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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ringfilterelement zum Filtern einer Flüssigkeit, mit einem Filtermaterial, welches stirnseitig in eine obere Endscheibe und eine untere Endscheibe eingebettet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Flüssigfiltereinrichtung mit einem solchen Ringfilterelement.
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Aus der
DE 43 30 840 C1 ist eine Filtereinrichtung mit einem im Wesentlichen stehend angeordneten Filtergehäuse und mit einem in diesem angeordneten gattungsgemäßen Ringfilterelement bekannt, wobei das Filtergehäuse einen Sockel mit einem Zulauf für zu reinigende Flüssigkeit und einem Ablauf für gereinigte Flüssigkeit aufweist. Das Filtergehäuse weist darüber hinaus ein sich vom Sockel in den Innenraum des Ringfilterelements über deren Höhe erstreckendes, zentrales Standrohr auf, das gegenüber dem Innenraum abgesehen von einem diesen Innenraum mit dem Inneren des Standrohres an dessen oberen Ende verbindende Entlüftungskanal abgedichtet ist. Darüber hinaus ist das Innere des Standrohres an dessen unteren Ende mit einem im Sockel weiterhin vorgesehenen Ableitungskanal verbunden. Hierdurch soll eine selbsttätige Entlüftungsmöglichkeit geschaffen werden.
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Aus der
DE 201 16 185 U1 ist ein Kraftstofffilter bekannt, welcher einlassseitig eine Rohseite und auslassseitig eine Reinseite sowie ein Entlüftungsventil aufweist. Das Entlüftungsventil lässt im Kraftstofffilter befindliche Luft aus diesem entweichen und schließt bei aus dem Kraftstofffilter in das Entlüftungsventil gelangendem Kraftstoffstoff. Das Entlüftungsventil ist dabei auf der Rohseite des Kraftstofffilters angeordnet, wobei die aus dem Entlüftungsventil führende Ventilauslassleitung zum Verbrennungsmotor führt.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Entlüftungseinrichtungen werden üblicherweise bei Flüssigfiltereinrichtungen eingesetzt, die im Niederdruckbereich eines Kraftstoffsystem angeordnet sind und bei denen die entlüftete Luft über einen Ableitungskanal abgeführt werden, in der Regel zurück zu einem Tank. Bei saugseitig betriebenen Flüssigfiltereinrichtungen ist eine Entlüftung in einen Ableitungskanal zum Tank nicht möglich, weil der relative Druck im Tank höher ist als in der Flüssigfiltereinrichtung und daher über eine solche Leitung angesaugt und nicht entlüftet würde. Eine Entlüftung der Flüssigfiltereinrichtung ist aber aus folgendem Grund erforderlich: Der Druckunterschied am Filterpapier ist nur klein und dieser geringe Druckunterschied reicht oftmals nicht aus, um die Luft durch das Filterpapier hindurch zu saugen, wobei das zu filternde Medium das Filterpapier leichter passieren kann. Ursächlich sind Oberflächenspannungseffekte, die insbesondere bei benetztem Filterpapier und/oder bei Filterpapieren, die auch sehr kleine Partikel ausfiltern können, auftreten und so den Luftübergang verhindern. Die Konsequenz ist, das die Flüssigfiltereinrichtung auf der Rohseite nicht vollständig mit Medium gefüllt wird, die Bereiche des Filterpapiers im Luftpolster oberhalb des Flüssigkeitsspiegels für die Filtrierung nicht zur Verfügung stehen und der Druckverlust der Flüssigfiltereinrichtung bei gleichem Volumendurchsatz höher ist, als er bei einer entlüfteten Flüssigfiltereinrichtung wäre.
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Um das eingesetzte Filterpapier sinnvoll zu nutzen und um einen geringstmöglichen Druckverlust im Filter zu erreichen, muss die Luft auf der Rohseite der Flüssigfiltereinrichtung entfernt werden. In vielen Kraftstofffiltern reicht es aus, die Luft von der Rohseite des Filterpapiers auf dessen Reinseite zu leiten. Auf der Reinseite wird die Luft leicht durch die Mediumströmung mitgerissen und zu Stellen im Kraftstoffsystem transportiert wird, die für die Entlüftung nach außen oder in einen Ableitungskanal zum Tank vorgesehen sind.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Ringfilterelement der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil überwindet.
