DE112018000178T5

DE112018000178T5 - Eine filterbaugruppe mit einem diffusor

Info

Publication number: DE112018000178T5
Application number: DE112018000178.4T
Authority: DE
Inventors: Peter K. Herman
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2019-10-10
Also published as: WO2018129067A1; CN110114127A; US20190351359A1; US11235273B2; US20220161178A1; CN113144764B; CN113144764A; CN110114127B; US11772024B2

Abstract

Eine Filterbaugruppe umfasst einen Filterkopf, eine Anschlussöffnung, ein Fitting und einen Diffusor. Die Anschlussöffnung erstreckt sich von einem Abschnitt des Filterkopfes und definiert einen Kanal, damit Fluid in den Filterkopf hinein- oder aus diesem herausfließen kann. Das erste Ende des Fittings kann an der Anschlussöffnung befestigt werden, und das zweite Ende des Fittings kann an einer Filtersystemkomponente befestigt werden. Der Diffusor ist in dem Kanal der Anschlussöffnung platzierbar und umfasst eine innere Fläche und eine äußere Fläche. Die innere Fläche definiert einen inneren konischen hohlen Bereich, die sich in einem Winkel ungleich Null zwischen dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs und dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt, sodass ein erster Innendurchmesser des Diffusors an dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner als ein zweiter Innendurchmesser des Diffusors an dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/442.129 , eingereicht am 4. Januar 2017, deren gesamter Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Filterbaugruppen zum Filtern von Fluiden in Verbrennungsmotoren.
HINTERGRUND
Filterbaugruppen, wie sie beispielsweise in den 1A und 2 dargestellt sind, können verwendet werden, um verschiedene Fluide zu filtern. Wie in den 1A bis 4 dargestellt, können konventionelle Filterbaugruppen 120 Anschlussöffnungen 130 (z. B. Einlass- und/oder Auslassöffnungen) aufweisen, die mit einem Fitting 140 verbunden werden, um Rohrleitungen oder eine Filtersystemkomponente 126 an der Filterbaugruppe 120 (wie in den 2 und 4 dargestellt) zu befestigen, wodurch Fluid in die Filterbaugruppe 120 ein- und austreten kann. Wie in 4 dargestellt, kann die Filterbaugruppe 120 zwei verschiedene Anschlussöffnungen 130 (z. B. eine Einlass- und eine Auslassöffnung) aufweisen, an denen jeweils ein Fitting 140 befestigt ist, an denen jeweils eine Filtersystemkomponente 126 befestigt ist.
Um eine effizientere Filterbaugruppe 120 bereitzustellen, ist es wünschenswert, den Druckabfall oder -verlust in der Filterbaugruppe 120 zu reduzieren oder zu minimieren, während die Größe und die Kosten der Filterbaugruppe 120 weiterhin minimiert werden. In vielen numerischen Strömungsmechaniksimulationen (CFD-Simulationen, computational fluid dynamics simulations) und -tests wurde festgestellt, dass der Großteil des Gesamtdruckverlusts in den Filterbaugruppen 120 (einschließlich des Druckverlusts in dem Filtergehäuse (einschließlich des Filterkopfs) und dem Filterelement) auf einen Druckverlust an den Fittings 140 zurückzuführen ist. Beispielsweise zeigen Ergebnisse einer CFD-Simulation der Filterbaugruppe 120 aus 1A, dass der Druckabfall an den Einlass- und Auslassöffnungen 140 zusammen ungefähr 70 % des Gesamtdruckverlusts verursacht, wie in 5 dargestellt. Dieser Trend des Druckverlustes findet sich in einer Vielzahl verschiedener Filterbaugruppen 120, einschließlich in Filterbaugruppen 120 zahlreicher unterschiedlicher Standardkonfigurationen des Verbands der Automobilingenieure (SAE, Society of Automotive Engineers) und der Internationalen Organisation für Normung (ISO, International Organization for Standardization). Der Druckverlust ist besonders problematisch bei Flüssigkeitsfilterbaugruppen, wie etwa Filterbaugruppen für die Kraftstoff- und Schmiermittelfilterung.
