DE102017001540B4 - Filter device, filter device housing and their use - Google Patents
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Abstract
Filtervorrichtung mit einem Filterelement (3) und einer Bypasseinrichtung (5), die einen federbelasteten Ventilkörper (43) aufweist, der ab einem vorgebbaren Bypassöffnungsdruck öffnet und eine fluidführende Verbindung zwischen einer Unfiltrat- (15) und einer Filtratseite (26) des Filterelements (3) unter zumindest teilweiser Umgehung des Filtermaterials (21) dieses Filterelements (3) schafft, wobei eine Steuereinrichtung (79) vorhanden ist, mittels deren der Bypassöffnungsdruck temperaturgesteuert veränderbar ist, wobei die Steuereinrichtung (79) den Bypassöffnungsdruck ab Erreichen eines vorgebbaren Temperaturschwellenwertes von einem hohen Druckwert auf einen niederen Druckwert absenkt, wobei die Steuereinrichtung ein Bimetallelement (79) aufweist, das temperaturgesteuert ab dem vorgebbaren Temperaturschwellenwert eine fluidführende Verbindung zwischen der Unfiltratseite (15) und einer in der Bypasseinrichtung (5) aufgenommenen Steuerkammer (35) herstellt, die unterhalb dieses Temperaturschwellenwerts an die Filtratseite (26) des Filterelements (3) angeschlossen ist, und wobei in einem geschlossenen Zustand des Ventilkörpers (43), bei dem dieser an Gehäuseteilen (29, 65) der Bypasseinrichtung (5) anliegt, die Steuerkammer (35) von diesen Gehäuseteilen (29, 65) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerkammer (35) jeweils ein Unfiltrat-(75) und ein Filtratanschluss (71) münden, die abhängig von der Fluidtemperatur wechselweise von dem Bimetallelement (79) verschließbar sind.Filter device with a filter element (3) and a bypass device (5) which has a spring-loaded valve body (43) which opens from a predeterminable bypass opening pressure and a fluid-carrying connection between an unfiltrate (15) and a filtrate side (26) of the filter element (3 ) creates this filter element (3) by at least partially bypassing the filter material (21), a control device (79) being provided by means of which the bypass opening pressure can be changed in a temperature-controlled manner, the control device (79) increasing the bypass opening pressure from a high one upon reaching a predeterminable temperature threshold Pressure value drops to a lower pressure value, the control device having a bimetal element (79) which, under temperature control, produces a fluid-carrying connection between the unfiltrate side (15) and a control chamber (35) accommodated in the bypass device (5) and below this Tempe raturschwellenwerts is connected to the filtrate side (26) of the filter element (3), and wherein in a closed state of the valve body (43), in which this rests against housing parts (29, 65) of the bypass device (5), the control chamber (35) of these housing parts (29, 65) is limited, characterized in that an unfiltrate (75) and a filtrate connection (71) open into the control chamber (35), which can be closed alternately by the bimetal element (79) depending on the fluid temperature.
Description
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a filter device with the features in the preamble of claim 1.
Filtervorrichtungen, namentlich wenn sie für mobile Anwendungen zum Einsatz kommen, wie bei Kraftfahrzeugen oder mobilen Arbeitsgerätschaften, beispielsweise zur Filtration von Getriebeölen oder Hydraulikölen, kommt es zu Betriebsphasen, die unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen ablaufen. Die sich hierbei ergebenden Viskositätsänderungen zwischen niedrigen Kaltstarttemperaturen und wesentlich höheren Betriebstemperaturen führen unabhängig vom Betriebszustand des Filtermaterials des Filterelements, also ob funktionsfähig oder verblockt, zu unterschiedlichen Differenzdrücken, so dass das Ansprechen der Bypasseinrichtung in unerwünschtem Maße von der Viskosität beeinflusst ist. Im Hinblick auf diese Problematik ist im Dokument
Die
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung zur Verfügung zu stellen, deren Bypasseinrichtung sich durch ein besonders vorteilhaftes Betriebsverhalten auszeichnet.On the basis of this prior art, the object of the invention is to provide a filter device whose bypass device is characterized by a particularly advantageous operating behavior.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist. According to the invention, this object is achieved by a filter device which has the features of claim 1 in its entirety.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 zeichnet sich die erfindungsgemäße Filtervorrichtung dadurch aus, dass in die Steuerkammer jeweils ein Unfiltrat- und ein Filtratanschluss münden, die abhängig von der Fluidtemperatur wechselweise von dem Bimetallelement verschließbar sind.According to the characterizing part of claim 1, the filter device according to the invention is characterized in that an unfiltrate and a filtrate connection open into the control chamber, which can be closed alternately by the bimetal element depending on the fluid temperature.
