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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Ölfiltersystem eines Verbrennungsmotors insbesondere für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die
DE 199 61 580 A1 zeigt einen Flüssigkeitsfilter mit einem Ablass für Flüssigkeitsrückstände und einem Umgehungsventil im Stützrohr sowie einer Zwangsführung für den Ölablauf für den Servicefall, wobei die Zwangsführung über eine Ventilstange erfolgt, die direkt oder indirekt über ein Stützrohr mit dem Gehäusetopf verbunden ist.
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Aus der
EP 1 674 142 A1 ist ein Ölfiltersystem eines Verbrennungsmotors insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, welches einen bezogen auf die geodätische Höhenrichtung hängend eingebauten Ölfilter umfasst. Der hängende Einbau bedeutet, dass ein lösbares Filtergehäuseteil und eine auswechselbare Filterpatrone in Schwerkraftrichtung von unten eingesetzt und in einem motorfesten Gehäuseteil befestigt werden. Im Betrieb ist das Filtergehäuse mit Öl geflutet. Bei laufendem Motor wird das Öl radial von außen nach innen durch das Filtermaterial der Filterpatrone hindurchgepumpt und dabei gereinigt. Das auf der Reinseite des Filters abfließende Öl wird nach oben aus dem Ölfilter herausgeleitet und durch ein System von Ölleitungen, Kanälen, Kammern oder dergleichen zu den vorgesehenen Schmierstellen gepumpt. Diese Anordnung von ölführenden Räumen, die gegebenenfalls um einen Ölkühler und andere ölführende Einrichtungen ergänzt sind, wird als Galerie bezeichnet.
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Im Stillstand des Motors bleibt der Innenraum des Filtergehäuses mit Öl gefüllt. Um diese Ölmenge vor einem Filterwechsel kontrolliert ablassen zu können, ist an der Unterseite des Filtergehäuses ein Ablaufventil angeordnet. Durch Eindrücken des Ventilkörpers kann das Öl aus dem Innenraum des Ölfilters abgelassen werden, bevor das untere Gehäuseteil zur Entnahme der Filterpatrone vollständig abgenommen wird. Sofern stromab der Filterpatrone kein Rücklaufsperrventil angeordnet ist, läuft dabei auch das in der Galerie befindliche Restöl durch den Innenraum des Filtergehäuses und das geöffnete Ablaufventil ab.
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Die vorgenannte Anordnung wird aber auch in Schmiersystemen eingesetzt, bei denen ein solches Rücklaufsperrventil vorgesehen ist. Beim hängenden Einbau des Ölfilters liegt die Galerie im Regelfall oberhalb des Ölfilters und der stromauf des Ölfilters angeordneten Ölpumpe, wodurch sich eine hydrostatische Druckdifferenz zwischen der Galerie und dem Ölfilter bzw. der Ölpumpe einstellt. Um zu verhindern, dass während eines längeren Stillstandes des Verbrennungsmotors Öl infolge dieser hydrostatischen Druckdifferenz aus der Galerie zurück durch den Ölfilter und entlang von Undichtigkeiten der Ölpumpe zurückfließt, ist das vorgenannte Rücklaufsperrventil vorgesehen. Hierdurch wird vermieden, dass sich die Galerie während der Stillstandszeit selbsttätig entleert. Nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors sind ein schneller Öldruckaufbau und eine schnelle Versorgung der Schmierstellen mit Öl sichergestellt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei Öl- und Filterwechsel das in der Galerie befindliche Öl durch das Rücklaufsperrventil zurückgehalten wird und nicht ablaufen kann. Die entsprechende Restmenge an Öl verbleibt im Motor und vermischt sich später mit der nachgefüllten Menge an Frischöl.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ölfiltersystem derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Entleerung von Restöl beim Ölablassen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ölfiltersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Ölfiltersystem vorgeschlagen, bei dem das Rücklaufsperrventil mittels einer Koppeleinrichtung derart mit dem Ablaufventil gekoppelt ist, dass das Rücklaufsperrventil bei geöffnetem Ablaufventil ebenfalls geöffnet ist. Die bei Wartungsarbeiten vorgenommene Betätigung des Ablaufventils zum Entleeren des Filtergehäuses führt zu einer selbsttätigen Öffnung des Rücklaufsperrventils, wodurch auch die in der geodätisch höher liegenden Galerie befindliche Ölmenge schwerkraftbedingt in den Innenraum des Filtergehäuses zurückströmen und dort durch das Ablaufventil auslaufen kann. Die entleerbare Ölmenge wird dadurch größer. Eine separate Betätigung des Rücklaufsperrventils ist infolge der Koppeleinrichtung nicht erforderlich. Fehlbedienungen sind vermieden.