Der Druckverlust an den Fittings 140 kann auf die Änderung der Kanalgröße zurückzuführen sein, wenn das Fluid zwischen den Fittings 140 und der Anschlussöffnung 130 fließt. Genauer gesagt wird das Fitting 140 in die Anschlussöffnung 130 geschraubt oder daran befestigt. Damit das Fitting 140 in die Anschlussöffnung 130 passt, muss der Kanal des Fittings 140 einen kleineren Außendurchmesser (und daher auch einen kleineren Innendurchmesser) als der Innendurchmesser der Anschlussöffnung 130 haben, wie in 1B, 3 und 4 dargestellt. Die abrupte Änderung des Innendurchmessers zwischen dem Fitting 140 und der Anschlussöffnung 130 bewirkt eine abrupte Expansion oder Kontraktion des Fluidstroms und eine daraus resultierende abrupte Zunahme oder Abnahme in der Fluidgeschwindigkeit, was den Druckabfall verursacht.
Der relativ kleine Innendurchmesser des Fittings 140 erzeugt einen relativ großen dynamischen Druck, da der dynamische Druck gleich ½*Dichte*Geschwindigkeit² ist. : Daher kann sich das Fluid, wenn es von einem Kanal mit einem relativ kleinen Innendurchmesser (d. h. dem Fitting 140) in einen Kanal mit einem relativ großen Innendurchmesser (d. h. der Anschlussöffnung 130) fließt, in dem Kanal plötzlich ausdehnen, was den dynamischen Druck reduziert und den Druckabfall verursacht, wenn das Fluid in den größeren Kanal der Anschlussöffnung 130 strömt und sich ausdehnt. Umgekehrt, wenn das Fluid von der Anschlussöffnung 130 (mit einem großen Innendurchmesser) in das Fitting 140 (mit einem kleineren Innendurchmesser) fließt, zieht sich der Fluidstrom plötzlich zusammen, was den dynamischen Druck reduziert.
Um einen Druckverlust an den Fittings 140 zu vermeiden, können größere Fittings 140 verwendet werden, aber solche größeren Fittings können die Kosten der Filterbaugruppe 120 stark erhöhen und würden erfordern, dass alle zugeordneten Rohrleitungen ebenfalls größer sind, um mit den Fittings 140 zusammenzupassen. Zusätzlich können größere Fittings 140 aufgrund von Platzbeschränkungen oft nicht verwendet werden. Alternativ können auch spezialisierte oder kundenspezifisch gestaltete Fittings 140 mit eingebauter Diffusorsektion verwendet werden, jedoch können solche Fittings die Kosten der Filterbaugruppe 120 merklich erhöhen, da die kundenspezifisch gestalteten Fittings 140 im Vergleich zu standardisierten handelsüblichen Fittings 140 nicht in großen Mengen verwendet werden könnten.
6 zeigt einen Filter mit Fließrichtung von innen nach außen, der detaillierter in dem US-Patent Nr. 8.986.539 beschrieben ist, dessen Inhalt hiermit durch die Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird. Bei dem Filter aus 6 ist ein Diffusor mit einer Filterabschlusskappe des Filterelements (das auch ein Filtermedium einschließt) eines Filters mit Fließrichtung von innen nach außen zum Filtern von Luft integriert. Der Diffusor ist in einem hohlen zentralen inneren Gebiet des Filterelements platziert. Der Filter schließt jedoch kein Standardfitting ein. Daher ist der Diffusor nicht mit einem Fitting oder einer Anschlussöffnung ausgestattet, um Probleme in Bezug auf Druckverlust zu berücksichtigen.
