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Die Erfindung betrifft Hochdruckfilter für Flüssigkeiten, insbesondere Hydraulikflüssigkeiten.
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Aus
WO 2016/162073 A1 ist ein Hochdruckfilter für Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Gattungsgemäße Hochdruckfilter umfassen ein zweiteiliges Gehäuse, das ein Gehäuseoberteil und ein mit dem Gehäuseoberteil verschraubtes Gehäuseunterteil umfasst. Das Gehäuseunterteil umfass dazu an seinem oberen Rand ein umlaufendes Gewinde, welches in ein komplementäres Gewinde am Gehäuseoberteil eingreift, so dass das Gehäuseunterteil in das Gehäuseoberteil eingeschraubt werden kann oder auf das Gehäuseoberteil aufgeschraubt werden kann. Das Gehäuseoberteil ist mit einem Gehäuseeinlass für zu filterndes Fluid, insbesondere zu filtrierende Hydraulikflüssigkeit und einen Gehäuseauslass für gefiltertes Fluid, insbesondere gefilterte Hydraulikflüssigkeit ausgestattet. Im Gehäuseunterteil ist ein Filterelement angeordnet, dessen Rohseite mit dem Gehäuseeinlass in Strömungsverbindung steht und dessen Reinseite mit dem Gehäuseauslass in Strömungsverbindung steht.
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Im Inneren des Gehäuses ist ein Filterelement angeordnet, dem das zu filternde Fluid, insbesondere zu filtrierende Hydraulikflüssigkeit von einem Gehäuseeinlass zugeführt werden kann und von dem aus die gefilterte Flüssigkeit zu einem Gehäuseauslass weitergeleitet wird.
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Derartige Hochdruckfilter kommen in hydraulischen Systemen zum Einsatz, beispielsweise bei selbstfahrenden Maschinen, insbesondere Baumaschinen und Landmaschinen. Sie dienen dazu, Hydraulikflüssigkeiten, beispielsweise Mineralöle, zu filtern.
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Die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zur Rohseite des Filterelements erfolgt ebenso wie die Abfuhr gefilterter Flüssigkeit von der Reinseite des Filterelements zum Gehäuseauslass häufig dadurch, dass im Gehäuseoberteil Strömungskanäle vorgesehen sind. Da die Hydraulikflüssigkeit unter einem hohen Druck stehen kann, beispielsweise einem Druck von mehreren 100 bar, insbesondere 400 bis 500 bar, weist das Gehäuseoberteil ebenso wie das Gehäuseunterteil eine beträchtliche Materialstärke auf, um die notwendige mechanische Stabilität sicherzustellen.
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Im Einsatz ist das Gehäuseoberteil fest an einer Maschine montiert, so dass der Gehäuseeinlass und der Gehäuseauslass jeweils mit Hydraulikleitungen verbunden sind. Das Filterelement kann bei Bedarf ausgetauscht werden, indem das Gehäuseunterteil vom Gehäuseoberteil abgeschraubt wird. Dabei kann es vorkommen, dass durch das festhaftende Dichtelement das Filterelement am Gehäuseoberteil haften bleibt. Um das anhaftende Filterelement zu lösen, muss dann in manchen Fällen ein Werkzeug eingesetzt werden. In vielen Maschinen ist der axial verfügbare Bauraum unterhalb des Gehäuseunterteils begrenzt. Solange das Filterelement am Gehäuseoberteil anhaftet, kann das Gehäuseunterteil daher nach dem Lösen der Schraubverbindung häufig nicht in einer Axialen Richtung vom Filterelement abgezogen werden. Das Filterelement muss dann gelöst werden, indem ein Werkzeug, beispielswiese ein Schraubenzieher, nach dem Abschrauben des Gehäuseunterteils in einem verfügbaren Spalt zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Gehäuseoberteil geschoben wird, um eine Kraft zum Lösen des Filterelements aufzubringen. Dieser Vorgang ist für den mit dem Filterwechsel betrauten Techniker unbequem und zeitraubend.
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Gehäuse von gattungsgemäßen Hochdruckfiltern müssen höchsten Druckbelastungen standhalten, was in der Formgebung berücksichtigt werden muss. Um Materialermüdungen im Bereich von lokalen Maxima der Materialspannung vorzubeugen, ist es erstrebenswert, im Betrieb möglichst homogene Materialspannungen zu gewährleisten und das Gehäusematerial in Bereichen, die hoher Belastung ausgesetzt sind, zu verstärken. Andererseits führt die Verstärkung zu erhöhten Kosten und höherem Gewicht, so dass eine übermäßige Verstärkung vermieden werden sollte. Schließlich muss auch die fertigungstechnische Komplexität bei der Formgebung der Gehäuse berücksichtigt werden. Dies gilt auch und insbesondere im Bereich der Ein- und Auslässe des Gehäuses eines Hochdruckfilters. Die Ein- und Auslässe schwächen die Struktur, so dass in deren Umgebung Belastungsspitzen im Material auftreten können.