Dadurch ist der Ventilkörper je nach Steuerposition des Bimetallelements mit unterschiedlicher, gegen die Schließkraft der Feder wirkender, vom Fluiddruck generierter Öffnungskraft belastet.As a result, depending on the control position of the bimetal element, the valve body is loaded with different opening forces that act against the closing force of the spring and are generated by the fluid pressure.
Ferner besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Steuereinrichtung den Bypassöffnungsdruck ab Erreichen eines vorgebbaren Temperaturschwellenwertes von einem hohen Druckwert auf einen niederen Druckwert absenkt. Dieses gegenüber der genannten, bekannten Lösung konträre Steuerverhalten der Steuereinrichtung ermöglicht ein besonders vorteilhaftes Betriebsverhalten der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung. Bei der Vorgabe des Temperaturschwellenwertes auf die Übergangstemperatur zwischen Kaltbetrieb mit hoher Fluidviskosität und dem Bereich, in dem sich die Viskosität des warmen Fluids im Normalbereich befindet, und bei Auslegung der Bypasseinrichtung auf den üblichen Öffnungsdruck von beispielsweise drei Bar, arbeitet die Bypasseinrichtung im gesamten Bereich der Betriebstemperatur optimal, wobei ein Öffnen des Bypasses in gewünschter Weise lediglich in Abhängigkeit von einer Fehlfunktion (Verblocken) des Filtermaterials erfolgt. Da die Steuereinrichtung bei der Erfindung bei Temperaturen unterhalb des Schwellenwertes für die Öffnung des Bypasses einen hohen Druckwert vorschreibt, ist gleichzeitig der Nachteil der bekannten Lösung vermieden, dass die bei Kaltstartbetrieb hohe Viskosität den Bypass unbeachtet des Funktionszustandes des Filterelements öffnet. Durch den bei der Erfindung vorgesehenen hohen Druckwert bei hoher Viskosität bleibt auch bei Kaltstartbedingungen der Bypass bei funktionsfähigem, also durchlässigem Filterelement geschlossen, solange nicht eine Verblockung des Filtermaterials vorliegt und dadurch der Bypass trotz des angehobenen Öffnungsdruckwertes öffnet. Bei der Erfindung ist daher auch im Bereich des Kaltbetriebes die Bypassfunktion vom Zustand des Filterelements abhängig und dadurch ein sicherer Betrieb der Filtervorrichtung unter allen Betriebsbedingungen, d.h. ohne die Gefahr der Kontamination des Systems bei Kaltstartbedingungen, gewährleistet.Furthermore, an essential feature of the invention is that the control device lowers the bypass opening pressure from a high pressure value to a low pressure value when a predefinable temperature threshold value is reached. This control behavior of the control device, which is contrary to the known solution mentioned, enables a particularly advantageous operating behavior of the filter device according to the invention. When specifying the temperature threshold value for the transition temperature between cold operation with high fluid viscosity and the range in which the viscosity of the warm fluid is in the normal range, and when the bypass device is designed for the usual opening pressure of, for example, three bar, the bypass device works in the entire range of Optimum operating temperature, with the bypass being opened in the desired manner only as a function of a malfunction (blocking) of the filter material. Since the control device in the invention prescribes a high pressure value at temperatures below the threshold value for opening the bypass, the disadvantage of the known solution that the high viscosity during cold start operation opens the bypass regardless of the functional state of the filter element is avoided. Due to the high pressure value provided in the invention at high viscosity, it also remains Cold start conditions, the bypass is closed when the filter element is functional, i.e. permeable, as long as there is no blockage of the filter material and the bypass opens despite the increased opening pressure value. In the invention, therefore, the bypass function is also dependent on the state of the filter element in the area of cold operation, thus ensuring safe operation of the filter device under all operating conditions, ie without the risk of contamination of the system under cold start conditions.
Die Steuereinrichtung weist ein Bimetallelement auf, das temperaturgesteuert ab dem vorgebbaren Temperaturschwellenwert eine fluidführende Verbindung zwischen der Unfiltratseite und einer in der Bypasseinrichtung aufgenommenen Steuerkammer herstellt, die unterhalb dieses Temperaturschwellenwertes an die Filtratseite des Filterelements angeschlossen ist. In vorteilhafter Weise erfolgt daher die Änderung des Bypassöffnungsdruckes durch einen vom Fluiddruck gesteuerten Schaltvorgang bei eindeutig vorgegebener Umschalttemperatur.The control device has a bimetallic element which, under temperature control, produces a fluid-carrying connection between the unfiltrate side and a control chamber accommodated in the bypass device, which is connected to the filtrate side of the filter element below this temperature threshold. The change in the bypass opening pressure therefore advantageously takes place by means of a switching process controlled by the fluid pressure at a clearly specified switching temperature.