KURZDARSTELLUNG
Verschiedene Ausführungsformen stellen eine Filterbaugruppe bereit, die einen Filterkopf, eine Anschlussöffnung, ein Fitting / Muffe / Anschlussstück und einen Diffusor umfasst. Die Anschlussöffnung erstreckt sich von einem Abschnitt des Filterkopfes und definiert einen Kanal, damit Fluid in den Filterkopf hinein- oder aus diesem herausfließen kann. Das Fitting erstreckt sich zwischen einem ersten Ende des Fittings und einem zweiten Ende des Fittings. Das erste Ende des Fittings kann an der Anschlussöffnung befestigt werden, und das zweite Ende des Fittings kann an einer Filtersystemkomponente befestigt werden. Der Diffusor ist in dem Kanal der Anschlussöffnung platzierbar. Der Diffusor umfasst eine innere Fläche und eine äußere Fläche. Die innere Fläche definiert einen inneren konischen hohlen Bereich, der sich zwischen einem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs und einem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt. Die innere Fläche erstreckt sich in einem Winkel ungleich Null relativ zur Strömungsrichtung zwischen dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs und dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs derart, dass ein erster Innendurchmesser des Diffusors an dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner ist als ein zweiter Innendurchmesser des Diffusors an dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs.
Verschiedene andere Ausführungsformen sehen eine Filterbaugruppe vor, die einen Filterkörper, eine Anschlussöffnung und einen Diffusor umfasst. Die Anschlussöffnung erstreckt sich von einem Abschnitt des Filterkörpers und definiert einen Kanal, damit Fluid in den Filterkörper hinein- oder aus diesem herausfließen kann. Die Anschlussöffnung kann an einem passenden ersten Ende eines Fittings befestigt werden. Der Diffusor ist in dem Kanal der Anschlussöffnung platzierbar. Der Diffusor umfasst eine innere Fläche und eine äußere Fläche. Die innere Fläche definiert einen inneren konischen hohlen Bereich, der sich zwischen einem ersten Ende eines inneren konischen hohlen Bereichs und einem zweiten Ende eines inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt. Die innere Fläche erstreckt sich in einem Winkel ungleich Null relativ zur Strömungsrichtung zwischen dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs und dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs derart, dass ein erster Innendurchmesser des Diffusors an dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner als ein zweiter Innendurchmesser des Diffusors an dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs ist.
Diese und andere Merkmale (einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Rückhaltemerkmale und/oder Sichtmerkmale) sowie die Organisation und Art ihrer Betätigung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
Figurenliste

1A ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Filterbaugruppe.
1B ist eine vergrößerte Ansicht der Anschlussöffnung und des Fittings der herkömmlichen Filterbaugruppe von 1A.
2 ist eine perspektivische Querschnittsteilansicht einer weiteren herkömmlichen Filterbaugruppe.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Anschlussöffnung und eines Fittings einer herkömmlichen Filterbaugruppe.
4 ist eine Querschnittsansicht von zwei Anschlussöffnungen und zwei Fittings einer herkömmlichen Filterbaugruppe.
5 ist ein Graph des Prozentsatzes des Gesamtdruckabfalls an verschiedenen Stellen in einer herkömmlichen Filterbaugruppe.
6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren herkömmlichen Filterbaugruppe.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Filterelements gemäß einer Ausführungsform.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Filterbaugruppe von 7.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Filterbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
10A ist eine Querschnittsansicht einer Anschlussöffnung, eines Diffusors und eines Fittings einer Filterbaugruppe gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
10B ist eine perspektivische Ansicht des Diffusors von 10A.
11A ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Filterbaugruppe gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
11B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Filterbaugruppe von 11B.
12A ist eine Querschnittsansicht einer Anschlussöffnung, eines Diffusors und eines Fittings einer Filterbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
12B ist eine perspektivische Ansicht des Diffusors von 12A.
13A ist eine Querschnittsansicht einer Anschlussöffnung, eines Diffusors und eines Fittings einer Filterbaugruppe gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
13B ist eine perspektivische Ansicht des Diffusors von 13A.
14 ist eine Querschnittansicht einer Anschlussöffnung, eines Diffusors, eines Fittings und eines Kontraktionsrings einer Filterbaugruppe gemäß noch einer anderen Ausführungsform.
15 ist eine Querschnittsansicht einer Anschlussöffnung einer Filterbaugruppe gemäß einer Ausführungsform.
16 ist ein Graph des K-Faktors eines Diffusors in Abhängigkeit von dem Winkel des Diffusors.
17 zeigt eine CFD-Simulation einer herkömmlichen Filterbaugruppe, die Konturen statischen Drucks zeigt.
18 zeigt eine CFD-Simulation einer Filterbaugruppe mit dem Diffusor von 10A, die Konturen statischen Drucks zeigt.
19 zeigt eine CFD-Simulation einer herkömmlichen Filterbaugruppe, die Weglinien der Geschwindigkeit zeigt.
20A zeigt eine CFD-Simulation einer Filterbaugruppe mit dem Diffusor von 10A, die Weglinien der Geschwindigkeit zeigt.
20B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 20A.
21 zeigt eine CFD-Simulation einer herkömmlichen Filterbaugruppe, die Konturen der Geschwindigkeit zeigt.
22 zeigt eine CFD-Simulation einer Filterbaugruppe mit dem Diffusor von 10A, die Konturen der Geschwindigkeit zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In Bezug auf die Figuren im Allgemeinen beziehen sich verschiedene hier offenbarte Ausführungsformen auf eine Filterbaugruppe, die ein Filtergehäuse, einen Filterkopf, eine Anschlussöffnung, ein Filterelement, ein Fitting und einen Diffusor umfasst. Der Diffusor reduziert oder minimiert einen Druckverlust in der Filterbaugruppe. Dementsprechend weist das Fluid aufgrund des Diffusors nur eine leichte Änderung der Geschwindigkeit auf, wenn es zwischen der Anschlussöffnung und dem Fitting der Filterbaugruppe fließt. Dementsprechend verbessert der Diffusor die Kraftstoffeinsparung der Filterbaugruppe und ermöglicht eine kompaktere Bauweise im Vergleich zu herkömmlichen Filterbaugruppen.
Filterbaugruppe
Die Filterbaugruppe 20 (wie in 7 dargestellt) ist konfiguriert, um ein Fluid zu filtern und umfasst ein Filtergehäuse 22, einen Filterkopf 24 und ein Filterelement 27, das in dem Filtergehäuse 22 platziert ist. Die Filterbaugruppe 20 kann zur Filtration von Flüssigkeiten wie beispielsweise Kraftstoff oder Schmiermittel verwendet werden oder zur hydraulischen Filtration. Dementsprechend kann das Fluid insbesondere eine Flüssigkeit wie beispielsweise Kraftstoff, Schmiermittel oder ein Hydraulikfluid sein. Die Filterbaugruppe 20 kann eine herkömmliche Konfiguration für eine Fließrichtung von außen nach innen aufweisen.
Das Filterelement 27 ist zum Filtern eines Fluids konfiguriert. Dementsprechend umfasst das Filterelement 27, wie in den 8 und 11A dargestellt, ein Filtermedium 28 und mindestens eine Abschlussplatte oder -kappe 29. Die Abschlusskappen 29 können an distal gegenüberliegenden bzw. axialen Enden des Filterelements 27 platziert sein. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Filterelement 27 ein zentrales Gebiet oder einen hohlen Innenraum 21, der durch das Filtermedium 28 und/oder die Abschlusskappe 29 definiert ist.
Wie in den 7 bis 8 und 11A dargestellt, ist die Filterschale oder das Filtergehäuse 22 lösbar mit dem Filterkopf 24 verbunden oder kann daran befestigt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Filtergehäuse 22 konfiguriert, um das Filterelement 27 aufzunehmen oder zu enthalten.
Der Filterkopf 24 ermöglicht dem Rest der Filterbaugruppe 20, funktionsfähig mit anderen Komponenten oder Vorrichtungen, wie beispielsweise einem Motorsystem, verbunden zu werden. Um zu ermöglichen, dass Fluid in das Filtergehäuse 22 eintreten oder aus diesem austreten kann, erstreckt sich mindestens ein Gussteil oder eine Anschlussöffnung 30 von einer Wand oder einem Abschnitt 23 des Filterkopfes 24. Obwohl die Anschlussöffnung 30 als Teil des Filterkopfs 24 und sich von diesem aus erstreckend dargestellt ist, ist zu verstehen, dass die Filterbaugruppe 20 einen Filterkörper (beispielsweise den Filterkopf 24 und/oder das Filtergehäuse 22) aufweisen und die Anschlussöffnung 30 sich von anderen Gebieten der Filterbaugruppe 20 erstrecken kann, wie beispielsweise dem Filterkörper.
