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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit einem Ventilkörper, der mittels einer Federeinrichtung gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Ringfilterelement sowie eine Filtereinrichtung mit einer solchen Ventileinrichtung.
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Bei Filtereinrichtungen für Brennkraftmaschinen, insbesondere Öl- oder Kraftstofffiltern, kommt es bei niedrigen Temperaturen aufgrund einer Zunahme der Zähigkeit der zu filternden Flüssigkeit zu einem nicht unerheblichen Druckanstieg. Um dabei ein Filterelement nicht zu beschädigen, wird üblicherweise ein druckabhängig ansteuerbares Bypassventil vorgesehen, welches ab einem vordefinierten Grenzdruck öffnet und dadurch einen Bypass zum Filterelement freigibt.
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Aus der
DE 10 2008 064 704 B4 ist eine gattungsgemäße Ventileinrichtung bekannt, welche zur temperaturabhängigen Durchflussregelung von insbesondere Motoröl ausgebildet ist.
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Aus der
DE 196 05 425 C2 ist ein Flüssigkeitsfilter mit einem Filterumgehungsventil und einer filterelementseitigen Dichtfläche bekannt, wobei filterfest ein Gehäuse vorgesehen ist sowie ein an dem Gehäuse befestigter Stützdom. Das Filterumgehungsventil weist einen im Stützdom befestigten Ventilkörper auf, der gegen die Wirkung einer Feder in eine Offenstellung beweglich ist. Das im Gehäuse angeordnete Filterelement weist die eigentliche Filterfläche sowie zwei Endscheiben auf, wobei eine Endscheibe des Filterelements die dem Ventilkörper zugeordnete Dichtfläche bildet.
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Aus der
US 2015/0090669 A1 ist ein Flüssigkeitsfilter mit einem ein Dehnstoffelement aufweisenden Bypassventil bekannt, wobei unterhalb einer vordefinierten Temperatur das Bypassventil über das Dehnstoffelement offengehalten und bei höheren Temperaturen nur über den Druck angesteuert wird.
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Aus der
US 4,227,646 ist eine weitere Ventileinrichtung bekannt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Ventileinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, durch die insbesondere ein Druckverlust in kalten Zuständen deutlich minimiert werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Ventileinrichtung mit einem druckabhängig öffnenden Ventilkörper zusätzlich um eine thermoaktivierbare Komponente zu erweitern, die bei geringer Temperatur ein leichteres Öffnen des Ventilkörpers ermöglicht, als bei hohen Temperaturen. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung besitzt dabei den zuvor erwähnten Ventilkörper, der mittels einer Federeinrichtung gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist. Erfindungsgemäß ist nun entweder stromauf der Ventileinrichtung ein thermoaktivierbares Element vorgesehen, welches eine Anströmung des Ventilkörpers temperaturabhängig steuert oder die Federeinrichtung weist ein thermoaktivierbares Material auf, welches derart ausgebildet ist, dass es die Federkraft der Federeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur steuert, d.h. insbesondere bei geringen Temperaturen reduziert.
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Gemäß der ersten Alternative ist es somit denkbar, dass stromauf der Ventileinrichtung, beispielsweise in einem entsprechenden Kanal, der zur Ventileinrichtung gehört, das zuvor erwähnte thermoaktivierbare Element angeordnet ist und dort eine Durchlassöffnung temperaturabhängig öffnet oder schließt. Bei höheren Temperaturen kann dabei das thermoaktivierbare Element, welches beispielsweise als Bimetallelement, ausgebildet ist, die Öffnung, beispielsweise eine Drosselöffnung, schließen und dadurch eine Drosselung des Volumenstroms zum Ventilkörper bei hohen Temperaturen bewirken, während das thermoaktivierbare Element diese Öffnung bei kalten Temperaturen freigibt. Ein Öffnungsdruck ist somit bei niedrigen Temperaturen geringer als bei hohen Temperaturen. Bei der zweiten alternativen Ausführungsform kann durch das thermoaktivierbare Material die Federsteifigkeit