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Die Erfindung betrifft einen Fluidfilter für magnetische Partikel, insbesondere für hydraulische Systeme, wie beispielsweise Bremssysteme oder Hydraulikkreisläufe von Ausrücksystemen für Kupplungen.
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In hydraulischen Systemen kommt es zuweilen vor, dass Bauteile metallene Teilchen freisetzen bzw. abgeben, welche dann von dem im System befindlichen Hydraulikfluid mitgeführt werden. Dies birgt die Gefahr, dass andere Bauteile durch die mitgeführten Partikel in ihrer Funktion beeinträchtigt werden, wodurch es zu einer verringerten Leistung oder sogar zu einem Ausfall des Systems kommen kann. Ein Beispiel eines solchen Systems ist ein hydraulisches Ausrücksystem für Kupplungen eines Kraftfahrzeugs. Bei diesem Beispiel können insbesondere die Dichtung und oder der Dichtungsträger eines Nehmerzylinders des hydraulischen Ausrücksystems beschädigt werden, was zu einer verringerten Lebensspanne des Nehmerzylinders führt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Filter für magnetische Partikel, insbesondere für hydraulische Systeme, anzugeben, welcher eine hohe Filterleistung bei geringen Kosten und geringer Komplexität gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Filter für magnetische Partikel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Fluidfilter für magnetische Partikel weist ein Gehäuse mit einem ersten Anschluss für eine erste Fluidleitung und einem zweiten Anschluss für eine zweite Fluidleitung auf, wobei sich innerhalb des Gehäuses zwischen den beiden Anschlüssen eine Fluidpassage erstreckt, wobei innerhalb Mittelachse M des ersten Anschlusses zusammenfällt. Somit liegt der Magnetkörper beim Einsatz des Fluidfilters direkt mittig im Strömungsweg des Fluids und kann von diesem umströmt werden. Die magnetischen Partikel gelangen also im Betrieb des Fluidfilters über die erste Fluidleitung zur Fluidpassage des Gehäuses, wo sie auf den Magnetkörper treffen, um anschließend entlang der Länge I des Magnetkörpers in Richtung des zweiten Anschlusses zu strömen. Da durch diese Anordnung die Magnetkraft des Magnetkörpers optimal ausgenutzt wird, ist es möglich, den Fluidfilter platzsparend zu bauen, so dass er auch in Hydrauliksystemen mit beschränktem Raum, wie es insbesondere bei hydraulischen Ausrücksystemen für Kupplungen häufig der Fall ist, eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses eines Fluidfilters weist der Magnetkörper eine erste Stirnfläche auf, welche gegen den ersten Anschluss gerichtet ist und sich senkrecht zu der Mittelachse M des ersten Anschlusses erstreckt. Bei dieser Ausführungsform strömt das Fluid auf seinem Weg durch den Fluidfilter direkt auf die Stirnfläche des Magnetkörpers zu. Da der zu durchströmende Querschnitt im Bereich des Magnetkörpers größer ist als davor, wirddie Strömungsgeschwindigkeit des Fluids reduziert. Aufgrund der Geschwindigkeitsreduktion verbleibt das Fluid und damit die magnetischen Partikel bzw. Verunreinigungen des Fluids länger im Bereich des Magnetfeldes des Magnetkörpers und können dadurch besser abgelenkt und vom Fluid separiert werden. Zum anderen werden die Partikel in dem Fluid aufgrund der Inertialkräfte auf den Magnetkörper zubewegt, wenn der Fluidstrom vor der Stirnfläche seine Strömungsrichtung ändert, um um den Magnetkörper herumzuströmen.
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Die Wirkung des Fluidfilters wird weiter verstärkt, wenn die erste Stirnfläche einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Bei dieser Ausgestaltung wird der Fluidstrom rotationssymmetrisch aufgespalten und bewegt sich so gleichmäßig um den Magnetkörper in Richtung des zweiten Anschlusses. Hierdurch wird gewährleistet, dass die in dem Fluid befindlichen Verschmutzungspartikel einheitlich verteilt werden und so das Magnetfeld des Magnetfilters die Partikel optimal erreicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Magnetkörper eine zweite Stirnfläche auf, welche sich parallel zur ersten Stirnfläche erstreckt und dieser entgegengesetzt angeordnet ist. Auch diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine Art der Symmetrie und somit durch eine gute Ausnutzung des Magnetfelds aus. Das Magnetfeld verläuft hier von einer Stirnseite zur zweiten in Bogenlinien um den Mantel des Magnetkörpers herum.
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Bei einer Fortbildung dieser Ausführungsform ist der Magnetkörper zylinderförmig ausgebildet. Der Zylinder befindet sich mit seiner Längsachse vorzugsweise zentrisch im Strömungsweg des Fluids und wird beim Einsatz gleichmäßig von diesem umspült. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidfilters ist besonders einfach in der Herstellung.
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Um den Magnetkörper im Gehäuse auf einfache Weise zu halten, kann es von Vorteil sein, wenn er in das Gehäuse eingepresst ist. Bei dieser Ausführungsform bedarf es keiner zusätzlichen Befestigungsmittel, um den Magnetkörper im Gehäuse zu sichern. Darüber hinaus stellt diese Art der Befestigung sicher, dass der Magnetkörper dem Strömungsdruck, der durch das stirnseitige Auftreffen des Fluids hervorgerufen wird, standhält, ohne seine Position zu verändern bzw. zu verrücken. Der Magnetkörper wird bei der Herstellung des Fluidfilters einem Gehäuse, das beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein kann, verpresst, einem Verfahren, das im Stand der Technik bekannt ist und deshalb hier nicht näher erläutert werden soll. Damit wird eine kompakte Einheit hergestellt, welche auf einfache Weise in ein bestehendes Hydrauliksystem integriert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird Magnetkörper mit Hilfe von mehreren, sich nach innen erstreckenden Vorsprüngen des Gehäuses in einem Presssitz gehalten. Die Vorsprünge sind somit Teil des Gehäuses, beispielsweise als ein Körper im Spritzgussverfahren ausgebildet. Die Vorsprünge stützen den Magnetkörper an mehreren Punkten in, vorzugsweise gleichen, radialen Abständen ab. Dabei handelt es sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung um eine Dreipunktstabilisierung, d.h. dass drei in Umfangsrichtung äquidistante Vorsprünge vorhanden sind. Auf diese Weise wird ein Verkippen des Magnetkörpers weitestgehend ausgeschlossen. Die Vorsprünge erstrecken sich vorzugsweise linear entlang der Längsachse des Magnetkörpers, bevorzugt über die gesamte Länge des Magnetkörpers oder darüber hinaus.
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Die zwischen den einzelnen Vorsprüngen bestehenden freien Bereiche dienen als Strömungskanäle für das Fluid entlang dem Magnetkörper.
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Bei dem Fluidfilter kann mindestens einer der beiden Anschlüsse als eine röhrenförmige Aufnahme für eine Fluidleitung an einem Ende des Gehäuses ausgebildet sein. Beim Einbau des Fluidfilters kann somit eine Fluidleitung direkt oder über einen Adapter in die entsprechende Aufnahme eingeführt werden. Die beiden Anschlüsse liegen einander vorzugsweise entlang der Längsachse d.h. in Axialrichtung des Magnetkörpers gegenüber. Auf diese Weise liegt der Magnetkörper in einem linearen Strömungsweg zwischen den beiden Anschlüssen und kann somit gleichmäßig von dem Fluid umströmt werden.
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Die mindestens eine röhrenförmige Aufnahme kann sich an zumindest einer Stelle stufenförmig oder kontinuierlich in Richtung des Magnetkörpers verjüngen. Dies erleichtert die Einführung einer Fluidleitung und kann einen passgenauen Sitz der Leitung in dem Gehäuse des Fluidfilters begünstigen. Im Bereich des Magnetkörpers erweitert sich die Fluidpassage, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids an dieser Stelle reduziert.
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Wie bereits erwähnt betrifft die Erfindung auch ein hydraulisches System, welches einen Fluidfilter nach einer oder mehreren der vorstehenden Ausgestaltungen aufweist. Hierbei ist an jedem der Anschlüsse des Fluidfilters je eine Fluidleitung so befestigt, dass eine jeweilige zum Magneten gerichtete Endöffnung der jeweiligen Fluidleitung in die Fluidpassage des Gehäuses mündet. Bei dem hydraulischen System kann es sich beispielsweis um einen hydraulischen Bremskreislauf handeln oder um eine hydraulische Ausrückeinrichtung zur Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung. Allgemein jedoch ist der Fluidfilter in jedem hydraulischen System einsetzbar, bei dem ein reines, möglichst partikelfreies Fluid für die Betätigung eines hydraulischen Aktors benötigt wird.
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Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung ein beispielhafter Fluidfilter beschrieben, welcher nicht als begrenzend für den Schutzbereich der Erfindung zu verstehen ist. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines hydraulischen Systems, bei dem der beispielhafte Fluidfilter im Einsatz ist; und
- 2 die Ausführungsform von 1 im Schnitt entlang der Achse Z-Z.
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In 1 ist ein Fluidfilter 1 dargestellt, der in ein hydraulisches System 100, beispielsweise ein hydraulisches Ausrücksystem für die Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung beschrieben. Der Fluidfilter 1 ist hier in ein Gehäuse 10 eingesetzt, in dem er beispielsweise durch Presspassung befestigt ist. Das Gehäuse 10 kann insbesondere aus Kunststoff, aber auch beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine erste Fluidleitung 2 sowie eine zweite Fluidleitung 3 zu sehen, welche mit ihren jeweils zugehörigen Endöffnungen 2a bzw. 3a in das Gehäuse 10 eingeführt sind. Hierbei ist die erste Fluidleitung 2 unmittelbar in einen ersten Anschluss 11 des Gehäuses eingeführt, wohingegen die zweite Fluidleitung 3 in einem Adapter 4 aufgenommen ist, welcher wiederum über einen zweiten Anschluss 12 in das Innere des Gehäuses 10 eingeführt ist. Wie dies in 1 zu erkennen ist, sind hierfür der erste Anschluss 11 des Gehäuses 10 als eine erste röhrenförmige Aufnahme 16 und der zweite Anschluss 12 als eine zweite röhrenförmige Aufnahme 17 ausgebildet. Grundsätzlich sind natürlich auch andere Formen der Anschlüsse 11, 12 des Gehäuses denkbar. So können diese beispielsweise als Flansche (in den Figuren nicht dargestellt) ausgeführt sein, an welche die Fluidleitungen 2, 3, sofern sie mit entsprechenden Gegenstücken ausgestattet sind, angeflanscht werden können.
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Der Adapter 4 umfasst in der gezeigten Ausführungsform in einem vorderen Endbereich 4a, welcher beim Einsatz des Adapters 4 im Gehäuse 10 des hydraulischen Systems 100 gegen das Gehäuseinnere gerichtet ist bzw. in das Gehäuseinnere weist, eine radial umlaufende Vertiefung 4b, welche mit einer radial umlaufenden und nach innen vorstehenden Auskragung 10a des Gehäuses 10 zusammenwirkt. Die radial umlaufende Vertiefung bildet einen Sitz für einen Dichtring.
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Bei der Montage wird zunächst der Magnetkörper 14 in das Gehäuse 10 eingepresst (in der Darstellung der 1 von der linken Seite aus). Danach können die Fluidleitungen 2, 3 beispielsweise über Reibschweißung am Adapter 4 bzw. am Gehäuse 10 befestigt werden. Anschließend wird der Adapter 4 mit seinem vorderen Endbereich 4a in die zweite röhrenförmige Aufnahme 17 des Gehäuses 10 eingeschoben.. In der gezeigten Ausführungsform weist der Adapter 4 in einem hinteren Endbereich 4c einen Anschlag 4d für den Einschub des Adapters 4 in das Gehäuse 10 auf, dessen Durchmesser D größer ist als ein Durchmesser d der zweiten röhrenförmigen Aufnahme 17 an deren äußeren Ende 17a. Zum Abschluss der Montage kann beispielsweise ein Sicherungsdraht 5 zwischen Gehäuse 10 und Adapter 4 gesetzt werden. In einer Stellung, in welcher der Adapter 4 in die zweite röhrenförmige Aufnahme 17 eingeführt ist, wie dies in 1 zu erkennen ist, mündet eine im vorderen Endbereich 4a des Adapters 4 zentrisch ausgebildete röhrenförmige Öffnung 4e in eine Fluidpassage 13 im Inneren des Gehäuses 10. Auf diese Weise wird ein geradliniger Fluidlauf ausgehend von der zweiten Fluidleitung 3, die in den Adapter 4 eingeführt ist, über die röhrenförmige Öffnung 4e in die Fluidpassage 13 des Gehäuses 10 gewährleistet. Wie in der Figur weiter zu erkennen ist, verläuft der Fluidstrom innerhalb dieser Fluidpassage 13 auf einen Magnetkörper 14 zu, welcher so angeordnet ist, dass seine Längsachse L mit einer Mittelachse M des ersten Anschlusses 11 des Gehäuses 10 zusammenfällt. Vorzugsweise entspricht die Mittelachse M des ersten Anschlusses 11 auch der Mittelachse M des zweiten Anschlusses 12 wie dies beispielhaft hier dargestellt ist. Dies bedeutet, dass der Magnetkörper 14 sowie der erste und der zweite Anschluss 11, 12 alle dieselbe Längsachse aufweisen, mithin also koaxial angeordnet sind. Hierdurch wird der benötigte Bauraum für den Filter reduziert.
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In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Magnetkörper 14 zylindrisch ausgebildet, was sich in der Zusammenschau der 1 und 2 erschließen lässt. Hierdurch wird eine geringe Komplexität des Magnetkörpers 14 und somit des gesamten Fluidfilters 1 erreicht. Aufgrund der verringerten Komplexität kann der Fluidfilter 1 zu geringen Kosten hergestellt werden.
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Um den Magnetkörper 14 in dem Gehäuse 10 zu halten, weist dieses radial nach innen gerichtete Vorsprünge 15 auf, welche den Magnetkörper 14 in einem Presssitz halten. In der dargestellten Ausführungsform sind beispielhaft drei Vorsprüngen 15 vorhanden (siehe 2), da diese einen optimalen Halt gewährleisten. Es ist selbstverständlich vorstellbar, mehr oder weniger Vorsprünge 15 vorzusehen, beispielsweise 2, 4, 5 oder mehr Vorsprünge 15.
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Im Betrieb des Fluidfilters 1 strömt das Fluid entweder von der Endöffnung 2a der ersten Fluidleitung 2 aus auf eine erste Stirnfläche 14a des Magnetkörpers zu oder, wenn die Strömungsrichtung umgekehrt ist, von der Endöffnung 3a der zweiten Fluidleitung 3 aus auf eine zweite Stirnfläche 14b des Magnetkörpers 14 zu. An der jeweiligen Stirnfläche 14a, 14b wird das Fluid aus seiner geradlinigen Bahn radial nach au-ßen abgelenkt und strömt dann in axiale Richtung entlang der Mantelfläche des Magnetkörpers 14 in Kanälen 18 zwischen den Vorsprüngen 15, welche am besten in der Darstellung der 2 zu erkennen sind. Im Bereich der anderen Stirnfläche, also der in Strömungsrichtung hinteren Stirnfläche, vereinigen sich die in den Kanälen 18 fließenden Fluidströme wiederum zu einem einzelnen Strom, welcher dann weiter in Axialrichtung, d.h. in Richtung der Mittelachse M bzw. der Längsachse L des Magnetkörpers 14, zur entgegengesetzten Fluidleitung 3 bzw. 2 fließt.