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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, ein Entlüftungsventil für ein an sich bekanntes Ringfilterelement so auszugestalten, dass sich oberhalb einer oberen Endscheibe ein Verbindungsweg zwischen der Roh- und der Reinseite des Ringfilterelements befindet und ein Schwimmkörper in Kombination mit einem Dichtelement diesen Verbindungsweg in Abhängigkeit eines Pegelstandes an Flüssigkeit und eines Differenzdrucks zwischen Rohseite und Reinseite öffnet oder schließt und dadurch durchlässig ist für Luft aber undurchlässig für die zu filternde Flüssigkeit. Das erfindungsgemäße Ringfilterelement besitzt dabei eine obere Endscheibe und eine untere Endscheibe sowie ein dazwischen angeordnetes Filtermaterial, das stirnseitig in die obere Endscheibe und die untere Endscheibe dicht eingebettet ist. Das Ringfilterelement ist im Betriebszustand von außen nach innen durchströmt und besitzt deshalb einen reinseitigen Innenraum. Zentral an der oberen Endscheibe ist das Entlüftungsventil angeordnet, wobei in der oberen Endscheibe eine zentrale Durchgangsöffnung mit einem dem Innenraum, das heißt der Reinseite des Ringfilterelements, zugewandten Ventilsitz angeordnet ist. Des Weiteren vorgesehen ist ein Ventilkörper, der einen durch die Durchgangsöffnung von oben in den Innenraum des Ringfilterelements greifenden Zapfen mit einer Dichtung und einem oben, das heißt außerhalb des Ringfilterelements und damit rohseitig sowie oberhalb des Filtermaterials angeordneten Schwimmkörper aufweist. Der Schwimmkörper schwimmt bei ansteigender Flüssigkeit auf und zieht den Zapfen und damit die Dichtung nach oben und spannt diese dichtend gegen den Ventilsitz vor. Das Aufschwimmen des Schwimmkörpers in der Flüssigkeit wird durch dessen Dichte ρ1 bewirkt, die kleiner ist als eine Dichte ρ2 der mittels des Ringfilterelements zu filternden Flüssigkeit. Die Größe des Schwimmkörpers wird dabei so ausgelegt, dass die aus dem Dichteunterschied resultierenden Auftriebskräfte ausreichen, um den Schwimmkörper sicher und dichtend gegen den Ventilsitz zu ziehen, auch gegen die Kräfte, die aus dem Druckunterschied zwischen Roh- und Reinseite resultieren und die den Schwimmkörper vom Dichtsitz wegbewegen würden. Wird während des Betriebs erneut Luft in das Ringfilterelement eingetragen, z.B. durch Entgasung des Kraftstoffs, sammelt sich die Luft oberhalb des Filtermaterials im Bereich des Schwimmkörpers und reduziert dadurch die Auftriebskräfte auf diesen. Die Kräfte, die aus dem Druckunterschied zwischen Roh- und Reinseite resultieren und auf den Schwimmkörper wirken, ziehen diesen letztlich nach unten und die Luft wird über die zentrale Durchgangsöffnung auf die Reinseite gesaugt. Dies war bei bislang bei aus dem Stand der Technik bekannten Entlüftungsventilen nicht möglich, da deren Ventilkörper, der als schwimmende Ventilkugel ausgebildet war, rohseitig angeordnet war und durch den geringeren Druck auf der Reinseite des Filter angesaugt wurden und sich auch bei Ansammlung von Luft nicht wieder vom Dichtsitz löste.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die obere Endscheibe und der Ventilsitz einstückig, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Eine derartige Ausbildung ermöglicht nicht nur eine qualitativ hochwertige, sondern zudem auch eine kostengünstige Herstellung der oberen Endscheibe, wobei zur gleichzeitigen Herstellung des Ventilsitzes lediglich einmal ein entsprechendes Kunststoffspritzgießwerkzeug angepasst werden muss.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die obere Endscheibe einen zentral nach oben abstehenden Dom auf, in dem die Durchgangsöffnung und der Ventilsitz angeordnet sind.
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Ein angestrebter Pegel der Flüssigkeit im Betrieb wird sich bei sachgerechter Auslegung oberhalb des Filtermaterials, aber unterhalb der Durchgangsöffnung zum Ventilsitz im Dom der Endscheibe befinden. Die Volumenanteile des Schwimmkörpers, die den Auftrieb in der Flüssigkeit erzeugen, sind in diesem Bereich angeordnet. Der Schwimmkörper kann dabei durch den Dom axial geführt werden, so dass die zum Öffnen und Schließen des Entlüftungsventils erforderliche axiale Bewegung auch bei schrägem Einbau des Ringfilterelements in eine Filtereinrichtung gewährleistet ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Ventilkörper einen mit dem Zapfen verbundenen Radialkragen und einen radial außen an dem Radialkragen angebundenen Axialring auf. Mit diesem Axialring ist der derart ausgebildete Ventilkörper in der Lage, den Dom an der oberen Endscheibe zu umgreifen und dadurch eine zusätzliche Führung des Ventilkörpers zu erreichen. In dem Radialkragen und/oder in dem Axialring können dabei Durchgangsöffnungen angeordnet sein, die einen Flüssigkeitsdurchtritt sowie einen Luftdurchtritt ermöglichen. An dem Axialring kann der Schwimmkörper angebunden oder in diesen integriert sein. Dabei ist der Schwimmkörper des Ventilkörpers mit dem Zapfen durch den Radialkragen verbunden, in dem die zuvor beschriebenen Durchgangsöffnungen angeordnet sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind der Zapfen, der Radialkragen und der Axialring einstückig, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Mittels eines derartigen einstückig hergestellten Ventilkörpers/Schwimmkörpers ist dessen Herstellung nicht nur qualitativ hochwertig, sondern auch äußerst kostengünstig möglich.
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Zweckmäßig ist an dem Zapfen eine Ringnut angeordnet, in welcher die Dichtung angeordnet ist. In diesem Fall ist die Dichtung vorzugsweise als O-Ringdichtung ausgebildet. Ein derartig konstruierter Ventilkörper erleichtert dabei die Montage erheblich da der Ventilkörper lediglich von oben mit seinem Zapfen durch die Durchgangsöffnung in der oberen Endscheibe gesteckt und anschließend von innen die O-Ringdichtung in die Ringnut eingebracht werden muss.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Flüssigfiltereinrichtung, insbesondere ein Kraftstofffilter oder ein Ölfilter, mit einem Filtergehäuse anzugeben, in welchem das in den vorherigen Absätzen beschriebene Ringfilterelement angeordnet ist. Innerhalb des Ringfilterelements, das heißt in einem Innenraum desselben ist dabei eine Reinseite angeordnet, während eine Rohseite außerhalb des Ringfilterelements und innerhalb des Filtergehäuses angeordnet ist, wobei der Schwimmkörper des Ringfilterelements reinseitig angeordnet ist und eine Dichte ρ1 aufweist, die kleiner ist als eine Dichte ρ2 der zu filternden Flüssigkeit, so dass der Schwimmkörper bei ansteigender Flüssigkeit aufschwimmt und den Zapfen und damit die Dichtung nach oben zieht und dichtend gegen den Ventilsitz vorspannt. Der Schwimmkörper ist dabei zwischen einer unteren Position oberhalb des Filtermaterials, die den minimalen Flüssigkeitstand der Flüssigfiltereinrichtung im Betrieb darstellt, und einer oberen Position auf Höhe des Eintritts in die zentrale Durchgangsöffnung der oberen Endscheibe angeordnet, wobei das Entlüftungsventil geschlossen ist, wenn der Flüssigkeitsstand in der Filtereinrichtung die obere Position erreicht. Mit einem derartigen in der Flüssigfiltereinrichtung angeordneten Ringfilterelement lässt sich diese problemlos und einfach entlüften, wobei zusätzlich ein Schließen des Entlüftungsventils selbst für den Betriebszustand gewährleistet werden kann, in welchem der Flüssigkeitsdruck ρ1 