Die Anschlussöffnung 30 kann eine Fluideintritts- oder -einlassöffnung oder eine Fluidaustritts- oder Fluidauslassöffnung sein, die ermöglicht, dass Fluid zur Filterung in die Filterbaugruppe 20 fließt bzw. nach der Filtration aus der Filterbaugruppe 20 heraus. Die Anschlussöffnung 30 kann optional ein Teil des Filterkopfs 24 sein. An dem äußersten Ende 34 der Anschlussöffnung 30 wird ein Fitting 40 (wie beispielsweise in 10A dargestellt) befestigt, das an einer Filtersystemkomponente 26 befestigt ist. Wie in 15 dargestellt, umfasst die Anschlussöffnung 30 einen distalen Bereich 33 und einen proximalen Bereich 37. Der distale Bereich 33 der Anschlussöffnung 30 ist ein Gebiet der Anschlussöffnung 30, das dem äußersten Ende 34 der Anschlussöffnung 30 am nächsten liegt (und dieses umfasst), und der proximale Bereich 37 der Anschlussöffnung 30 ist ein Gebiet der Anschlussöffnung 30, das dem äußersten Ende 34 am fernsten (relativ zum distalen Bereich 33) und näher an einem zentralen Bereich der gesamtem Filterbaugruppe 20 liegt. Der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30 ist kleiner als der Innendurchmesser 35 des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30.
Wie ferner in 15 dargestellt, definiert die Anschlussöffnung 30 eine Öffnung, einen Durchgang, ein Loch, ein Bohrloch, einen Hohlraum oder einen Kanal 32, um ein Gebiet bereitzustellen, durch das Fluid in das Filtergehäuse 22 hinein- oder aus diesem herausfließen kann. Der Kanal 32 erstreckt sich von dem äußersten Ende 34 der Anschlussöffnung 30 über den distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30, über den proximalen Bereich 37 der Anschlussöffnung 30 und bis zu einem zentralen Bereich der Filterbaugruppe 20 (wie in 8 dargestellt).
Wie in den 12A, 13A und 15 dargestellt, umfasst die Anschlussöffnung 30 eine Lippe oder einen Vorsprung 36 in dem Kanal 32, der den inneren oder proximalen Bereich 37 und den äußeren oder distalen Bereich 33 teilt. Der Vorsprung 36 erstreckt sich zumindest teilweise um den Innenumfang der Anschlussöffnung 30 und nach innen zur Mitte des Kanals 32, sodass der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30 kleiner als der Innendurchmesser 35 des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30 ist.
Wie in 8 dargestellt, umfasst die Filterbaugruppe 20 ferner mindestens ein Bohrloch, einen Hohlraum oder ein Fitting 40, das mit der Anschlussöffnung 30 gekoppelt, verbunden oder daran befestigt ist. Jede der Anschlussöffnungen 30 ist mit einem Fitting 40 gepaart, um zu ermöglichen, dass die Anschlussöffnungen 30 flüssig mit einer Filtersystemkomponente 26 wie etwa Rohrleitungen, einer anderen Vorrichtung oder Komponente oder einem Schlauch durch jedes der Fittings 40 verbunden oder daran befestigt sein können, sodass Fluid in die Filterbaugruppe 20 eintreten oder aus der Filterbaugruppe 20 austreten kann. Die Fittings 40 können Eintritts- oder Einlassfittings oder Austritts- oder Auslassfittings sein, abhängig davon, an welcher Anschlussöffnung 30 das Fitting 40 befestigt ist. Die Fittings 40 können handelsübliche oder serienmäßig produzierte Fittings sein, die relativ klein sein können. Wie in den 8 bis 9 und 11A bis 11B und den 10A, 12A, 13A und 14 dargestellt, kann eine Vielzahl von verschiedenen Typen von Fittings 40 in der Filterbaugruppe 20 und in Verbindung mit dem Diffusor 50 verwendet werden.