Mit Vorteil kann die Anordnung derart getroffen sein, dass der Temperaturschwellenwert 20 °C beträgt und/oder dass die Steuereinrichtung den Bypassöffnungsdruck von dem hohen Wert von 5 bar (fünf Bar) auf den niederen Druckwert von 3 bar (drei Bar) absenkt.The arrangement can advantageously be made such that the temperature threshold is 20 ° C. and / or that the control device lowers the bypass opening pressure from the high value of 5 bar (five bar) to the low pressure value of 3 bar (three bar).
Das Bimetallelement kann mit Vorteil in der Art einer ein Schnappelement bildenden, tellerartigen runden Steuerscheibe ausgebildet sein, die, randseitig in der Steuerkammer mittels einer Festlegeeinrichtung festgelegt, in ihrer die Filtratseite absperrenden Stellung einen Fluidweg von der Unfiltratseite in einen Teilraum der Steuerkammer freigibt, in den ansonsten der Filtratanschluss mündet. Eine solche Bimetallscheibe kann derart ausgebildet sein, dass sie sich temperaturabhängig nach der einen oder der anderen Seite sprunghaft wölbt und je nach Wölbung eine Sperrstellung oder Freigabestellung einnimmt.The bimetallic element can advantageously be designed in the form of a plate-like round control disk which forms a snap-in element and which, fixed at the edge in the control chamber by means of a fixing device, in its position blocking the filtrate side, releases a fluid path from the unfiltrate side into a subspace of the control chamber in which otherwise the filtrate connection opens. Such a bimetallic disk can be designed in such a way that, depending on the temperature, it bulges abruptly to one side or the other and, depending on the bulge, assumes a blocking position or a release position.
Die Anordnung kann des Weiteren mit Vorteil so getroffen sein, dass die Steuerkammer einen weiteren, an dem einen Teilraum angrenzenden weiteren Teilraum aufweist, in den der Unfiltratanschluss fluidführend einmündet, sobald dieser von dem Bimetallelement freigegeben ist. Dabei kann die Steuerkammer von einer weiteren Steuerkammer randseitig umfasst sein, die bei geschlossenem, an Gehäuseteilen der Bypasseinrichtung anliegendem Ventilkörper von der einen Steuerkammer separiert ist und die permanent fluidführend an die Unfiltratseite angeschlossen ist.The arrangement can furthermore advantageously be made such that the control chamber has a further subchamber adjoining one subchamber into which the unfiltrate connection opens in a fluid-carrying manner as soon as it is released by the bimetal element. The control chamber can be encompassed on the edge side by a further control chamber which is separated from the one control chamber when the valve body is closed and is adjacent to the housing parts of the bypass device and which is permanently connected to the unfiltrate side in a fluid-conducting manner.
Mit Vorteil kann der Unfiltratanschluss in einer Abdeckung der Steuerkammer aufgenommen sein, die mit den Gehäuseteilen der Bypasseinrichtung fest verbunden ist, wobei der Filtratanschluss durch den Ventilkörper hindurchgeführt ist. Bei dieser Gestaltung ist die Bypasseinrichtung mit geringem Bedarf an Bauraum in die Filtervorrichtung integrierbar.The unfiltrate connection can advantageously be accommodated in a cover of the control chamber which is permanently connected to the housing parts of the bypass device, the filtrate connection being passed through the valve body. With this design, the bypass device can be integrated into the filter device with little space requirement.
Zur Abdichtung gegenüber den Gehäuseteilen der Bypasseinrichtung kann der Ventilkörper eine Dichtkappe tragen und von einer Druckfeder permanent beaufschlagt sein, die sich zwischen einem Aufnahmegehäuse für den Ventilkörper und diesem erstreckt, wobei das Innere des Aufnahmegehäuses über mindestens einen Durchlass permanent fluidführend mit der Filtratseite des Filterelements verbunden ist.To seal against the housing parts of the bypass device, the valve body can carry a sealing cap and be permanently acted upon by a compression spring which extends between a housing for the valve body and the latter, the interior of the housing being permanently connected to the filtrate side of the filter element via at least one passage is.
Dabei kann mit besonderem Vorteil das Aufnahmegehäuse für den Ventilkörper als zusätzliches Gehäuseteil mit den sonstigen Gehäuseteilen der Bypasseinrichtung verbunden sein, die Bestandteil einer Endkappe des Filterelements sind.In this case, the receiving housing for the valve body can be connected with particular advantage as an additional housing part to the other housing parts of the bypass device, which are part of an end cap of the filter element.