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In vorteilhafter Weiterbildung sind das Ablaufventil und das Rücklaufsperrventil beide als linear betätigbare Ventile ausgebildet und koaxial mit gleichen Öffnungsrichtungen angeordnet, wobei die Koppeleinrichtung als Koppelstange ausgebildet ist. Bei konstruktiv einfachem Aufbau unter Vermeidung von Umlenkhebeln oder dergleichen ist eine wirkungsvolle und funktionssichere, im Übrigen auch kostengünstige Anordnung gefunden.
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Je nach konstruktiver Ausgestaltung der Ventile kann die Koppelstange als Zugglied ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Koppelstange als in der Öffnungsrichtung des Rücklaufsperrventils wirkende Druckstange ausgebildet, die im gewöhnlichen Betrieb ein Axialspiel zwischen einem Ventilkörper des Ablaufventils und einem Ventilkörper des Rücklaufsperrventils aufweist. Die Kopplung setzt erst nach Überwindung des Axialspiels infolge der Betätigung des Ablaufventils ein. Im gewöhnlichen Betrieb, bei dem das Ablaufventil geschlossen ist, kann sich jedoch der Ventilkörper des Rücklaufsperrventils spielbedingt nach Bedarf zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position hin und her bewegen, ohne dass diese Bewegung durch die Druckstange behindert wird.
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Es kann zweckmäßig sein, die Koppelstange fest mit dem Ventilkörper des Rücklaufsperrventils oder eines anderen Ventils insbesondere einstückig zu verbinden. Vorteilhaft ist die Koppelstange an seinem in der geodätischen Höhenrichtung unteren Ende lösbar in eine Aufnahme eingesteckt. Ohne dass zusätzliche Sicherungsmaßnahmen erforderlich sind, bleibt die Koppelstange infolge der einwirkenden Gewichtskraft in dieser Aufnahme bzw. Führungsrippen davon stecken.
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Das Ablaufventil kann ein am unteren Ende des Filters angeordnetes Filterumgehungsventil sein. Nach Öffnen einer Ablassschraube läuft zunächst Öl aus der Filterrohseite ab. Danach kann durch die Ablassöffnung hindurch das Filterumgehungsventil gemeinsam mit dem Rücklaufsperrventil geöffnet werden, wodurch die Restölmenge aus der Galerie und der Filterreinseite abläuft. In bevorzugter Weiterbildung ist das Ablaufventil in einem unteren Gehäuseteil des Filtergehäuses angeordnet, wo es im gewöhnlichen Betrieb die entsprechende Ablauföffnung verschließt. Dies ermöglicht durch kontrollierte Betätigung des Ablaufventils bei Wartungsarbeiten, den Filterinnenraum insgesamt einschließlich der nachgeschalteten Galerie leer laufen zu lassen.
