens einen radial nach innen überstehenden Kontaktnoppen auf, der an der äußeren Mantelfläche des Ringabsatzes, auf den der Membranstutzen aufgesetzt ist, anliegt. Der Kontaktnoppen übt eine Radialkraft auf den Ringabsatz aus, die aufgrund der verhältnismäßig kleinen Kontaktfläche zwischen Kontaktnoppen und der Mantelfläche des Ringabsatzes erhöht ist. Dementsprechend ist eine erhöhte radiale Dichtwirkung gegeben und wird ein unerwünschter Strömungsfluss des Fluids entlang der äußeren Mantelfläche des Ringabsatzes verhindert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ringabsatz einstückig und insbesondere materialeinheitlich mit der Endscheibe ausgebildet. Der Ringabsatz ist weiter bevorzugt rohrförmig uns insbesondere geschlossen. Bevorzugt besteht die Endscheibe aus Metall oder Kunststoff.
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Eine axiale Stirnseite des Membranstutzens stützt sich an dem Filterelement bzw. einem mit dem Filterelement verbundenen Bauteil ab. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um die Endscheibe bzw. den Übergang zwischen Ringabsatz und Endscheibe, der gegebenenfalls in Form einer nutförmigen Vertiefung ausgebildet ist und zur Aufnahme der Stirnseite des Membranstutzens dient.
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Im montierten Zustand liegt die axial gegenüberliegende Stirnseite des Membranstutzens an der Deckelinnenseite an und wird von dem Deckel in Achsrichtung mit einer Kraft beaufschlagt. Diese Stirnseite des Membranstutzens befindet sich in axialer Verlängerung der den Kontaktnoppen aufweisenden Innenseite des Membranstutzens. Der Membranstutzen ist zylindrisch ausgeführt, so dass die von dem Deckel in Achsrichtung - bezogen auf die Längsachse des Membranstutzens - auf die Stirnseite ausgeübte Kraft über die Wandung des Membranstutzens in Achsrichtung bis zur gegenüberliegenden Stirnseite weitergeleitet wird. Somit erfolgt sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung eine Dichtwirkung mit entsprechend verbesserter Abdichtung zwischen Roh- und Reinseite des Filterelementes. Kriechströme zwischen der Sperrmembran und der Mantelfläche des Ringabsatzes können zuverlässig vermieden werden. Die radiale Dichtwirkung wird außerdem dadurch verbessert, dass durch das axiale Zusammenpressen des Membranstutzens der Kontaktnoppen zusätzlich mit einer Radialkraft gegen die Mantelfläche des Ringabsatzes gedrückt wird.
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Die dem Deckel zugewandte Stirnseite des Membranstutzens ist, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, mit einer kleineren Erstreckung quer zur Längsachse ausgebildet als die gegenüberliegende axiale Stirnseite, die sich am Filterelement abstützt. Es genügt grundsätzlich, dass die dem Deckel zugewandte Stirnseite des Membranstutzens die gleiche Querschnittsfläche wie ein mittlerer Abschnitt der Wandung des Membranstutzens besitzt und somit keine radiale Verbreiterung aufweist. Die dem Deckel zugewandte Stirnseite wird nicht zwischen Ringabsatz und Deckel eingeklemmt, sondern lediglich von dem Deckel in Achsrichtung kraftbeaufschlagt. Dies verhindert ein versehentliches Abscheren eines Abschnittes der Sperrmembran.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die sich am Filterelement abstützende axiale Stirnseite des Membranstutzens einen größeren Querschnitt auf als die gegenüberliegende axiale Stirnseite. Dementsprechend verteilt sich auf der Filterelementseite die Axialkraft auf eine größere Fläche. Diese axiale Stirnseite kann, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, als stirnseitiger Abschnitt abgerundet ausgebildet sein, insbesondere einen teilkreisförmigen Querschnitt aufweisen, der vorzugsweise an den Querschnitt der nutförmigen Vertiefung im Übergang zwischen Endscheibe und Ringabsatz angepasst ist. Hierdurch erfährt die dem Filterelement zugewandte Stirnseite des Membranstutzens sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung eine Führung und Stützung.