Bei dieser Anordnung der Bypasseinrichtung an einer Endkappe kann die Bypasseinrichtung zumindest teilweise in das hohlzylindrische Filterelement hineinragen, das bodenseitig mit einer weiteren Endkappe versehen ist, die einen Filtratauslass aufweist. Im Betrieb ist dabei das Filterelement von der Außenseite des Filtermaterials her nach innen durchströmt. With this arrangement of the bypass device on an end cap, the bypass device can project at least partially into the hollow cylindrical filter element, which is provided on the bottom with a further end cap which has a filtrate outlet. During operation, the flow through the filter element is from the outside of the filter material inwards.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Filtervorrichtungsgehäuse zur Aufnahme einer Filtervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei das Filtervorrichtungsgehäuse die Merkmale des Patentanspruches 11 aufweist.The invention also relates to a filter device housing for receiving a filter device according to one of claims 1 to 10, the filter device housing having the features of
Gemäß dem Patentanspruch 12 ist Gegenstand der Erfindung ferner auch die Verwendung einer Filtervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 sowie eines Filtervorrichtungsgehäuses nach Anspruch 11.According to claim 12, the subject matter of the invention is also the use of a filter device according to one of claims 1 to 10 and a filter device housing according to
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 einen zentralen Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung; -
2 einen gegenüber1 vergrößert gezeichneten Teillängsschnitt lediglich des der Bypasseinrichtung benachbarten Bereichs des Filterelements der Filtervorrichtung, wobei der Betriebszustand der Bypasseinrichtung bei einer Temperatur unterhalb eines Temperaturschwellenwertes gezeigt ist; -
3a ,3b die Projektion von oberer bzw. unterer Druckfläche des Ventilkörpers der Bypasseinrichtung, wobei die Druckverteilung beim Betriebszustand unterhalb des Temperaturschwellenwertes angegeben ist; -
4 einen der2 entsprechenden Teillängsschnitt, wobei der Betriebszustand der Bypasseinrichtung oberhalb des Temperaturschwellenwertes dargestellt ist; und -
5a ,5b den3a ,3b entsprechende Darstellungen, wobei die Druckverteilung beim Betriebszustand oberhalb des Temperaturschwellenwertes dargestellt ist.
-
1 a central longitudinal section of an embodiment of the filter device according to the invention; -
2 one opposite1 enlarged partial longitudinal section only of the region of the filter element of the filter device adjacent to the bypass device, the operating state of the bypass device being shown at a temperature below a temperature threshold value; -
3a ,3b the projection of the upper or lower pressure surface of the valve body of the bypass device, the pressure distribution is specified for the operating state below the temperature threshold value; -
4th one of the2 corresponding partial longitudinal section, the operating state of the bypass device being shown above the temperature threshold value; and -
5a ,5b the3a ,3b corresponding representations, the pressure distribution being shown in the operating state above the temperature threshold value.
Die
Die Bypasseinrichtung
Vom Zentralbereich des Bodens
Auf der Oberseite des Kopfteiles
Das Bimetallelement hat die Form einer membranartigen, dünnen, kreisrunden Scheibe
Bei Betrieb sowohl unter dem Temperaturschwellenwert, dieser Betriebszustand ist in
Bei geschlossener Ventilöffnung am Ende
Bei Betrieb oberhalb der Schwellenwerttemperatur, dieser Zustand ist in
Für die Kräfte, die am Ventilkörper
- p1 =
- Druck auf der Filtratseite 26;
- p2 =
- Druck auf der Unfiltratseite 15;
- A1 =
- druckwirksame Fläche des Ventilkörpers 43 auf der Filtratseite 26;
- A2 =
- druckwirksame Fläche des Ventilkörpers 43 auf der Unfiltratseite 15 innerhalb der zweiten Steuerkammer 37;
- A3 =
- druckwirksame Fläche des Ventilkörpers 43 auf der Unfiltratseite 15 und innerhalb der ersten Steuerkammer 35;
- Fc =
- Kraft der auf
den Ventilkörper 43einwirkenden Druckfeder 50.
- p 1 =
- Pressure on the
filtrate side 26; - p 2 =
- Pressure on the
unfiltrate side 15; - A1 =
- pressure-effective surface of the
valve body 43 on thefiltrate side 26; - A2 =
- pressure-effective surface of the
valve body 43 on theunfiltrate side 15 within thesecond control chamber 37; - A3 =
- pressure-effective surface of the
valve body 43 on theunfiltrate side 15 and within thefirst control chamber 35; - F c =
- Force of the
compression spring 50 acting on thevalve body 43.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |