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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, mit einem Filtergehäuse und einem darin aufgenommenen, tauschbaren Filterelement, dessen Elementmaterial sich zwischen zwei gegenüberliegenden Endkappen erstreckt, von denen eine offen sowie die andere geschlossen ausgebildet ist und die jeweils in einer zugeordneten Elementaufnahme im Filtergehäuse geführt sind, wobei sich im Filtrierbetrieb am Filterelement bei Durchströmung mit dem abzureinigenden Fluid ein Druckgefälle über dem Elementmaterial einstellt, mit einem niedrigeren Druck auf der Innenseite gegenüber einem höheren Druck auf der Außenseite des Elementmaterials.
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Filtervorrichtungen dieser Art sind Stand der Technik, vgl.
EP 2 723 465 B1 . In unterschiedlichen Auslegungen, was Bauart, Baugröße und/oder Druckstufe anbelangt, kommen sie weit verbreitet zur Filtration verschiedenster technischer Fluide zum Einsatz, wie Hydraulikflüssigkeiten, Kühlschmiermittel, Kraftstoffe, Schmieröle und dergleichen. Da Betriebsstörungen oder gar Ausfälle der Filtervorrichtungen zu Beschädigungen oder der Zerstörung nachgeordneter Systeme führen können, was beträchtliche wirtschaftliche Schäden verursachen kann, kommt der Betriebssicherheit solcher Filtervorrichtungen große Bedeutung zu. Beim Betrieb solcher Filtervorrichtungen muss daher nicht nur darauf geachtet werden, dass der Filtrierbetrieb mit einem betriebsbereiten, sich im Filtergehäuse in Funktionsposition befindlichen Filterelement durchgeführt wird, sondern es muss auch gewährleistet sein, dass hierbei ein Filterelement benutzt wird, dessen Spezifikationen, beispielsweise hinsichtlich Filterfeinheit, Zuordnung zur entsprechenden Druckstufe, Strömungswiderstand und dergleichen, genau den Erfordernissen beim Betrieb des zugeordneten Systems entspricht. Um eine Fehlfunktion durch Einsatz eines ungeeigneten Filterelements zu verhindern, ist bei der aus der oben erwähnten Druckschrift bekannten Filtervorrichtung an der der geschlossenen Endkappe zugehörigen Elementaufnahme ein axial vorstehendes Eingreifteil gebildet, das bei einem in der Funktionsposition befindlichen zulässigen, d.h. „richtigen“ Filterelement in einem an dessen geschlossener Endkappe ausgebildeten Aufnahmeteil aufnehmbar ist. Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich, bei Beibehalten der Vorteile der bekannten Lösung durch eine besonders einfache und rationell herstellbare Bauweise auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass mittels der im Filtrierbetrieb druckbeaufschlagten Flächen am Filterelement aufgrund des Druckgefälles dieses mit der offen ausgebildeten Endkappe gegen seine zugeordnete Elementaufnahme gedrückt und die geschlossen ausgebildete Endkappe unter Bildung eines axialen Ringspalts und unter Bildung eines axialen Spiels zwischen dem Filterelement und seiner Elementaufnahme von seiner zugeordneten Elementaufnahme abgehoben ist. Im Filtrierbetrieb wird dadurch das Filterelement hydraulisch druckbetätigt unter Abheben von der Elementaufnahme der geschlossenen Endkappe mit seiner offenen Endkappe an der zugeordneten Elementaufnahme zentriert und zur Bildung einer sicheren Abdichtung angedrückt. Ohne dass bei der Herstellung sowohl seitens des Filterelements als auch seitens der Elementaufnahmen enge Toleranzgrenzen eingehalten werden müssten, gelangt dadurch das Filterelement druckbetätigt selbsttätig in die optimale Funktionsposition. Mit verringertem Herstellungsaufwand und geringen Fertigungskosten ist dadurch eine besonders betriebssichere Filtervorrichtung realisierbar.
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Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Elementaufnahme für die offen ausgebildete Endkappe aus einem zylindrischen Aufnahmestutzen gebildet, auf dessen Außenseite die zylindrische Öffnung der einen Endkappe gleitend geführt ist, die von einem axial, vorzugsweise nach außen, vorspringenden Führungsstutzen umgriffen ist, der auf seiner Innenseite einen den Aufnahmestutzen umfassenden Dichtring trägt. Unter der druckbetätigten Anlage an der Elementaufnahme kommt der Dichtring in sichere Anlage mit einer zugeordneten Dichtfläche am Aufnahmestutzen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Elementaufnahme für die geschlossen ausgebildete Endkappe ein Eingreifteil mit einer vorgebbaren axialen Länge auf, das von einem Aufnahmeteil der geschlossen ausgebildeten Endkappe übergriffen ist.
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Da das Filterelement beim Filtrierbetrieb durch druckbetätigte Anlage an der Elementaufnahme der offenen Endkappe die optimale Funktionsposition einnimmt, kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass das Aufnahmeteil der geschlossen ausgebildeten Endkappe in jedem Betriebszustand mit einem radialen Abstand das Eingreifteil der Elementaufnahme anlagefrei umfasst. Da sie keine Ausrichtfunktion erfüllen müssen, brauchen daher für Aufnahmeteil und Eingreifteil ebenfalls keine engen Toleranzgrenzen eingehalten zu werden.
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Entsprechendes gilt für die axialen Längen von Aufnahmeteil und Eingreifteil. Das Aufnahmeteil der geschlossen ausgebildeten Endkappe kann daher in jedem Betriebszustand mit einem axialen Abstand über das Eingreifteil der Elementaufnahme anlagefrei vorstehen.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die eine Elementaufnahme, fußseitig an das Eingreifteil anschließend, eine Verbreiterung auf, die im stillgesetzten Betrieb eine Anlagefläche für die Anlage eines bodenseitigen Teils der geschlossen ausgebildeten Endkappe aufweist, wobei im Betrieb der bodenseitige Teil der geschlossenen Endkappe unter Bildung des Ringspalts axial von der Anlagefläche des Eingreifteils abgehoben ist.
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Die Anordnung kann mit Vorteil ferner so getroffen sein, dass im Filtrierbetrieb unter Beseitigung des axialen Spiels die offen ausgebildete Endkappe über ihr freies Ende, vorzugsweise über das freie, stirnseitige Ende des Führungsstutzens, in Anlage mit einer Anschlagfläche des Filtergehäuses kommt, die den zugeordneten Anschlussstutzen der einen Elementaufnahme umgibt.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen sind das Eingreifteil und das Aufnahmeteil in der Art eines Dornes bzw. Domes mit zueinander konvergierenden Flächen ausgebildet.
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Des Weiteren kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass die geschlossen ausgebildete Endkappe an ihrer Bodenseite eine im Wesentlichen quadratische Eingriffsöffnung aufspannt, über die das dornartige Eingreifteil in das domartige Aufnahmeteil eingreift. Die spezielle, von der Kreisform abweichende Form der Eingriffsöffnung kann in Zusammenwirkung mit entsprechend geformten Umfangsflächen des dornartigen Eingreifteils eine weitere Sicherung gegen Einbau eines unzulässigen Filterelements bilden.
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Das dornartige Eingreifteil kann über einen sternartigen Querschnitt verfügen, mit diametral zu seiner Längsachse gegenüberliegend angeordneten Paaren von Versteifungsstegen gleicher Ausprägung.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Filterelement, das insbesondere für den Einsatz bei einer Filtervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist und das die Merkmale des Patentanspruchs 11 aufweist.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, wobei das zugehörige Filterelement in der beim Filtrierbetrieb eingenommenen Funktionsposition dargestellt ist;
- 2 eine perspektivische Schrägansicht des gesondert dargestellten Filterelements, gesehen auf die eine offene Endkappe aufweisende Oberseite;
- 3 eine vergrößert, abgebrochen sowie mit vertikaler Schnittebene aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Schrägansicht des der geschlossenen Endkappe benachbarten Bereichs des Filterelements und eines zugeordneten Eingreifteils;
- 4 eine perspektivische Schrägansicht des gesondert dargestellten Eingreifteils;
- 5 eine perspektivische Schrägansicht der gesondert dargestellten geschlossenen Endkappe, gesehen auf deren Unterseite;
- 6 einen Längsschnitt der geschlossenen Endkappe des Filterelements und des in ein Aufnahmeteil der Endkappe eingreifenden Eingreifteils;
- 7 einen Horizontalschnitt der 6 entsprechend der dort mit VII - VII bezeichneten Schnittlinie;
- 8 eine in Längsrichtung aufgeschnitten gezeichnete, perspektivische Schrägansicht der geschlossenen Endkappe gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel; und
- 9 eine der 8 entsprechend aufgeschnitten gezeichnete perspektivische Schrägansicht der geschlossenen Endkappe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung, das für einen Einsatz zur Filtration von unter einem Systemdruck stehenden Fluiden vorgesehen ist. Das Filtergehäuse 2 weist ein kreiszylindrisches Hauptteil 4 auf, mit dessen oberem Ende ein Kopfteil 6 verschraubt ist. Am unteren Ende ist das Hauptteil 4 bis auf eine Ablassöffnung 8 geschlossen, in deren Innengewinde eine Ablassschraube 10 eingeschraubt ist. Das obere Kopfteil 6 weist einen seitlichen Einlass 12 für den Zustrom von Unfiltrat und einen dem Einlass 12 diametral gegenüberliegenden Auslass 14 auf, über den abgereinigtes Filtrat ausströmt. Das Hauptteil 4 ist mittels einer Verschraubung 16 am Kopfteil 6 festgelegt, so dass es für den Austausch eines im Filtergehäuse 2 aufzunehmenden Filterelements 18 vom Kopfteil 6 abnehmbar ist. Im Gehäuse 2 ist das Filterelement 18 an Elementaufnahmen geführt, von denen eine, mit 20 bezeichnet, am Kopfteil 6 und die andere, mit 22 bezeichnet, am unteren Ende des Hauptteils 4 vorgesehen ist.
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Das in 2 gesondert dargestellte Filterelement 18 weist zwischen einer in der Zeichnung obenliegenden Endkappe 24 und einer unteren Endkappe 26 ein hohlzylinderförmiges Filtermaterial 28 auf. Ein an der Innenseite des Filtermaterials 28 anliegendes Stützrohr 30 umgibt einen inneren Filterhohlraum 32. Wie am deutlichsten aus 2 ersichtlich ist, ist die obere Endkappe 24 offen, mit einer zum inneren Filterhohlraum 32 führenden Öffnung 34, die von einem axial vorstehenden Führungsstutzen 36 (2) umgeben ist, an dessen Innenseite, wie bei offenen Endkappen üblich, sich in einer Ringnut ein O-Ring 38 befindet. Die andere, untere Endkappe 26 ist als geschlossene Endkappe ausgebildet, wie am deutlichsten den 3, 5 und 6 entnehmbar ist. Die geschlossene Endkappe 26 weist in an sich bekannter Weise eine ebene Kreisringfläche 40 auf, die mit einem vorstehenden Umfangsrand 42 eine Einfassung für den zugeordneten Endbereich des Filtermaterials 28 und des Stützrohres 30 bildet. Im Unterschied gegenüber üblichen Endkappen weist die aus einem einstückigen Spritzformteil aus Kunststoff oder Metall gebildete Endkappe 26 einen zentral gelegenen, sich axial ins Innere des Filterhohlraums 32 erstreckenden Körper auf, der die Gestalt eines umgekehrten Kelches oder eines Domes 44 besitzt. Von seiner endseitigen Öffnung 46 ausgehend, verjüngt sich der Dom 44 in Richtung auf sein inneres Ende 48 hin. Wie am deutlichsten den 5 und 7 entnehmbar ist, verlaufen an der Außenseite des Doms 44 zwischen der Öffnung 46 und dem Ende 48 zwei Paare von Führungsrippen 50, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Innenraum 52 des Doms 44 bildet in der Art einer Hülse das Aufnahmeteil für ein Eingreifteil, das den Hauptbestandteil der zugehörigen Elementaufnahme 22 bildet. Dieses Eingreifteil ist durch einen Dorn 54 gebildet, der in 4 gesondert dargestellt ist. Wie gezeigt, weist der Dorn 54 am unteren Ende ein Außengewinde 56 auf, mit dem er in das Innengewinde an der Ablassöffnung 8 (1) des Gehäusehauptteils 4 eingeschraubt ist. Oberhalb des Außengewindes 56 weist der Dorn 54 einen eine radiale Erweiterung bildenden Ringkörper 58 auf, der an seiner Oberseite durch eine sich in einer Radialebene erstreckenden Ringfläche 60 begrenzt ist. Von dieser Ringfläche 60 bis zu einem freien Dornende 62 verläuft der Dorn 54 mit sternartigem Querschnitt, der durch Paare von zur Längsachse gegenüberliegend angeordneten Versteifungsstegen 64 gebildet ist. Die Stege 64 verlaufen zum Ende 62 hin in gleicher Weise konvergierend wie die Wand des Innenraums 52 im Dom 44. Wenn bei stillgesetztem Filtrierbetrieb das Filterelement 18 mit seiner geschlossenen Endkappe 26 auf den Dorn 54 aufgesetzt ist, bildet die Ringfläche 60 des Ringkörpers 58 eine Anlagefläche für die Endkappe 26, wobei der Dorn 54 als Eingreifteil sich derart in dem Innenraum 52 des Doms 44 erstreckt, dass die von den Stegen 64 und dem Dornende 62 gebildeten Flächen ohne Anlage mit der Innenwand des Domes 44 sind.
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Wie 1 zeigt, ist der Fluideinlass 12 des Kopfteils 6 in Fluidverbindung mit dem das Filtermaterial 28 umgebenden Gehäuseraum 66, so dass beim Filtrierbetrieb der Raum 66 die Unfiltratseite und der innere Filterhohlraum 32 die Filtratseite bilden. Für die Verbindung der Filtratseite mit dem Filtratauslass 14 weist die Elementaufnahme 20 im Kopfteil 6 einen Anschlussstutzen 68 auf, der sich bei eingesetztem Filterelement 18 durch die Öffnung 34 der Endkappe 24 in den inneren Filterhohlraum 32 erstreckt. Hierbei ist der Führungsstutzen 36 der Endkappe 24 auf der Außenseite des Anschlussstutzens 68 geführt, wobei der O-Ring 38 die Abdichtung an der Außenseite des Anschlussstutzens 68 bildet. Wie erwähnt, zeigt die 6 die Position der geschlossenen Endkappe 26 relativ zum durch den Dorn 54 gebildeten Eingreifteil der Elementaufnahme 22 bei stillgesetztem Filtrierbetrieb. Wenn der Betrieb aufgenommen wird und der Systemdruck an der Außenseite des Filterelements 18 wirksam ist, kommt es zum druckbetätigten Abheben der geschlossenen Endkappe 26 von der Ringfläche 60 des Dornes 54 der Elementaufnahme 22 und zur Bildung eines Ringspalts 72. Das Filterelement 18 wird dadurch mit seiner offenen Endkappe 24 an der Außenseite des Anschlussstutzens 68 zentriert nach oben geschoben, bis das obere Ende des Führungsstutzens 36 der Endkappe 24 an der Anschlagfläche 70 des Kopfteils 6 festgelegt ist. Ohne Führungseingriff zwischen den Außenflächen des Dorns 54 und der Innenfläche des Domes 44 ist dadurch das Filterelement 18 in der Funktionsposition an der Elementaufnahme 20 der offenen Endkappe 24 in zentrierter Lage festgelegt. Ohne dass der Dorn 54 eine Führungsfunktion auszuüben hat, verhindert er eine Fehlbestückung mit Filterelementen, bei denen die geschlossene Endkappe nicht mit einem Aufnahmeteil ausreichender und den Eingriff des Dorns ermöglichenden Größe versehen ist.
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Der Dorn 34 weist im Ringkörper 58 seitliche Öffnungen 74 auf, die in einen koaxialen Ausgangskanal 76 einmünden. Bei abgenommener Ablassschraube 10 ist dadurch eine Entleerung des Gehäuses 2 bei Filterelementwechsel ermöglicht. Die 5 zeigt die zum Innenraum des Domes 44 führende Öffnung 46 der Endkappe 26 in einer quadratischen Form mit abgerundeten Eckbereichen. Wie die 7 zeigt, setzt sich, von der unrunden Öffnung 46 ausgehend, der Dom 44 mit ebenfalls unrunder Form fort, so dass die in 7 gezeigte Schnittfläche 80 des Doms 44 eine entsprechend unrunde Form besitzt. Die 8 und 9 zeigen abgewandelte Ausführungsbeispiele. Wie in 8 gezeigt, besitzt die geschlossene Endkappe 26 hierbei einen im Umriss kreiszylindrischen Dom 44, dessen Innenraum 52 durch im Durchmesser gestufte Kreiszylinder 82, 84, 86, 88 gebildet ist, deren Durchmesser von der kreisrunden Öffnung 46 ausgehend zum oberen Ende 48 hin jeweils abnehmen. Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Dom 44 durch einen hohlen Kreiszylinder 90 gebildet ist, der sich von der kreisrunden Öffnung 46 absatzlos zum oberen Ende 48 erstreckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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