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In bevorzugter Weiterbildung ist zwischen dem Ablaufventil und dem Rücklaufsperrventil ein Filterumgehungsventil vorgesehen, wobei die Koppeleinrichtung zwischen dem Filterumgehungsventil und dem Rücklaufsperrventil angeordnet ist, und wobei eine weitere Koppeleinrichtung zwischen dem Ablaufventil und dem Filterumgehungsventil vorgehen ist. Die weitere Koppeleinrichtung ist bevorzugt als am Ventilkörper des Ablaufventils angeformter Stift oder Rohrstutzen ausgebildet. Demnach sind insgesamt drei Ventile über zwei zwischenliegende Koppeleinrichtungen derart miteinander verbunden, dass beim Öffnen des Ablaufventils auch die beiden anderen Ventile geöffnet werden. Ohne Behinderung durch das Filterumgehungsventil können die vorgenannten Räume vollständig und kontrolliert entleert werden.
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Es kann zweckmäßig sein, dass das Rücklaufsperrventil in einem motorfesten Teil der Galerie bzw. im motorfesten Gehäuseteil des Filtergehäuses angeordnet ist. Bevorzugt weist der Ölfilter ein innenseitig der Filterpatrone angeordnetes Stützrohr auf, wobei das Rücklaufsperrventil am Stützrohr befestigt ist. Das Rücklaufsperrventil ist damit gut zugänglich und kann gegebenenfalls gemeinsam mit dem Stützrohr in einfache Weise montiert werden. Vorteilhaft ist auch das Filterumgehungsventil am Stützrohr befestigt, wobei auch hier eine leichte Erreichbarkeit und Montierbarkeit möglich ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in einer Längsschnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Ölfiltersystem im Betriebszustand bei ruhendem Ölkreislauf, mit einem geschlossenen Ablaufventil, mit einem ebenfalls geschlossenen Rücklaufsperrventil und mit einer Koppeleinrichtung zwischen dem Ablaufventil und dem Rücklaufsperrventil;
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2 die Anordnung nach 1 im Wartungszustand bei geöffnetem Ablaufventil und über die Koppeleinrichtung ebenfalls geöffnetem Rücklaufsperrventil.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein teilweise schematisch angedeutetes erfindungsgemäßes Ölfiltersystem eines Verbrennungsmotors insbesondere für Kraftfahrzeuge im Betriebszustand bei ruhendendem Ölkreislauf. Das Ölfiltersystem umfasst einen Ölfilter 2 mit einem Filtergehäuse 3 und mit einer im Filtergehäuse 3 eingesetzten Filterpatrone 4. Im gewöhnlichen Betrieb ist das Ölfiltersystem, wie in 1 dargestellt, relativ zu einer durch einen Pfeil 1 angegebenen geodätischen Höhenrichtung ausgerichtet. Der Pfeil 1 gibt die Hochrichtung an, die entgegen der Schwerkraftrichtung liegt.
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Das Filtergehäuse 3 umfasst ein schematisch angedeutetes, motorfestes Oberteil 23, in das von unten ein Deckel 14 dichtend eingeschraubt ist. Das durch das Oberteil 23 und den Deckel 14 gebildete Filtergehäuse 3 umschließt einen Filterinnenraum, in den die Filterpatrone 4 eingesetzt ist. In die Oberseite des Oberteils 23 mündet eine Ölleitung 18, durch die aus einem unterhalb gelegenen Ölvorrat Öl mittels einer Ölpumpe 19 in den Innenraum des Filtergehäuses 3 hineingepumpt wird. Aus der Oberseite des Oberteils 23 wird filtriertes Öl heraus und in eine durch ölführende Hohlräume gebildete Galerie 22 hineingeleitet. Die Galerie 22 liegt bezogen auf die geodätische Höhenrichtung 1 im Wesentlichen oberhalb des Filtergehäuses 3 und auch der Ölpumpe 19. Demnach ist der Ölfilter 2 hängend eingebaut.
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Stromab der Filterpatrone 4 und eingangsseitig der Galerie 22 ist ein Rücklaufsperrventil 6 vorgesehen, welches nach 1 geschlossen ist. Ein Ventilkörper 12 des Rücklaufsperrventils 6 ist mittels einer Druckfeder 39 gegen einen Ventilsitz 34 nach unten gedrückt. Dies ist die Position des Ventilkörpers 12 beim Stillstand des Motors, wobei die Ölpumpe 19 kein Öl fördert. Diejenige Ölmenge, die sich in der Galerie 22 befindet, kann nicht durch den Ölfilter 2 und die Ölpumpe 19 hindurch in den tiefer liegenden Ölvorrat einfließen.
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Es kann zweckmäßig sein, das Rücklaufsperrventil 6 in der Galerie 22 oder im Oberteil 23 des Filtergehäuses 3 anzuordnen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Ölfilter 2 ein innenseitig der Filterpatrone 4 angeordnetes, gitterartiges Stützrohr 17 auf, wobei das Rücklaufsperrventil in das obere Ende des Stützrohrs 17 integriert und dort befestigt ist.
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Bei laufendem Verbrennungsmotor fördert die Ölpumpe 19 Öl aus dem vorgenannten Ölvorrat durch die Ölleitung 18 hindurch. Mittels nicht dargestellter Trennwände wird dieser Ölstrom entlang einem Pfeil 20 radial von außen nach innen, also von einer Radial äußeren Rohseite durch das etwa zylindrisch angeordnete Filtermaterial der Filterpatrone 4 hindurch zur radial innenliegenden Reinseite gefördert. Das innenliegende gitterartige Stützrohr 17 stützt dabei das Filtermaterial der Filterpatrone 4 gegen den sich ausbildenden, radial von außen nach innen wirkenden Differenzdruck ab. Der sich im Innenraum der Filterpatrone 4 einstellende Öldruck führt dazu, dass sich der Ventilkörper 12 des Rücklaufsperrventils 6 von seinem Ventilsitz 34 gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 39 in einer Öffnungsrichtung 9 nach oben anhebt. Hierbei kann das filtrierte Öl entsprechend einem Pfeil 21 nach oben aus der Reinseite der Filterpatrone 4 abfließen und in die Galerie 22 gefördert werden. Nicht dargestellte Trenneinrichtungen vermeiden, dass sich der rohseitige Ölstrom entsprechend dem Pfeil 20 und der reinseitige Ölstrom entsprechend dem Pfeil 21 vermischen.
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Beim Kaltstart kann der Durchströmwiderstand der Filterpatrone 4 infolge der hohen Viskosität des Öls für eine zuverlässige Schmierstellenversorgung zu groß sein. Für diesen Zweck ist ein Filterumgehungsventil 15 vorgesehen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel am unteren Ende des Stützrohres 17 angeordnet und dort in das Stützrohr 17 integriert bzw. daran befestigt ist. Das Filterumgehungsventil 15 umfasst einen Ventilkörper 28, der mittels einer Druckfeder 29 unter Vorspannung nach unten gegen einen konischen Ventilsitz 30 gedrückt ist. Sofern die Druckdifferenz zwischen der Rohseite und der Reinseite der Filterpatrone 4 beispielsweise infolge zu hoher Ölviskosität oder eines zu großen Verschmutzungsgrades der Filterpatrone ein vorbestimmtes Maß übersteigt, wird der Ventilkörper 28 entgegen der Vorspannkraft der Druckfeder 29 in einer durch einen Pfeil 31 angegebenen Öffnungsrichtung vom Ventilsitz 30 abgehoben. Dieses Anheben erfolgt selbsttätig infolge der am Ventilkörper 28 wirkenden Öldruckdifferenz. Unter Umgehung der Filterpatrone 4 kann unfiltriertes Öl von der Rohseite direkt durch das Filterumgehungsventil 15 zur Reinseite und von dort über die Galerie 22 zu den Schmierstellen gelangen. Nach betriebsbedingter Erwärmung des Öls sinkt dessen Viskosität, womit die am Ventilkörper 28 wirkende Druckdifferenz geringer wird. Die vorgespannte Druckfeder 29 bewirkt dann ein selbsttätiges Schließen des Filterumgehungsventils 15. Dieses ist – ebenso wie das Rücklaufsperrventil 6 – beim Stillstand des Motors und bei Wartungsarbeiten geschlossen.