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Dadurch, dass der Magnetkörper 14 somit im Zentrum des Fluidstromes so angeordnet ist, dass seine Stirnflächen 14a, 14b im Wesentlichen senkrecht zum Fluidstrom stehen, wird das Magnetfeld des Magnetkörpers optimal ausgenutzt und der Fluidstrom direkt auf den Magnetkörper 14 gerichtet, wodurch eine optimale Filterleistung erzielt wird. Aufgrund der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Magnetkörpers 14 erhöht sich die Effizienz des Filters, da die metallenen Partikel länger im Einflussbereich des Magnetfeldes des Magnetkörpers 14 verbleiben und eine geringere kinetische Energie aufweisen, wodurch die Anzahl der über das Magnetfeld aus dem Fluidstrom entfernten Partikel erhöht wird. Ein weiterer die Effizienz des Fluidfilters verstärkender Effekt der Erfindung tritt dadurch auf, dass der Fluidstrom direkt auf eine der Stirnflächen 14a, 14b des Magnetkörpers 14 zufließt und somit an die Stelle der höchsten Magnetfelddichte. Darüber hinaus muss der Fluidstrom unmittelbar vor dem Magnetkörper 14 seine Strömungsrichtung ändern, wobei die in dem Fluidstrom befindlichen metallenen Partikel aufgrund der Trägheitskräfte weiter auf den Magnetkörper zuströmen, was ebenfalls die Wirksamkeit des Filters erhöht.
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Die hier gezeigte Geometrie eines zylindrischen Magnetkörpers 14, welcher mit seiner Längsachse L zentral im Strömungsweg des Fluids liegt, kann einfach in viele Standardgeometrien von Gehäusen realisiert werden, was wiederum unter Kostengesichtspunkten von Vorteil ist. Da der Fluidfilter 1 selbst nur aus den Komponenten Gehäuse 10 und Magnetkörper 14 aufgebaut ist, ist die Bauweise des Filters kompakt und preiswert.
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Die Fluidleitungen 2 und 3 können auf verschiedene Arten mit dem Gehäuse verbunden werden. Zum einen können Standardschweißverfahren eingesetzt werden, wie sie auf dem Gebiet der Leitungstechnik bekannt sind. Des Weiteren kann ein sogenannter Adapter, wie er beispielhaft unter dem Bezugszeichen 4 dargestellt ist, verwendet werden. Der Adapter 4 oder Stecker ist hier in die zweite röhrenförmige Aufnahme 17 des Gehäuses 10 eingeführt und kann seinerseits mit einer röhrenförmigen Fluidleitung 3 in einer inneren Ausnehmung versehen sein. Auf diese Weise kann die entsprechende Fluidleitung 3 mit geringem Montageaufwand und gegebenenfalls reversibel mit dem Gehäuse 10 verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidfilter
- 2
- erste Fluidleitung
- 2a
- Endöffnung
- 3
- zweite Fluidleitung
- 3a
- Endöffnung
- 4
- Adapter
- 4a
- vorderer Endbereich
- 4b
- radiale Vertiefung (Dichtringsitz)
- 4c
- hinterer Endbereich
- 4d
- Anschlag 4e röhrenförmige Öffnung
- 5
- Sicherungsdraht
- 10
- Gehäuse11 erster Anschluss
- 12
- zweiter Anschluss
- 13
- Fluidpassage
- 14
- Magnetkörper
- 14a
- erste Stirnfläche
- 14b
- zweite Stirnfläche
- 15
- Vorsprung
- 16
- erste röhrenförmige Aufnahme
- 17
- zweite röhrenförmige Aufnahme
- 17a
- äußeres Ende
- 18
- Kanal
- 100
- hydraulisches System