auf der Rohseite größer ist als der Flüssigkeitsdruck p2 auf der Reinseite. Die Größe des Schwimmkörpers wird dabei so ausgelegt, dass die aus dem Dichteunterschied resultierenden Auftriebskräfte ausreichen, um den Schwimmkörper sicher und dichtend gegen den Ventilsitz zu ziehen, auch gegen die Kräfte, die aus dem Druckunterschied zwischen Roh- und Reinseite resultieren und die den Schwimmkörper vom Dichtsitz wegbewegen würden. Wird während des Betriebs erneut Luft in das Ringfilterelement eingetragen, z.B. durch Entgasung des Kraftstoffs, sammelt sich die Luft oberhalb des Filtermaterials im Bereich des Schwimmkörpers und reduziert dadurch die Auftriebskräfte auf diesen. Die Kräfte, die aus dem Druckunterschied zwischen Roh- und Reinseite resultieren und auf den Schwimmkörper wirken, ziehen diesen letztlich nach unten und die Luft wird über die zentrale Durchgangsöffnung auf die Reinseite gesaugt. Dies war bei bislang aus dem Stand der Technik bekannten Flüssigfiltereinrichtungen nicht der Fall, da bei diesen bei zunehmendem Flüssigkeitsdruck auf der Rohseite der rohseitig angeordnete Ventilkörper/Schwimmkörper gegen den Ventilsitz gedrückt wurde, sofern die auf den Ventilkörper einwirkende Kraft aus reinseitigem Flüssigkeitsdruck kleiner war, als die Kraft aus rohseitigem Flüssigkeitsdruck und Auftriebskraft des rohseitig angeordneten Ventilkörpers.
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Zweckmäßig ist dabei der Schwimmkörper so groß ausgebildet ist, dass das Entlüftungsventil auch bei einem Differenzdruck von max. 1 bar zwischen Rohseite und Reinseite geschlossen bleibt. Hierdurch kann eine unerwünschte Bypassströmung im Betriebszustand zuverlässig vermieden werden.
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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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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Flüssigfiltereinrichtung 1, die beispielsweise als Kraftstofffilter oder als Ölfilter ausgebildet ist, ein Filtergehäuse 2 mit einem darin angeordneten Ringfilterelement 3 auf. Das Ringfilterelement 3 besitzt ein Filtermaterial 4, das stirnseitig in eine obere Endscheibe 5 und eine nicht gezeigte untere Endscheibe eingebettet ist. Das Filtermaterial 4 kann dabei beispielsweise zick-zack-förmig gefaltetes Filterpapier in der Art eines Faltensterns sein.
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Das Ringfilterelement 3 ist dabei von außen nach innen durchströmt und besitzt deshalb einen reinseitigen Innenraum 6. Zentral an der oberen Endscheibe 5 ist ein Entlüftungsventil 7 angeordnet, wobei in der oberen Endscheibe 5 eine zentrale Durchgangsöffnung 8 mit einem dem Innenraum 6 zugewandten Ventilsitz 9 angeordnet ist. Des Weiteren vorgesehen ist ein Ventilkörper 10, der einen durch die Durchgangsöffnung 8 greifenden Zapfen 11 mit einer Dichtung 12, insbesondere einer O-Ringdichtung 12', und einen Schwimmkörper 13 aufweist. Der Schwimmkörper 13 ist zwischen einer unteren Position 25 oberhalb des Filtermaterials 4, die den minimalen Flüssigkeitstand der Flüssigfiltereinrichtung 1 im Betrieb darstellt, und einer oberen Position 24 auf Höhe des Eintritts in die zentrale Durchgangsöffnung 8 der oberen Endscheibe 5, angeordnet, wobei das Entlüftungsventil 7 geschlossen ist, wenn der Flüssigkeitsstand in der Filtereinrichtung 1 diese obere Position 24 erreicht. Der Schwimmkörper 13 besitzt darüber hinaus eine Dichte ρ1 die kleiner ist als eine Dichte ρ2 einer Flüssigkeit 16, so dass der Schwimmkörper 13 bei ansteigender Flüssigkeit 16 aufschwimmt und dadurch den Zapfen 11 und damit auch die Dichtung 12 nach oben zieht und dadurch dichtend gegen den Ventilsitz 9 vorspannt und das Entlüftungsventil 7 schließt.