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Beim Ölwechsel und beim Austausch der Filterpatrone 4 wird angestrebt, das im Innenraum des Filtergehäuses 3 und in der Galerie 22 befindliche Öl möglichst vollständig abzulassen. Hierzu ist am untersten Ende des unteren Deckels 14 eine Ablauföffnung 25 vorgesehen, die mittels eines Ablaufventils 5 im gewöhnlichen Betrieb geschlossen ist. Das Ablaufventil 5 umfasst einen Ventilkörper 11, der auf einem konischen, innenseitig der Ablauföffnung 25 angeordneten Anschlag 27 aufliegt. Der Ventilkörper 5 wird durch den hydrostatischen Druck der Ölfüllung gegen den Anschlag 27 angedrückt. Als Dichtmaßnahme weist der Ventilkörper 11 außenseitig des Anschlages 27 einen umlaufenden Dichtring 26 auf, der radial innen an der zylindrischen Umfangswand der Ablauföffnung 25 anliegt. Zur Außenseite hin ist die Ablauföffnung 25 mit dem Ablaufventil 5 im gewöhnlichen Betrieb mittels eines einschraubbaren Wartungsdeckels 24 abgedeckt.
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Der gezeigte Ölfilter 2 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 38 aufgebaut. Das Ablaufventil 5, das Rücklaufsperrventil 6 und das Filterumgehungsventil 15 sind koaxial zur Längsachse 38 angeordnet. Ihre Ventilkörper 11, 12, 28 sind koaxial zur Längsachse 38 linear betätigbar, wobei ihre Öffnungsrichtungen 8, 9, 31 parallel zur geodätischen Höhenrichtung 1, also entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben weisen.
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2 zeigt die Anordnung nach 1 im Wartungszustand bei geöffnetem Ablaufventil 5, geöffnetem Filterumgehungsventil 15 und geöffnetem Rücklaufsperrventil 6. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich aus der Zusammenschau der 1 und 2, wobei gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es ist eine Wartungseinheit 41 vorgesehen, die einen Schraubstutzen 40 und ein innenliegendes Ablaufrohr 36 umfasst. Nach Entfernen des Wartungsdeckels 24 wird die Wartungseinheit 41 anstelle desselben in den unteren Deckel 14 eingeschraubt, wobei Federzungen 37 einen unterseitigen Zapfen 35 des Ventilskörpers 11 rastend umgreifen. Beim Einschrauben der Wartungseinheit 41 in den unteren Deckel 14 drücken die Federzungen 37 den Ventilkörper 11 in einer Öffnungsrichtung 8 nach oben, wobei sich der Ventilkörper 11 des Ablaufventils 5 von seinem Anschlag 27 in der Öffnungsrichtung 8 abhebt. Der Dichtring 26 ist axial aus der zylindrischen Umfangswand der Ablauföffnung 25 herausgeschoben und gibt dadurch die Ablauföffnung 25 frei. Das Öl auf der Rohseite der Filterpatrone 4 kann durch das Ablaufventil 5, die Ablauföffnung 25 und das Ablaufrohr 36 ablaufen und in einem geeigneten Behälter aufgefangen werden.
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Auf der dem darüber liegenden Filterumgehungsventil 15 zugewandten Oberseite des Ventilkörpers 11 ist eine Koppeleinrichtung 16 vorgesehen, die im Betriebszustand nach 1 ein axiales Spiel zum darüber liegenden Ventilkörper 28 des Filterumgehungsventils 15 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Koppeleinrichtung 16 als einteilig am Ventilkörper 11 angeformter Rohrstutzen 32 ausgebildet, der im geöffneten Zustand nach 2 einen nach unten hervorstehenden Zapfen 33 des Ventilkörpers 28 des Filterumgehungsventils 15 umschließt. Sofern der Ventilkörper 11 des Ablaufventils 5 hinreichend weit in der Öffnungsrichtung 8 angehoben wird, drückt dessen Rohrstutzen 32 auch den Ventilkörper 28 des Filterumgehungsventils 15 so weit in der Öffnungsrichtung 31 nach oben, dass er von seinem Ventilsitz 30 abgehoben ist. In der Folge kann auch das auf der innenseitigen Reinseite der Filterpatrone 4 befindliche Öl am Filterumgehungsventil 15 vorbei durch das Ablaufrohr 36 abfließen.