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An dem dem Filterelement zugewandten stirnseitigen Abschnitt ist, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, eine der Membranlippe zugewandte Abstützfläche angeordnet, an der sich die Membranlippe abstützen kann. Die Abstützfläche ist vorzugsweise eben ausgebildet und liegt im unbelasteten Zustand der Sperrmembran axial auf Abstand zu der Membranlippe. Sobald die Membranlippe von dem einströmenden Fluid aufgeschwenkt wird, gelangt die dem Fluid abgewandte Seitenfläche der Membranlippe in Kontakt mit der Abstützfläche an der Stirnseite des Membranstutzens und erfährt hierdurch eine Abstützung. Das Aufschwenken der Membranlippe wird begrenzt, und die Membranlippe kann leichter in ihre Ausgangsposition zurückkehren, in der die freie Stirnseite der Membranlippe an der Deckelunterseite anliegt. Alternativ zu einer eben ausgebildeten Abstützfläche kommt auch eine gekrümmte Abstützfläche in Betracht. Die Abstützfläche befindet sich insbesondere auf der der Stirnseite abgewandten Seite des verbreiterten Abschnitts des Membranstutzens.
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Der Kontaktnoppen an der Innenseite des Membranstutzens läuft vorteilhafterweise ringförmig um. Es sind aber auch Ausführungen möglich, bei denen mehrere einzelne Kontaktnoppen über den Umfang verteilt an der Innenseite des Membranstutzens angeordnet sind bzw. ein umlaufender Kontaktnoppen an einer oder an mehreren Stellen unterbrochen ist. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, zumindest zwei axial beabstandete Kontaktnoppen an der Innenseite des Membranstutzens anzuordnen, die jeweils auf Kontakt mit der Mantelfläche des Ringabsatzes liegen. Hierdurch wird insgesamt eine verbesserte radiale Dichtwirkung erzielt. Die beiden Kontaktnoppen können in gleicher Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen teilkreisförmigen Querschnitt besitzen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befinden sich die Kontaktnoppen in Achsrichtung gesehen zwischen der Verzweigung der Membranlippe am Membranstutzen sowie der dem Deckel zugewandten Stirnseite des Membranstutzens. Die freie Stirnseite der Membranlippe befindet sich, gemäß vorteilhafter Ausführung, im unbelasteten Zustand axial zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten des Membranstutzens, jedoch näher an der dem Deckel zugewandten Stirnseite des Membranstutzens.
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Die Filtereinrichtung, die das Filterelement umfasst, ist vorzugsweise als ein Flüssigkeitsfilter, insbesondere als Wechselfilter des Spin-On-Typs (Aufschraubfilter), beispielsweise als Ölfilter ausgebildet. Die Filtereinrichtung weist ein Filtergehäuse zur Aufnahme des Filterelementes auf sowie einen auf das Filtergehäuse aufsetzbaren Deckel, der im montierten Zustand die Sperrmembran axial mit einer Kraft beaufschlagt.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch eine Filtereinrichtung zur Flüssigkeitsfiltration, mit einem in einem Filtergehäuse aufgenommenen, hohlzylindrischen Filterelement, an dessen Stirnseite eine Sperrmembran angeordnet ist,
- 2 die Sperrmembran im Schnitt in Einzeldarstellung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine als Spin-On-Filter ausgeführte Filtereinrichtung 1 zur Flüssigkeitsfiltration, insbesondere zur Ölfiltration dargestellt. Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein Filterelement 2, das in einem Filtergehäuse 3 aufgenommen ist, welches von einem Deckel 4 verschließbar ist. Bei Spin-On-Filtern wie auch in dieser Ausführungsform ist regelmäßig vorgesehen, dass dass Filtergehäuse 3 nicht öffenbar ist, d. h. der Deckel 4 unlösbar (in der vorliegenden Ausfürhungsform mittels eines Bördels) mit dem Filtergehäuse 3 verbunden ist. Somit bildet der Spin-On-Filter 1 als Ganzes eine auswechselbare Einheit. Diese Bauform wird daher auch Wechselfilter genannt. Jedoch kann ein Filterelement 2 wie vorliegend beschrieben auch in offenbaren Filtergehäusen Verwendung finden. Das Filterelement 2 umfasst einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper 5, der radial von außen nach innen von dem Fluid durchströmt wird und an seiner Stirnseite von einer Endscheibe 6 abgedeckt ist. Auch die gegenüberliegende Stirnseite des Filtermediumkörpers 5 ist vorzugsweise von einer Endscheibe abgedeckt. Aufgrund der radialen Durchströmung des Filterelementes 2 von außen nach innen bildet die außen liegende Mantelfläche des Filtermediumkörpers 5 die Rohseite und der zylindrische Innenraum die Reinseite, aus der das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird.
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In den Deckel 4 sind über den Umfang verteilt mehrere Einströmöffnungen 7 eingebracht, über die das ungereinigte Fluid gemäß Pfeil 8 axial der Filtereinrichtung 1 zugeführt wird. Das Fluid strömt anschließend entlang der oberen Endscheibe 6 radial nach außen und gemäß Pfeil 9 axial in den außen liegenden Ringraum zwischen der Innenwand des Filtergehäuses 3 und der äußeren Mantelfläche des hohlzylindrischen Filtermediumkörpers 5, von wo aus das Medium den Filtermediumkörper 5 radial von außen nach innen passiert.