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Das Gehäuseoberteil des aus der
WO 2016/162073 A1 bekannten Hochdruckfilters weist ein elliptisches Innenprofil und ein im Wesentlichen kreisförmiges Außenprofil auf, wobei eine Längsachse des Innenprofils senkrecht zu einer Verbindungsachse der Einlass- und Auslassöffnung verläuft. Durch die elliptische Formgebung des Innenprofils wird neben einer Drehsicherung für die im Inneren angeordneten Strömungsleitelemente eine von den Scheitelpunkten in der Längsachse des elliptischen Innenprofils aus in Richtung der Ein- und Auslässe zunehmende Wandstärke des Gehäuseoberteils erreicht.
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Diese Lösung ist zwar im Hinblick auf die homogene Verteilung von Materialspannungen ein Fortschritt, das elliptische Innenprofil ist aber fertigungstechnisch sehr schwer herzustellen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuseoberteil für einen Hochdruckfilter bereitzustellen, das im Betrieb eine homogene Spannungsverteilung und daher geringe Materialermüdung aufweist und gleichzeitig materialsparend und fertigungstechnisch unaufwändig ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuseoberteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft ein Gehäuseoberteil für einen Hochdruckfilter mit einem zweiteiligen Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Filterelement, wobei das Gehäuse das Gehäuseoberteil und ein mit dem Gehäuseoberteil verschraubtes Gehäuseunterteil umfasst, das Gehäuseunterteil an seinem oberen Rand ein umlaufendes Gewinde umfasst, welches in ein komplementäres Gewinde am Gehäuseoberteil eingreift, so dass das Gehäuseunterteil in das Gehäuseoberteil eingeschraubt werden kann oder auf das Gehäuseoberteil aufgeschraubt werden kann, und das Gehäuseoberteil ist mit einem Gehäuseeinlass für zu filterndes Fluid, insbesondere zu filtrierende Hydraulikflüssigkeit und einen Gehäuseauslass für gefiltertes Fluid, insbesondere gefilterte Hydraulikflüssigkeit ausgestattet.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuseoberteil bezüglich einer Schraubachse des Gewindes ein rotationssymmetrisches Innenprofil und ein in einer axialen Draufsicht ein im Wesentlichen konvexes, vorzugsweise vollständig konvexes Außenprofil hat. Als konvex wird in diesem Zusammenhang eine geschlossene Kurve beschrieben, die im mathematischen Sinne konvex ist, d.h. jede Sehne zwischen zwei Punkten der Kurve liegt auf- oder innerhalb der Kurve. Bohrungen z.B. für den Einlass und/oder den Auslass oder Absenkungen für Dichtringe in der Umgebung solcher Bohrungen sollen in diesem Zusammenhang nicht als Teil des Außenprofils zählen und sind für die Eigenschaft „konvex“ unschädlich.
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Bekanntermaßen sind rotationssymmetrische Innenprofile fertigungstechnisch durch Bohren, Fräsen etc. im Gegensatz zu komplexeren Formen wie Ellipsen einfach herzustellen. Gleiches gilt für die Herstellung durch spanfreie Umformverfahren, für die dann entsprechende Prägeformen einfach herstellbar sind und die relative Orientierung der Prägeform für das Innenprofil zur Prägeform für das Außenprofil. Durch die konvexe Formgebung werden Spannungsspitzen im Bereich von Einbuchtungen vermieden, so dass eine homogene Kräfteverteilung gewährleistet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das konvexe Außenprofil aus zwei einander gegenüberliegenden, konvex nach außen gekrümmten Bereichen und zwischen diesen angeordneten abgeflachten Bereichen. Dabei können der Gehäuseeinlass und der Gehäuseauslass insbesondere in den abgeflachten Bereichen vorgesehen sind, was den Anschluss von Hydraulikleitungen vereinfacht.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die konvex nach außen gekrümmten Bereiche in der axialen Draufsicht jeweils Segmente einer Ellipse bilden, insbesondere spiegelsymmetrische Segmente der gleichen Ellipse.