Das Fitting 40 erstreckt sich zwischen einem ersten Ausgangspunkt, Eingang oder Ende 44 des Fittings, und einem zweiten Ausgangspunkt, Eingang oder Ende 46 des Fittings, entlang der Richtung 68 des Fluidstroms. Das Fitting 40 definiert eine Öffnung, einen Durchgang, ein Loch oder einen Kanal 42, der sich vom ersten Ende 44 des Fittings zum zweiten Ende 46 des Fittings erstreckt, um ein Gebiet bereitzustellen, in dem das Fluid die gesamte Länge des Fittings 40 entlang fließen kann. Wie in 8 dargestellt, wird das erste Ende 44 des Fittings 40 in (und durch) das äußerste Ende 34 in den distalen Bereich 33 des Kanals 32 der Anschlussöffnung 30 eingesetzt, sodass das erste Ende 44 des Fittings an der Anschlussöffnung 30 befestigt und in dem distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30 platziert wird. Das zweite Ende 46 des Fittings 40 erstreckt sich ab der Anschlussöffnung 30 und ist mit der Filtersystemkomponente 26 verbunden oder an dieser befestigt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Ende 46 des Fittings in die Filtersystemkomponente 26 eingeführt.
Wie in 10A dargestellt, umfasst das Fitting 40 eine Lippe oder einen Vorsprung 48 in dem Kanal 42. Der Vorsprung 48 erstreckt sich zumindest teilweise um den Innenumfang des Fittings 40 und erstreckt sich nach innen in den Kanal 42. Der Vorsprung 48 leitet den Kanal 42 des Fittings 40 über und teilt ihn zwischen einem kleineren Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings und einem größeren Innendurchmesser 47 am zweiten Ende 46 des Fittings. Dementsprechend ist der Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings kleiner als der Innendurchmesser 47 am zweiten Ende 46 des Fittings. Es ist zu verstehen, dass sich der Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings und der Innendurchmesser 47 am zweiten Ende 46 des Fittings auf den Innendurchmesser von Gebieten des Fittings 40 beziehen, die nicht Teil einer abgeschrägten, abfallenden oder abgewinkelten Kante sind.
Das Fitting 40 kann an der Anschlussöffnung 30 auf eine Vielzahl von Weisen befestigt werden. Wie beispielsweise in 8 dargestellt, ist das Fitting 40 mit einem Gewindeanschluss an der Anschlussöffnung 30 befestigt. Dementsprechend wird das Fitting 40 in die Anschlussöffnung 30 geschraubt. Um in die Anschlussöffnung 30 zu passen, ist der Außendurchmesser des Fittings 40 (insbesondere im Bereich des Fittings 40 mit dem kleineren Innendurchmesser 45) so bemessen, dass er in den Innendurchmesser der Anschlussöffnung 30 (insbesondere in dem distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30) in den Kanal 32 passt. Dementsprechend ist der Hals oder Innendurchmesser 45 (und der Außendurchmesser) des ersten Endes 44 des Fittings kleiner oder stärker verengt als der Innendurchmesser 35 in dem distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30.
Die Länge des Abschnitts des Fittings 40 (das einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser 35 des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30, z. B. der Abschnitt des Fittings 40, der in die Anschlussöffnung 30 passt) ist kürzer als die Länge des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30. Dementsprechend ist in Längsrichtung der Anschlussöffnung 30 ein Spalt zwischen dem ersten Ende 44 des Fittings 40 und dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 vorhanden, in den der Diffusor 50 passt, wie hierin weiter beschrieben wird. Ohne den Diffusor 50 in der Anschlussöffnung 30 tritt eine abrupte Zunahme und Abnahme der Durchmesser des Fluidstroms ein, da das eintretende Fluid sich radial nach außen von dem ersten Ende 44 des Fittings 40 in den distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30 bewegt sowie nach dem Vorsprung 37 in den proximalen Bereich 37 der Anschlussöffnung 30 radial nach innen (oder mit dem austretenden Fluid umgekehrt in die entgegengesetzte Richtung). Obwohl sich das Fitting 40 nicht weit genug in die Anschlussöffnung 30 erstreckt, um an den Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 anzustoßen, ist der Innendurchmesser 45 des Fittings 40 ebenfalls kleiner als der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30.