und damit auch die Federkraft der Federeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur gesteuert werden, so dass die Federkraft beispielsweise bei geringen Temperaturen lediglich eine geringe Anpresskraft des Ventilkörpers an den Ventilsitz und damit eine geringe Schließkraft und bei höheren Temperaturen eine höhere Schließkraft aufweist. Unabhängig von der gewählten Ausführungsform ist es mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung erstmals möglich, durch die temperaturabhängige Ansteuerung derselben einen Druckverlust gerade in kalten Zuständen deutlich zu minimieren, insbesondere bei einem Einsatz in einer Filtereinrichtung in einem Kraftfahrzeug, und dadurch einen geringeren Kraftstoffverbrauch und einen geringeren CO2-Ausstoß zu bewirken.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist das thermoaktivierbare Element als Bimetallelement ausgebildet. Ein Bimetallelement ist beispielsweise ein vergleichsweise einfach aufgebauter und aus zwei Schichten unterschiedlicher Metalle bestehender Metallstreifen, die stoffschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Aufgrund der unterschiedlichen temperaturbedingten Längenänderungen der beiden Metalle tritt bei einer Temperaturänderung eine Verbiegung bzw. eine Rückbiegung ein. Ursache ist hierfür der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient der beiden Metalle. Diese können beispielsweise Zink und Stahl sein oder auch Stahl in Kombination mit der Legierung Messing. Derartige Bimetallelemente lassen sich nicht nur kostengünstig herstellen, sondern auch unabhängig bei einer externen Steuerung allein aufgrund der Temperatur verstellen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung entsprechend der ersten Alternative ist stromauf der Ventileinrichtung eine Drosselöffnung vorgesehen, die mittels des thermoaktivierbaren Elements temperaturabhängig öffenbar bzw. schließbar ist. Bei vergleichsweise geringen Temperaturen, beispielsweise bei kleiner als 50 °C, insbesondere bei kleiner als 20 °C und ganz bevorzugt kleiner als 10 °C, insbesondere in Abhängigkeit der Ölviskosität, wird die Drosselöffnung geöffnet, während sie bei höheren Temperaturen bzw. oberhalb einer Grenztemperatur, geschlossen wird. Hierdurch entsteht insbesondere bei höheren Temperaturen eine Drosselung des Volumenstroms zum Ventilkörper, während dieser bei geringeren Temperaturen aufgrund der geöffneten Drosselöffnung schneller strömen und damit den Ventilkörper mittels geringerem Öffnungsdruck öffnen kann. Eine derartige temperaturabhängige Steuerung des Drucks zum Öffnen der Ventileinrichtung stellt dabei eine nicht nur konstruktiv einfache, sondern auch kostengünstige Möglichkeit dar, die zudem vollkommen autonom funktioniert und dadurch ebenfalls keiner externen, aufwendigen und teuren Steuerung bedarf.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung entsprechend der zweiten Alternative, besteht die Federeinrichtung zumindest teilweise aus einem thermoaktivierbaren Material bzw. eine thermoaktivierbaren Legierung. Diese thermoaktivierbare Legierung bzw. das thermoaktivierbare Material bewirkt, dass die Federkraft bei niedrigeren Temperaturen geringer ist als bei höheren Temperaturen und dadurch bei geringeren Temperaturen eine geringere Schließkraft auf den Ventilkörper ausübt. In diesem Fall könnte somit die temperaturabhängige Steuerung der Ventileinrichtung ohne zusätzliche Bauteile erreicht werden, wodurch sich keinerlei Mehraufwand bei der Montage der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ergibt.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Ringfilterelement mit einer oberen und einer unteren Endscheibe und einem dazwischen angeordneten Filtermaterial, beispielsweise einem Faltenstern, anzugeben, wobei im Bereich einer der Endscheiben eine Ventileinrichtung nach einem der vorherigen Absätze als Bypassventil angeordnet ist. Die Ventileinrichtung ist in diesem Fall somit als Bypassventil ausgebildet und bildet einen Bestandteil des Ringfilterelements, so dass sie mit diesem bei einer Wartung, d.h. beispielsweise bei einem Austausch des Ringfilterelements, einfach mit ausgetauscht werden kann.
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Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Filtereinrichtung mit einem Filtergehäuse und einem darin angeordneten Ringfilterelement eine solche Ventileinrichtung vorzusehen, wobei die Ventileinrichtung am Filtergehäuse, am Ringfilterelement oder an einem Funktionsträger angeordnet sein kann. Alternativ ist sogar vorstellbar, dass Teile der Ventileinrichtung, wie beispielsweise ein Ventilsitz, am Ringfilterelement angeordnet sind, während der Ventilkörper und die Federeinrichtung am Funktionsträger oder am Filtergehäuse der Filtereinrichtung angeordnet werden. Hierdurch könnten die teuren Komponenten der Ventileinrichtung, nämlich die Federeinrichtung und der Ventilkörper auch nach dem Austausch des Ringfilterelements weiter verwendet werden. Diese nicht abschließende Aufzählung lässt bereits eine hohe Flexibilität der Ausführung und Anordnung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung in der Filtereinrichtung erkennen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist diese als Schmierstofffilter, insbesondere als Ölfilter, als Kraftstofffilter oder als Hydraulikfilter ausgebildet. Diese nicht abschließende Aufzählung lässt bereits erkennen, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung in unterschiedlichsten Filtereinrichtungen, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, einsetzbar ist und dort eine temperatur- und druckabhängige Steuerung der Ventileinrichtung auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise ermöglicht.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung gemäß einer ersten alternativen Ausführungsform,
- 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit einer Ventileinrichtung gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform,
- 3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit einer anderen Ventileinrichtung gemäß der zweiten alternativen Ausführungsform.
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Entsprechend den 1 bis 3 weist eine Filtereinrichtung 1, welche beispielsweise als Schmierstofffilter, insbesondere als Ölfilter, als Kraftstofffilter oder als Hydraulikfilter ausgebildet sein kann, ein Filtergehäuse 2 auf, welches sich im gezeigten Fall aus einem Filtergehäusetopf 3 und einem damit verschraubten Filtergehäusedeckel 4 zusammensetzt. In dem Filtergehäuse 2 ist ein Ringfilterelement 5 angeordnet, ebenso wie eine Ventileinrichtung 6 mit einem Ventilkörper 7, der mittels einer Federeinrichtung 8, 8' gegen einen Ventilsitz 9 vorgespannt ist. Die Ventileinrichtung 6 ist dabei üblicherweise als sogenanntes Bypassventil ausgebildet und ermöglicht eine Umgehung des Ringfilterelements 5, sofern ein Durchtritt durch dieses, beispielsweise aufgrund von tiefen Temperaturen, nicht oder nur schwer möglich ist. Dies kann beispielsweise bei einer Paraffinausfällung bei Dieselkraftstofffiltern der Fall sein.
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Erfindungsgemäß ist nun bei einer ersten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 stromauf derselben ein thermoaktivierbares Element 10 vorgesehen, welches eine Anströmung des Ventilkörpers 7 temperaturabhängig steuert. Das thermoaktivierbare Element 10 kann dabei beispielsweise als Bimetallelement ausgebildet sein und bei niedrigen Temperaturen, d.h. unterhalb eines vordefinierten Grenzwertes, eine Drosselöffnung/Öffnung 11 öffnen und dadurch den zum Öffnen der Ventileinrichtung 6 erforderlichen Fluiddruck bei niedrigeren Temperaturen, d.h. unterhalb des vordefinierten Temperaturgrenzwertes, reduzieren und damit ein Öffnen der Ventileinrichtung 6 erleichtern. Bei vergleichsweise geringen Temperaturen, beispielsweise bei kleiner als 50 °C, insbesondere bei kleiner als 20 °C und ganz bevorzugt kleiner als 10 °C, insbesondere in Abhängigkeit der Ölviskosität, wird die Drosselöffnung 11 geöffnet, während sie bei höheren Temperaturen bzw. oberhalb einer Grenztemperatur, geschlossen wird. Bei höheren Temperaturen, d.h. insbesondere bei einer Temperatur oberhalb der vordefinierten Grenztemperatur, schließt das thermoaktivierbare Element 10 die Drosselöffnung 11, wodurch zum Öffnen der Ventileinrichtung 6, d.h. zum Abheben des Ventilkörpers 7 vom Ventilsitz 9, ein höherer Öffnungsdruck erforderlich ist, da in diesem Fall nicht nur der Ventilkörper 7 vom Ventilsitz 9 gegen die Federkraft der Federeinrichtung 8 abgehoben, sondern zudem auch das thermoaktivierbare Element 10 mittels Druck geöffnet werden muss. Durch die erfindungsgemäße temperaturabhängige Ansteuerung der Ventileinrichtung 6 kann somit der Druckverlust gerade bei kalten Betriebszuständen, insbesondere während einer Kaltstartphase, deutlich minimiert werden, was bei einem Kraftfahrzeug einen geringeren Kraftstoffverbrauch und damit auch einen geringeren CO2-Ausstoß bewirkt.
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Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung besitzt die Federeinrichtung 8' ein thermoaktivierbares Material und/oder ist aus einem solchen zumindest teilweise ausgebildet, wobei das erfindungsgemäße thermoaktivierbare Material derart ausgebildet ist, dass es die Federkraft der Federeinrichtung 8' in Abhängigkeit der Temperatur steuert. Konkret bedeutet dies, dass die Federkraft bei niedrigeren Temperaturen, d.h. unterhalb der im vorherigen Absatz definierten Grenztemperatur, eine geringere Schließkraft aufweist, während sie bei einer Temperatur oberhalb der vordefinierten Grenztemperatur eine höhere Schließkraft besitzt. Auch hiermit kann eine temperaturabhängige Steuerung der Ventileinrichtung 6 erreicht und ein Druckverlust, insbesondere während einer Kaltstartphase, minimiert werden. Die erfindungsgemäße Federeinrichtung 8' kann gemäß der zweiten alternativen Ausführungsform beispielsweise aus einer thermoaktiven bzw. thermoaktivierbaren Legierung bestehen oder mittels einer derartigen beschichtet sein. Unabhängig von der gewählten Ausführungsform kann die gemäß der 3 dargestellte zweite alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 ebenfalls eine temperatur- und druckabhängige Steuerung derselben ermöglichen. Von besonderem Vorteil bei der zweiten Alternative ist zudem, dass lediglich die bislang ohnehin erforderliche Federeinrichtung durch die erfindungsgemäße Federeinrichtung 8' mit thermoaktivem bzw. thermoaktivierbarem Material ersetzt werden muss, so dass keine Mehrteile erforderlich sind und insbesondere auch keine zusätzlichen Montagekosten, wie beispielsweise für das thermoaktivierbare Element 10 gemäß der ersten alternativen Ausführungsform, entstehen. Als thermoaktivierbare Elemente 10 bzw. thermoaktivierbare Materialien kommen beispielsweise Bimetalle und/oder Formgedächtnislegierungen in Betracht.
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Betrachtet man die Fig. 1 und 2 näher, so kann man erkennen, dass die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 jeweils Bestandteil des Ringfilterelements 5 ist, wobei das Ringfilterelement 5 eine obere Endscheibe 12, eine untere Endscheibe 13 und ein dazwischen angeordnetes Filtermaterial 14 aufweist. Im Bereich einer der beiden Endscheiben 12, 13, hier im Bereich der oberen Endscheibe 12, ist dabei die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 6 vorgesehen und insbesondere auch einteilig mit dem Ringfilterelement 5 bzw. der oberen Endscheibe 12 ausgebildet. In diesem Fall wird somit die Ventileinrichtung 6 zusammen mit dem Ringfilterelement 5 ausgetauscht. In gleicher Weise ist die Ventileinrichtung 6 auch bei der zweiten alternativen Ausführungsform, welche gemäß der 2 dargestellt ist, Bestandteil des Ringfilterelements 5. Alternativ hierzu ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Ventileinrichtung 6 am Filtergehäuse 2, insbesondere am Filtergehäusedeckel 4, oder an einem in 2 nicht gezeigten Funktionsträger 15 angeordnet ist, wie dies gemäß der 3 gezeigt ist. Rein theoretisch kann dabei auch eine Aufteilung der Ventileinrichtung 6 erfolgen, so dass beispielsweise der Ventilsitz 9 der Ventileinrichtung 6 am Ringfilterelement 5 und der zugehörige Ventilkörper 7 sowie die Federeinrichtung 8, 8' am Funktionsträger 15 oder am Filtergehäuse 2 angeordnet sind.
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Unabhängig von der gewählten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 6 ist es mit dieser erstmals möglich, eine Ventileinrichtung 6 zu schaffen, die temperaturabhängig unterschiedliche Öffnungsdrücke besitzt, nämlich bei geringerer Temperatur einen geringeren Öffnungsdruck und bei höherer Temperatur einen hierzu höheren Öffnungsdruck. Erreicht werden kann dieses Ziel entweder durch das gemäß der 1 gezeigte thermoaktive Element 10 bzw. thermoaktivierbare Element 10, welches beispielsweise als Bimetallplättchen ausgebildet ist und die Drosselöffnung 11 abdeckt, oder mittels einer Federeinrichtung 8' (vgl. 2), die aus einem thermoaktiven bzw. thermoaktivierbaren Material ausgebildet ist und dadurch eine temperaturabhängige Federkraft besitzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008064704 B4 [0003]
- DE 19605425 C2 [0004]
- US 2015/0090669 A1 [0005]
- US 4227646 [0006]