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Gemäß der Erfindung sind der Gehäuseeinlass und der Gehäuseauslass in den abgeflachten Bereichen vorgesehen und eine Wandstärke des Gehäuseoberteils nimmt ausgehend von einer Mitte der Seitenbereiche in Richtung der abgeflachten Bereiche kontinuierlich zu bzw. wächst streng monoton.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Wandstärke des Gehäuseoberteils ausgehend von der Mitte der Seitenbereiche, die insbesondere konvex nach außen gekrümmte Bereiche sind, in Richtung der abgeflachten Bereiche über einen Umfangswinkelbereich von wenigstens 45°, insbesondere wenigstens 60°, kontinuierlich zunimmt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass Krümmungsradius der konvex nach außen gekrümmten Bereiche wenigstens in Punkten einer Umgebung eines Mittelpunkts der gekrümmten Bereiche größer ist als ein Abstand des Punkts von der Schraubachse des Gewindes. Durch die geringe Krümmung wird eine homogene Verteilung der Materialspannungen erreicht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Krümmungsradius in im Wesentlichen allen Punkten der gekrümmten Bereiche größer ist als ein Abstand des Punkts von der Schraubachse des Gewindes.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Gehäuseoberteil einen durch Schmieden oder Kaltfließpressen hergestellten Grundkörper umfasst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Hochdruckfilter mit einem Gehäuseoberteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Der Hochdruckfilter umfasst ein zweiteiliges Gehäuse und ein in dem Gehäuse angeordnetes Filterelement, wobei das Gehäuse ein Gehäuseoberteil und ein mit dem Gehäuseoberteil verschraubtes Gehäuseunterteil umfasst. Das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil sind in bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung Metallteile, insbesondere geschmiedete Metallteile, die relativ dickwandig sind, um den hohen Drücken standzuhalten. Das Gehäuseunterteil umfasst an seinem oberen Rand ein umlaufendes Gewinde, welches in ein komplementäres Gewinde am Gehäuseoberteil eingreift, so dass das Gehäuseunterteil in das Gehäuseoberteil eingeschraubt werden kann oder auf das Gehäuseoberteil aufgeschraubt werden kann. Insbesondere ist das Gewinde am Gehäuseoberteil ein Innengewinde und das Gewinde am Gehäuseunterteil ein Außengewinde, es wäre aber auch die umgekehrte Konfiguration denkbar. Das Gehäuseoberteil ist mit einem Gehäuseeinlass für zu filterndes Fluid, insbesondere zu filtrierende Hydraulikflüssigkeit, und einen Gehäuseauslass für gefiltertes Fluid, insbesondere gefilterte Hydraulikflüssigkeit, ausgestattet.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass am Gehäuseunterteil und am Filterelement ineinandergreifende Mitnehmerstrukturen vorgesehen sind, die beim Abschrauben des Gehäuseunterteils vom Gehäuseoberteil das Filterelement in der Abschraubrichtung mit dem Gehäuseunterteil verbinden. Durch die Mitnehmerstrukturen wird das Filterelement beim Abschrauben des Gehäuseunterteils vom Gehäuseoberteil gelöst und mit dem Gehäuseunterteil bewegt. Ein Anhaften des Filterelements am Gehäuseoberteil wird vermieden und der Austausch des Filterelements wird auch bei geringem horizontalem Bauraum ohne Komplikationen ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die ineinander eingreifenden Gewinde am Gehäuseunterteil und am Gehäuseoberteil gefräste Gewinde mit definierter Endlage. Dadurch kann die relative Drehlage des Gehäuseunterteils und Gehäuseoberteils in der vollständig ein- bzw. aufgeschraubten Konfiguration präzise festgelegt werden, wodurch neue konstruktive Möglichkeiten eröffnet werden, von denen einige im Folgenden beschrieben werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Hochdruckfilter ein im Gehäuseoberteil angeordnetes Strömungsleitelement umfasst, welches den Innenraum des Gehäuseoberteils in einen Rohbereich und einen Reinbereich unterteilt, wobei der Rohbereich mit der Rohseite des Filterelements in Strömungsverbindung steht und der Reinbereich mit der Reinseite des Filterelements in Strömungsverbindung steht. Das Strömungsleitelement ist in bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ein Kunststoffteil, insbesondere ein Kunststoff-Spritzgussteil. Erfindungsgemäß ist das Strömungsleitelement fest mit dem Filterelement verbunden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Strömungsleitelement einstückig mit einer oberen Endscheibe des Filterelements ausgestaltet, beispielswiese als Kunststoff-Spritzgussteil.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Endlage der Gewinde, die Mitnehmerstruktur am Gehäuseunterteil und das Strömungsleitelement so ausgestaltet, dass bei eingreifenden Mitnehmerstrukturen in der Endlage des Gewindes der Gehäuseeinlass in den Rohbereich des Strömungsleitelements einmündet und der Gehäuseauslass aus dem Reinbereich Strömungsleitelements herausführt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass das mit dem Filterelement verbundene Strömungsleitelement, das gemeinsam mit dem Filterelement ausgetauscht werden kann, immer in der richtigen Rotationslage eingebaut wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Mitnehmerstrukturen mindestens eine Ausnehmung am oberen Rand des Gehäuseunterteils und mindestens einen Vorsprung an einer radialen Außenseite des Filterelements umfassen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat die Ausnehmung am oberen Rand des Gehäuseunterteils ein in einer radialen Ansicht L-förmiges Profil, dessen horizontaler Schenkelbereich sich in eine der Abschraubrichtung entgegengesetzte Richtung erstreckt und so ausgestaltet ist, dass sich der horizontale Schenkelbereich beim Abschrauben des Gehäuseunterteils über den Vorsprung an der radialen Außenseite des Filterelements schiebt und das Filterelement axial mit dem Gehäuseunterteil verbindet. Dadurch wird eine axiale Verbindung und Kraftübertragung zwischen Filterelement und Gehäuseunterteil hergestellt, die das Filterelement beim Abschrauben sicher im Gehäuseunterteil hält und ein Herausgleiten vermeidet.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Mitnehmerstrukturen mehrere Ausnehmungen am oberen Rand des Gehäuseunterteils und mehrere Vorsprünge an der radialen Außenseite des Filterelements umfassen, die nur in einer bestimmten relativen Drehlage von Filterelement und Gehäuseunterteil miteinander in Eingriff gebracht werden können. Durch mehrere Mitnehmerstrukturen kann die Drehmomentübertragung verbessert werden, ein Verkanten des Filterelements durch einseitiges Übertragen einer axialen Zugkraft kann vermieden werden und gleichzeitig kann ein Einbau in einer ungeeigneten Drehlage vermieden werden. Letzteres kann insbesondere durch eine nicht-rotationssymmetrische Anordnung der Mitnehmerstrukturen gewährleistet werden.
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Als optionale Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass wenigstens einer der Vorsprünge an der radialen Außenseite des Filterelements eine Federzunge umfasst, die insbesondere mit ihrem freien Ende in die der Abschraubrichtung entgegengesetzte Richtung an eine Seitenfläche eines festen Bereichs des Vorsprungs angeformt sein kann. die einem Eingriff eines anderen der Vorsprünge in eine der Ausnehmungen am oberen Rand des Gehäuseunterteils entgegenwirkt, wenn sich das Filterelement und das Gehäuseunterteil nicht in der bestimmten relativen Drehlage befinden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gehäuseunterteil einen Gehäuseboden und ein Zwischenraum zwischen Gehäuseboden und einer Unterseite des Filterelements ist frei von Stützelementen zum Abstützen des Filterelements am Gehäuseboden. Während solche Stützelemente in herkömmlichen Hochdruckfiltern notwendig sind, um das Dichtelement der oberen Endscheibe des Filterelements über den Reinölstutzen zu pressen und so einen Kurzschluss zu vermeiden, ist in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch die Ausgestattung von Filterelement und Strömungsleitelement als ein Bauteil eine solche Abstützung nicht notwendig. Auch wenn die letztgenannten Bauteile getrennt voneinander ausgebildet sind, kann in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung die axiale Abstützung des Filterelements über Mitnehmerelemente erfolgen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Filterelements exzentrisch im Gehäuseunterteil angeordnet ist. Die Exzentrizität bezieht sich dabei auf die Schraubachse des Gewindes des Gehäuseunterteils und ist derart, dass bei Ein- oder Aufgeschraubtem Gehäuseunterteil in der definierten Endlage des Gewindes ein Spalt zwischen der Innenwand des Gehäuseunterteils und der radialen Außenfläche des Filterelements auf der Seite des Gehäuseeinlasses größer ist als auf der Seite des Gehäuseauslasses, und zwar wenigstens um 30% größer, bevorzugt wenigstens um 50% größer und am besten wenigstens um 100% größer.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Filterelement zur Verwendung in einem Hochdruckfilter der oben beschriebenen Art.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die gesamte Beschreibung, die Ansprüche und die Figuren offenbaren Merkmale der Erfindung in speziellen Ausführungsbeispielen und Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren Kombinationen oder Unterkombinationen zusammenfassen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an seine Bedürfnisse oder an spezielle Anwendungsbereiche anzupassen.
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Dabei zeigen:
- 1 einen Hochdruckfilter nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
- 1a ein Gehäuseoberteil des Hochdruckfilters aus
- 1 in einem Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
- 2 eine Detaildarstellung des oberen Rands des Gehäuseunterteils;
- 3 eine Detaildarstellung des Strömungsleitelements;
- 4A - 4D verschiedene Konfigurationen der Mitnehmerstrukturen des erfindungsgemäßen Hochdruckfilters;
- 5 eine Detaildarstellung eines Strömungsleitelements nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 6A - 6D verschiedene Konfigurationen der Mitnehmerstrukturen des erfindungsgemäßen Hochdruckfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 7 einen Hochdruckfilter nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt einen Hochdruckfilter nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Hochdruckfilter hat ein zweiteiliges Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Filterelement 30, wobei das Gehäuse ein Gehäuseoberteil 10 und ein mit dem Gehäuseoberteil 10 verschraubtes Gehäuseunterteil 12 umfasst. Das Gehäuseoberteil 10 und das Gehäuseunterteil 12 sind geschmiedete Metallteile, die relativ dickwandig sind, um den hohen Drücken standzuhalten. Das Gehäuseunterteil 12 umfasst an seinem oberen Rand ein umlaufendes Außengewinde 14, welches in ein komplementäres Innengewinde 16 am Gehäuseoberteil 10 eingreift, so dass das Gehäuseunterteil 12 in das Gehäuseoberteil 10 eingeschraubt werden kann. Das Gehäuseoberteil 10 ist mit einem Gehäuseeinlass 18 für zu filtrierende Hydraulikflüssigkeit und einen Gehäuseauslass 20 gefilterte Hydraulikflüssigkeit ausgestattet.