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Das axiale Spiel zwischen der Koppeleinrichtung 16 und dem Ventilkörper 28 des Filterumgehungsventils 15 bewirkt im Betriebszustand nach 1, dass das Filterumgehungsventil 15 ohne Beeinträchtigung durch das Ablaufventil 5 frei öffnen und schließen kann. Im Wartungszustand nach 2 kann ein kaskadenartiges Entleeren des Ölfilters 2 dadurch herbeigeführt werden, dass zunächst nur das Ablaufventil 5 geöffnet wird und erst anschließend durch weiteres Hineindrehen der Wartungseinheit 41 unter Überwindung des zwischenliegenden Axialspiels auch das Filterumgehungsventil 15 geöffnet wird.
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Zwischen dem Rücklaufsperrventil 6 und dem darunter liegenden Filterumgehungsventil 15 ist eine Koppeleinrichtung 7 angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als auf der Längsachse 38 liegende Koppelstange 10 ausgebildet ist. Die Koppelstange 10 ist an ihrem in der geodätischen Höhenrichtung 1 unteren Ende lösbar in einer Aufnahme 13 des Filterumgehungsventils 15 eingesteckt. Im Betriebszustand nach 1 ist zwischen ihrem oberen Ende und dem Ventilkörper 12 des Rücklaufsperrventils 6 ein Axialspiel a vorgesehen, wodurch sich der Ventilkörper 12 frei zwischen der geöffneten und der gezeigten geschlossenen Position hin und her bewegen kann. Sofern jedoch der Ventilkörper 28 des Filterumgehungsventils 15 beim Ablassen des Öls entsprechend der Darstellung nach 2 hinreichend weit in der Öffnungsrichtung 31 angehoben wird, wird zunächst das in 1 dargestellte Axialspiel a überwunden und beim weiteren Anheben auch der Ventilkörper 12 des Rücklaufsperrventils 6 von seinem Ventilsitz 34 abgehoben. Die Koppelstange 10 wirkt hierbei als Druckstange. Hierbei kann das in der Galerie 22 befindliche Öl durch das geöffnete Rücklaufsperrventil 6, das Filterumgehungsventil 15 und das Ablaufventil 5 in vorstehend beschriebener Weise ablaufen. Das Axialspiel a ermöglicht zudem, wie vorstehend beschrieben, ein kaskadenartiges Ablassen: Bei Bedarf kann zunächst die Filterrohseite und die Filterreinseite entleert werden. Es besteht die Möglichkeit, erst dann die Wartungseinheit 41 so weit einzuschrauben, bis nach Überwindung des Axialspiels a das Rücklaufsperrventil 6 geöffnet und dadurch erst mit zeitlicher Verzögerung die Galerie 22 entleert wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass das Rücklaufsperrventil 6 mittels der Koppeleinrichtung 7 indirekt unter Zwischenlage des Filterumgehungsventils 15 derart mit dem Ablaufventil 5 gekoppelt ist, dass das Rücklaufsperrventil 6 bei geöffnetem Ablaufventil 5 ebenfalls geöffnet ist. Unter Verzicht auf das Filterumgehungsventil 15 oder bei dessen Anordnung an einer anderen Stelle kann aber auch eine direkte Kopplung des Rücklaufsperrventils 6 mittels der Koppeleinrichtung 7 mit dem Ablaufventil 5 zweckmäßig sein. Des weiteren kann es vorteilhaft sein, die Ablauföffnung 25 nicht mit einem eigenen Ablaufventil 5 zu versehen, wobei dann das Filterumgehungsventil 15 ein Ablaufventil zumindest für die Reinseite der Filterpatrone 4 bildet.