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Die obere Endscheibe 5 und der Ventilsitz 9 sind dabei vorzugsweise einstückig, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet und dadurch kostengünstig und qualitativ hochwertig herstellbar.
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Die obere Endscheibe 5 besitzt gemäß der in der 1 dargestellten Ausführungsform einen zentral nach oben stehenden Dom 17, in welchem die Durchgangsöffnung 8 und der Ventilsitz 9 angeordnet sind.
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Betrachtet man den Ventilkörper 10 näher, so kann man erkennen, dass dieser einen mit dem Zapfen 11 verbundenen Radialkragen 18 und einen radial außen an dem Radialkragen 18 angebundenen Axialring 19 aufweist. Der Ventilkörper 13 umgreift dabei mit seinem Axialring 19 den Dom 17 der oberen Endscheibe 5 und bietet dadurch eine Führung. Vorteilhafterweise sind dabei der Zapfen 11, der Radialkragen 18 und der Axialring 19 einstückig, insbesondere als einstückiges Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, wodurch der Ventilkörper 10 und auch der Schwimmkörper 13 kostengünstig herstellbar sind.
Betrachtet man den Zapfen 11 weiter, so kann man erkennen, dass an diesem eine Ringnut 20 angeordnet ist, in welcher die Dichtung 12, insbesondere sofern diese als O-Ringdichtung 12' ausgebildet ist, angeordnet ist.
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Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, können in dem Schwimmkörper 13, der üblicherweise in dem Radialkragen 18 oder dem Axialring 19 angeordnet ist, Durchgangsöffnungen 26, 21 vorgesehen sein, über welche Luft bzw. Flüssigkeit 16 von einem Innenraum 22 nach außen gelangen kann. Das Öffnen des Entlüftungsventils 7 wird durch die Schwerkraft des Ventilkörpers 10 und durch den geringeren Druck p2 im Innenraum 6 reativ zur Rohseite 15 bewirkt. Das Schließen durch die Auftriebskraft des Schwimmkörpers 13. Ein Öffnen des Entlüftungsventils 7 erfolgt ausschließlich dann, wenn die auf den Ventilkörper 10 nach unten einwirkende Kraft, die Summe aus der Gewichtskraft des Ventilkörpers 10 und der Reaktionskraft aus der Druckdifferenz (Saugen) am Ventilsitz 9 größer ist als die entgegenwirkende Auftriebskraft durch den Schwimmkörper 13. Der Schwimmkörper 13 kann dabei auch zumindest eine Luftkammer 23 aufweisen, die den Auftrieb begünstigt. Der Schwimmkörper 13 ist dabei so groß ausgebildet, dass das Entlüftungsventil 7 auch bei einem Differenzdruck von max. 1 bar zwischen Rohseite 15 (p1 ) und Reinseite 14 (p2 ) geschlossen bleibt.
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Das vergleichsweise hohe Eigengewicht unterstützt durch die Druckdifferenz beim Saugen stellt zudem ein zuverlässiges Öffnen des Entlüftungsventils 7 und ein Entlüften sicher, wenn im Betrieb erneut Luft in die Flüssigfiltereinrichtung 1 gelangt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4330840 C1 [0002]
- DE 20116185 U1 [0003]