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Erfindungsgemäß sind am Gehäuseunterteil 12 und am Filterelement 30 ineinandergreifende, als Ausnehmung 22 und Vorsprung 24 ausgestaltete Mitnehmerstrukturen vorgesehen, die das Filterelement 30 mit dem Gehäuseunterteil 12 verbinden, wenn das Gehäuseunterteil 12 in der in der Abschraubrichtung vom Gehäuseoberteil 10 abgeschraubt wird. Durch die Wirkung Mitnehmerstrukturen wird das Filterelement 30 beim Abschrauben des Gehäuseunterteils 12 vom Gehäuseoberteil 10 gelöst und mit dem Gehäuseunterteil 12 bewegt.
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Das Außengewinde 14 am Gehäuseunterteil 12 und das Innengewinde 16 am Gehäuseoberteil 10 sind gefräste Gewinde mit definierter Endlage, so dass in der fest montierten Endposition die relative Drehlage des Gehäuseunterteils 12 zum Gehäuseoberteil 10 eindeutig definiert ist.
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1a zeigt das Gehäuseoberteil 10 aus 1 in einem Schnitt entlang der Linie A-A.
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Das Gehäuseoberteil 10 hat bezüglich einer Schraubachse des Gewindes 16 ein rotationssymmetrisches, insbesondere zylindrisches Innenprofil 56 und in einer axialen Draufsicht ein im Wesentlichen konvexes, vorzugsweise vollständig konvexes Außenprofil 58.
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Das konvexe Außenprofil 58 aus zwei einander gegenüberliegenden, konvex nach außen gekrümmten Bereichen 60 und zwischen diesen angeordneten abgeflachten Bereichen 62, wobei der Gehäuseeinlass 18 und der Gehäuseauslass 20 als Bohrungen in den abgeflachten Bereichen vorgesehen sind. Die Bohrungen sind von jeweils einem ringförmigen, abgesenkten Bereich 64 umgeben, in den im Betrieb ein Dichtring eingelegt wird.
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In dem in 1a dargestellten Beispiel bilden die konvex nach außen gekrümmten Bereiche 60 in der axialen Draufsicht Segmente einer Ellipse.
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Das in 1a dargestellte Außenprofil 58 besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Seitenbereichen, nämlich den gekrümmten Bereichen 60 und zwei zwischen diesen angeordneten abgeflachten Bereichen 62. Eine Wandstärke des Gehäuseoberteils nimmt ausgehend von einer Mitte der Seitenbereiche 60 bzw. der kurzen Achse der Ellipse in Richtung der abgeflachten Bereiche 62 kontinuierlich zu, und zwar über einen Umfangswinkelbereich von wenigstens 45°, insbesondere wenigstens 60°, vorzugsweise bis zu dem Punkt, in dem der gekrümmte Bereich 60 in den abgeflachten Bereich 62 übergeht.
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Ein Krümmungsradius der konvex nach außen gekrümmten Bereiche 60 ist allen Punkten der gekrümmten Bereiche 60 größer als ein Abstand des Punkts von der Schraubachse des Gewindes 16, im Bereich der Mittelpunkte sogar um wenigstens einen Faktor 1.5 grö-ßer.
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Zur Herstellung des Gehäuseoberteils 10 wird in einem ersten Schritt durch ein spanloses Umformverfahren, insbesondere durch Schmieden oder Kaltfließpressen, ein Grundkörper hergestellt, dann das Gewinde 16 eingefräst, die Öffnungen für den Einlass und Auslass gebohrt und mit Gewinde versehen und Absenkungen und Oder Nuten für Dichtringe eingearbeitet, wobei die Reihenfolge der letztgenannten Schritte beliebig ist.
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Am Filterelement 30 ist ein Strömungsleitelement 40 angeordnet, welches den Innenraum des Gehäuseoberteils 10 in einen Rohbereich 26 und einen Reinbereich 28 unterteilt. Im montierten Zustand steht der Rohbereich 26 mit der Rohseite des Filterelements 30 in Strömungsverbindung und der Reinbereich 28 steht mit der Reinseite des Filterelements 30 in Strömungsverbindung. Andererseits mündet der Gehäuseeinlass 18 in den Rohbereich 26 des Strömungsleitelement 40s ein und der Gehäuseauslass 20 führt aus dem Reinbereich 28 Strömungsleitelement 40s heraus. Zur Trennung von Rohbereich 26 und Reinbereich 28 umfasst das Strömungsleitelement 40 eine schräg im zylindrischen Innenraum des Gehäuseoberteils 10 angeordnete, elliptische Dichtlippe 32, die im montierten Zustand dicht an den zylindermantelförmigen Innenwänden des Gehäuseoberteils 10 anliegt. Der Gehäuseeinlass 18 liegt unterhalb des höchsten Punkts der Dichtlippe 32, an deren Unterseite der Rohbereich 26 und an deren Oberseite der Reinbereich 28 liegt. Der Gehäuseauslass 20 liegt entsprechend oberhalb des tiefsten Punkts der Dichtlippe 32.
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Das Strömungsleitelement 40 ist ein mit dem Filterelement 30 fest verklebtes Kunststoff-Spritzgussteil.
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Die Endlage der gefrästen Gewinde, die Mitnehmerstruktur 22, 24 am Gehäuseunterteil 12 und das Strömungsleitelement 40 sind so ausgestaltet, dass bei eingreifenden Mitnehmerstrukturen 22, 24 in der Endlage des Gewindes die Dichtlippe 32 die oben beschriebene Orientierung hat, d.h. der Gehäuseeinlass 18 unterhalb des höchsten Punkts der Dichtlippe 32 liegt und Gehäuseauslass 20 entsprechend oberhalb des tiefsten Punkts der Dichtlippe 32 liegt.
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Die Mitnehmerstrukturen umfassen zwei Ausnehmungen 22 am oberen Rand des Gehäuseunterteils 12 und zwei Vorsprünge 24 an einer radialen Außenseite des Filterelements 30.
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2 zeigt eine Detaildarstellung des oberen Rands des Gehäuseunterteils 12. Oberhalb des Außengewindes 14 und eines Dichtrings 52 ist ein Bereich mit eingefrästen Ausnehmungen 22 vorgesehen. Die eingefrästen Ausnehmungen 22 am oberen Rand des Gehäuseunterteils 12 haben ein in einer radialen Ansicht L-förmiges Profil. Die Profile beider Ausnehmungen 22 sind identisch, könnten sich aber auch unterscheiden. Die Ausnehmungen 22 sind um einen Winkel, der sich von 180° unterscheidet, versetzt am oberen Rand des Gehäuseunterteils 12 angeordnet. Dadurch können die Ausnehmungen 22 und Vorsprünge 24 am Filterelement 30 nur dann miteinander in Eingriff gebracht werden, wenn das Filterelement 30 und das Gehäuseunterteil 12 in der durch die Endlage der Gewinde bestimmten relativen Drehlage zueinander angeordnet sind.
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Ein horizontaler Schenkelbereich 42 des L-förmigen Profils erstreckt sich in eine der Abschraubrichtung entgegengesetzte Richtung.
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3 zeigt eine Detaildarstellung des Strömungsleitelements 40, das gleichzeitig die mit dem Filterelement 30 verklebte Endscheibe des Filterelements 30 bildet. Die radialen Außenwände des Strömungsleitelements 40 unterhalb der Dichtlippe 32 bilden daher gleichzeitig eine radiale Außenseite des Filterelements 30.
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In Positionen, die denjenigen der Ausnehmungen 22 entsprechen bzw. die um den gleichen Winkel gegeneinander versetzt sind, sind an der radialen Außenseite des Filterelements 30 bzw. des Strömungsleitelements 40 die Vorsprünge 24 vorgesehen.
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Im Reinbereich 28 des Filterelements 30 sind röhrenartige Strukturen vorgesehen, die zur Abstützung des Strömungsleitelements 40 an dem Gehäuseoberteil 10 genutzt werden. Optional können diese Strukturen und/oder weitere Strukturen zur Aufnahme von Druck- Differenzdruck- und/oder Temperatursensoren vorgesehen sein.
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4A zeigt eine Konfiguration, in der einer der Vorsprünge 24 nicht unmittelbar oberhalb der zugehörigen Ausnehmung 22 angeordnet ist. Der Vorsprung 24 liegt dann auf dem oberen Rand des Gehäuseunterteils 12 auf und beim Einschrauben des Gehäuseunterteils wird das Filterelement 30 bzw. das Strömungsleitelement 40 über in das Gehäuseoberteil 10 geschoben. Dabei gleitet der Vorsprung 24 auf dem oberen Rand des Gehäuseunterteils 10, da die einer Drehung entgegenwirkende Reibkraft der Dichtlippe 32 an der Innenwand des Gehäuseunterteils 12 in der Regel größer ist als die Reibung des Vorsprungs 24 auf dem oberen Rand des Gehäuseunterteils 12.
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4B zeigt eine Konfiguration, in der einer der Vorsprünge 24 unmittelbar oberhalb derjenigen Ausnehmung 22 angeordnet ist, die dem anderen Vorsprung 24 zugeordnet ist, der andere Vorsprung 24 aber aufgrund der nicht rotationssymmetrischen Anordnung wie in 4A dargestellt gegenüber der Ausnehmung 22 versetzt ist. Die bestimmte relative Drehlage, in der die Dichtlippe 32 die korrekte Orientierung einnimmt, wenn der Anschlag des Gewindes erreicht ist, ist also noch nicht erreicht. Der eine Vorsprung 24 kann kann dann nicht in der axialen Richtung in die Ausnehmung 22 eintauchen, da der andere Vorsprung 24 (nicht dargestellt) weiterhin auf dem oberen Rand aufliegt. Beim Weiterdrehen des Gehäuseunterteils 12 schiebt sich der Vorsprung 24 dann aber wieder über die in 4B linke Kante der Vertiefung auf den oberen Rand des weiter eingeschraubten Gehäuseunterteils 12 bis sie über der nächsten Vertiefung angeordnet ist.
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4C zeigt eine Konfiguration, in der einer der Vorsprünge 24 unmittelbar oberhalb derjenigen Ausnehmung 22 angeordnet ist, diesem Vorsprung 24 zugeordnet ist. Der andere Vorsprung 24 muss dann ebenfalls über der ihm zugeordneten Ausnehmung 22 angeordnet sein. Die bestimmte relativ Drehlage ist also erreicht, so dass die Vorsprünge 24 gleichzeitig in die entsprechenden Ausnehmungen 22 eingreifen können.
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In der Praxis kann der Monteur beim Einsetzen das Filters auch auf die Orientierung achten sofort die Vorsprünge 24 in die entsprechenden Ausnehmungen 22 einsetzen und muss die in 4A - 4C illustrierte automatische Orientierung nicht nutzen.
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Eine Gesamtlänge des Vorsprungs 24 entspricht der Länge der oberen Öffnungen der Ausnehmungen 22 im oberen Rand des Gehäuseunterteils 12, so dass die Vorsprünge 24 ohne in die Gegenrichtung wirkende Federkraft vollständig in die Ausnehmungen 22 eintauchen können. Die in 4C linke bzw. der Einschraubrichtung entgegengesetzte Kante der Ausnehmung 22 schlägt an den linken Rand des Vorsprungs 24 an und nimmt diesen und damit das gesamte Filterelement 30 bei der nachfolgenden Drehung mit, bis der Anschlag des Gewindes erreicht ist und das Strömungsleitelement 40 im Innenraum des Gehäuseoberteils 10 die richtige Orientierung einnimmt.
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Eine axiale Höhe des Vorsprungs 24 entspricht bis auf eine gewisse Toleranz der axialen Höhe des horizontalen Schenkelbereichs 42 des L-förmigen Profils der Ausnehmung 22. Beim Herausschrauben des Gehäuseunterteils 12 wirkt zunächst die Reibkraft zwischen der Dichtlippe 32 und der Innenwand des Gehäuseoberteils 10, so dass das Filterelement 30 festgehalten wird und sich der horizontale Schenkelbereich 42 beim Abschrauben des Gehäuseunterteils 12 über den Vorsprung 24 an der radialen Außenseite des Filterelements 30 schiebt, bis das Ende des Vorsprungs 24 an das Ende des horizontalen Schenkelbereichs 42 anschlägt. Diese Konfiguration ist in 4D dargestellt. Durch eine weitere Drehung des Gehäuseunterteils 12 in Abschraubrichtung wird ein Drehmoment auf das Filterelement 30 übertragen und über den Eingriff des Vorsprungs 24 mit dem horizontalen Schenkelbereich 42 der Ausnehmung 22, der das Filterelement 30 axial mit dem Gehäuseunterteil 12 verbindet, wird eine Zugkraft auf das Filterelement 30 ausgeübt, so dass sich das Filterelement 30 und das Strömungsleitelement 40 von dem oberen Gehäuseteil lösen und vom unteren Gehäuseteil mitgenommen werden. Die Vorsprünge 24 und die Ausnehmungen 22 sind daher ineinandergreifende Mitnehmerstrukturen, die beim Abschrauben des Gehäuseunterteils 12 vom Gehäuseoberteil 10 das Filterelement 30 in der Abschraubrichtung und auch in der axialen Richtung mit dem Gehäuseunterteil 12 verbinden.
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Ein bemerkenswerter Vorteil der Erfindung ist, dass das Filterelement 30 nicht an einem Gehäuseboden des Gehäuseunterteils 12 abgestützt werden muss. An der Unterseite des Filterelements 30 ist ein Bypass-Ventil 54 angeordnet und ein Zwischenraum zwischen Gehäuseboden und einer Unterseite des Filterelements 30 ist frei von Stützelementen zum Abstützen des Filterelements 30 am Gehäuseboden.
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Die 5 - 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Folgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem in den 1 - 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Hinblick auf Merkmale, die unverändert sind, auf die Beschreibung zu dem in den 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen wird. Gleich oder ähnlich wirkende Merkmale werden dabei zum besseren Verständnis mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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5 zeigt eine Detaildarstellung des Strömungsleitelements 40 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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An der radialen Außenseite des Filterelements 30 bzw. des Strömungsleitelements 40 sind Vorsprünge 24 vorgesehen, wobei jeder der Vorsprünge 24 eine Federzunge 50 umfasst, die sich in Umfangsrichtung des Filterelements 30 in der Einschraubrichtung des Gehäuseunterteils 12 erstreckt und mit einem festen Bereich des entsprechenden Vorsprungs 24 verbunden ist.