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Zur Separierung der Roh- von der Reinseite ist das Filterelement 2 mit einer Sperrmembran 10 versehen, die auf einen Ringabsatz 11 aufgesetzt ist, welcher einteilig mit der oberen Endscheibe 6 ausgebildet und als axial überstehender Dom im Bereich der Öffnung in der Endscheibe 6 angeordnet ist, welche mit dem den Reinraum bildenden Innenraum im Filtermediumkörper 5 kommuniziert. Der Ringabsatz 11 ist hohlzylindrisch ausgebildet und über eine nutförmige Vertiefung 12, die sich axial in den Reinraum hineinerstreckt, mit der Endscheibe 6 verbunden. In die nutförmige Vertiefung 12, die einen teilkreisförmigen Querschnitt besitzt, ragt ein stirnseitiger Abschnitt 16 der Sperrmembran 10 ein.
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Wie 1 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, umfasst die Sperrmembran 10 einen zylindrischen Membranstutzen 14 sowie eine umlaufende, vom Membranstutzen 14 sich radial nach außen erstreckende Membranlippe 15. Der zylindrische Membranstutzen 14 sitzt auf dem Ringabsatz 11 auf, so dass die Innenseite 14a des Membranstutzens 14 am Außenmantel des Ringabsatzes 11 anliegt. Die untere Stirnseite 17 des Membranstutzens 14 befindet sich an einem stirnseitigen Abschnitt 16, der in Radialrichtung - quer zur Längsachse des Membranstutzens 14 - eine größere Erstreckung aufweist als die übrigen Wandabschnitte des Membranstutzens. Im montierten Zustand liegt der stirnseitige Abschnitt 16, welche eine teilkreisförmige Querschnittskontur aufweist, in der nutförmigen Vertiefung 12 an.
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An der Innenseite 14a des Membranstutzens 14 befinden sich zwei ringförmig umlaufende Kontaktnoppen 19 und 20, die jeweils einen teilkreisförmigen Querschnitt aufweisen und im unbelasteten Zustand radial nach innen über die Innenseite 14a hinausragen. Im montierten Zustand liegt die Innenseite 14a des Membranstutzens 14 flächig am Außenmantel des zylindrischen Ringabsatzes 11 an, wobei im Bereich der Kontaktnoppen 19 und 20 eine erhöhte Radialkraft zwischen dem Membranstutzen 14 und dem Ringabsatz 11 wirksam ist, was zu einer besseren Abdichtung zwischen Ringabsatz und Membranstutzen führt.
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Die dem Filterelement 2 abgewandte Stirnseite 18 des Membranstutzens 14 wird von der Deckelinnenseite des Deckels 4 mit einer Axialkraft beaufschlagt und in Richtung auf das Filterelement 2 gepresst. Die Axialkraft drückt den unten liegenden, stirnseitigen Abschnitt 16 in die nutförmige Vertiefung 12 und bewirkt ebenfalls eine verbesserte Abdichtung zwischen Sperrmembran und Ringabsatz.
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Die Membranlippe 15 ist einteilig mit dem Membranstutzen 14 ausgebildet und verzweigt axial zwischen dem erweiterten stirnseitigen Abschnitt 16 und dem axial unten liegenden Kontaktnoppen 20 von dem Membranstutzen. Im unbelasteten Zustand ( 2) befindet sich die freie Stirnseite 21 der Membranlippe 15, die einen gebogenen Querschnitt aufweist und sich in Richtung der oben liegenden Stirnseite 18 am Membranstutzen 14 erstreckt, axial auf Abstand zur Stirnseite 18.
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An dem radial erweiterten, stirnseitigen Abschnitt 16 an dem Membranstutzen 14 ist eine Abstützfläche 22 gebildet, die der Membranlippe 15 zugewandt ist. Im unbelasteten Zustand klafft eine Lücke zwischen der Abstützfläche 22, welche geradflächig ausgeführt ist, und der benachbarten Membranlippe 15. Sobald die Membranlippe 15 durch den Druck des einströmenden Mediums nach unten gebogen wird, um den Strömungsweg gemäß den Pfeilen 8 und 9 freizugeben, gelangt die Seitenfläche der Membranlippe 15 in Anlage mit der Abstützfläche 22 am stirnseitigen Abschnitt 16, wodurch die weitere Aufschwenkbewegung der Membranlippe 15 eingeschränkt wird.