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6A zeigt eine Konfiguration, in der einer der Vorsprünge 24 nicht unmittelbar oberhalb der zugehörigen Ausnehmung 22 angeordnet ist. Die Federzunge 50 liegt dann auf dem oberen Rand des Gehäuseunterteils 12 auf und beim Einschrauben des Gehäuseunterteils 12 wird das Filterelement 30 bzw. das Strömungsleitelement 40 über die Federkraft in das obere Gehäuseelement geschoben. Dabei gleitet die Federzunge 50 auf dem oberen Rand des Gehäuseteils, da die einer Drehung entgegenwirkende Reibkraft der Dichtlippe 32 an der Innenwand des Gehäuseoberteils 10 in der Regel größer ist als die Reibung der Federzunge 50 auf dem oberen Rand des Gehäuseteils.
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6B zeigt eine Konfiguration, in der einer der Vorsprünge 24 unmittelbar oberhalb derjenigen Ausnehmung 22 angeordnet ist, die dem anderen Vorsprung 24 zugeordnet ist, der andere Vorsprung 24 aber aufgrund der nicht rotationssymmetrischen Anordnung wie in 6A dargestellt gegenüber der Ausnehmung 22 versetzt ist. Die bestimmte relative Drehlage, in der die Dichtlippe 32 die korrekte Orientierung einnimmt, wenn der Anschlag des Gewindes erreicht ist, ist also noch nicht erreicht. Die Federzunge 50 des einen Vorsprungs 24 kann bis zu einer Tiefe, die der Auslenkung der Federzunge 50 des anderen Vorsprungs 24 entspricht, in die Ausnehmung 22 eintauchen. Beim Weiterdrehen des Gehäuseunterteils 12 schiebt sich die Federzunge 50 aber wieder über die in 6B linke Kante der Vertiefung auf den oberen Rand des weiter eingeschraubten Gehäuseunterteils 12 bis sie über der nächsten Vertiefung angeordnet ist.
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6C zeigt eine Konfiguration, in der einer der Vorsprünge 24 unmittelbar oberhalb derjenigen Ausnehmung 22 angeordnet ist, diesem Vorsprung 24 zugeordnet ist. Der andere Vorsprung 24 muss dann ebenfalls über der ihm zugeordneten Ausnehmung 22 angeordnet sein. Die bestimmte relative Drehlage ist also erreicht, so dass die Vorsprünge 24 gleichzeitig in die entsprechenden Ausnehmungen 22 eingreifen können.
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Eine Gesamtlänge des Vorsprungs 24, also eine Summe der Längen der Federzunge 50 und des festen Bereichs, entspricht der Länge der oberen Öffnungen der Ausnehmungen 22 im oberen Rand des Gehäuseunterteils 12, so dass die Vorsprünge 24 ohne in die Gegenrichtung wirkende Federkraft vollständig in die Ausnehmungen 22 eintauchen können.
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Beim Herausschrauben des Gehäuseunterteils 12 schlägt das freie Ende der Federzunge 50 an das Ende des horizontalen Schenkelbereichs 42 an. Diese Konfiguration ist in 6D dargestellt. Durch eine weitere Drehung des Gehäuseunterteils 12 in Abschraubrichtung wird über den Vorsprung 24 und die Federzunge 50 eine Zugkraft auf das Filterelement 30 ausgeübt, so dass sich das Filterelement 30 und das Strömungsleitelement 40 von dem oberen Gehäuseteil lösen und vom unteren Gehäuseteil mitgenommen werden.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung des Hochdruckfilters nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Filterelement 30 bzw. eine Mittelachse 44 des Filterelements 30 ist gegenüber der Mittelachse 46 des Filtertopfs bzw. Gehäuseunterteils 12 exzentrisch angeordnet.
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Die Mittelachse 44 des Filterelements 30 ist gegenüber der Mittelachse des Filtertopfs in Richtung des Gehäuseauslasses 20 versetzt, so dass ein radialer Spalt 48 zwischen dem Filterelement 30 und der Innenwand des Gehäuseunterteils 12 auf der Seite des Gehäuseeinlass 18es breiter ist als auf der Seite des Gehäuseauslasses 20. Dadurch können ein Strömungswiderstand und folglich ein Druckabfall im Filter verringert werden. Insbesondere kann die Breite des radialen Spalts auf der Seite des Gehäuseeinlass 18es um wenigstens 50%, vorzugweise um wenigstens 100% größer sein als auf der Seite des Gehäuseauslasses 20.
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Die Exzentrizität wird durch eine entsprechende Form des Strömungsleitelements 40 bzw. der unteren Endscheibe des Filterelements 30 realisiert.
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Sämtliche kennzeichnenden Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels, insbesondere aber die exzentrische Anordnung des Filterelements 30 in Bezug auf die Mittelachse des Gehäuseunterteils 12, sind natürlich auch im ersten Ausführungsbeispiel vorteilhaft einsetzbar.