Diffusor
Die Filterbaugruppe 20 umfasst ferner einen Einsatz oder Diffusor 50, der in dem Kanal 32 der Anschlussöffnung 30 platzierbar ist. Der Diffusor 50 wird verwendet, um mit der Anschlussöffnung 30 und dem Fitting 40 verbunden oder darin integriert zu werden und den Fluidstrom zwischen einem kleineren ersten Innendurchmesser 64 und einem größeren zweiten Innendurchmesser 66 des Diffusors 50 (und daher zwischen dem Fitting 40 und dem proximalen Bereich 37 der Anschlussöffnung 30) zu beschränken und zu leiten. Der Diffusor ermöglicht, dass sich das Fluid langsamer in dem inneren konischen hohlen Bereich 52 des Diffusors 50 ausdehnt (oder zusammenzieht), wenn das Fluid zwischen dem Fitting 40 und der Anschlussöffnung 30 fließt. Dementsprechend reduziert der Diffusor 50 die Änderung des Drucks, was den Druckverlust oder Druckabfall des Fluids in der Filterbaugruppe 20 reduziert und zumindest einen Teil des dynamischen Drucks oder der Geschwindigkeit des Fluids wiederherstellt, der ansonsten aufgrund des notwendigerweise kleineren Innendurchmessers 45 des Fittings 40 (relativ zu dem Innendurchmesser 35, 39 der Anschlussöffnung 30) verloren gehen würde.
Der Diffusor 50 leitet den Großteil des Fluids zwischen dem relativ betrachtet kleineren Innendurchmesser 45 des Fittings 40 in den relativ betrachtet größeren Innendurchmesser 39 der Anschlussöffnung 30 über, was dynamischen Druckverlust minimiert oder verringert. Diese Konfiguration minimiert oder verhindert auch vollständig, dass der Fluidstrom in den großen Innendurchmesser 35 der Anschlussöffnung 30 eintritt, was den dynamischen Druckverlust weiter minimiert oder reduziert.
Wie in 10A dargestellt, umfasst der Diffusor 50 eine innere Fläche 51 und eine äußere Fläche 53. Die innere Fläche 51 definiert die Öffnung, den Durchgang, das Loch, den Kanal oder den inneren konischen hohlen Bereich 52 des Diffusors 50. Dementsprechend ist der Diffusor 50 ein konischer Diffusor und hat eine hohle konische Form, wie in 10B, 12B und 13B dargestellt. Der innere konische hohle Bereich 52 erstreckt sich zwischen einem ersten Eingang oder Ende 54 eines inneren konischen hohlen ersten Bereichs und einem zweiten Eingang oder Ende 56 eines inneren konischen hohlen Basisbereichs in Richtung des Fluidstroms. Dementsprechend zieht der innere konische hohle Bereich 52 den Fluidstrom entweder zwischen dem ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs und dem zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs konisch zusammen oder dehnt ihn aus.
Die innere Fläche 51 des Diffusors 50 erstreckt sich in einem konstanten Winkel ungleich Null (relativ zur Strömungsrichtung 68) und in einer im Wesentlichen geraden, ununterbrochenen Linie (um den gesamten Innenumfang des Diffusors 50 herum) zwischen dem ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs und dem zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs (abgesehen von der Krümmung, Abschrägung oder Verjüngung an beiden Enden des Diffusors 50 gemäß einigen Ausführungsformen). Dementsprechend ist, wie (beispielsweise) in 10B dargestellt, der erste Innendurchmesser 64 des Diffusors 50 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs 52 kleiner als der zweite Innendurchmesser 66 des Diffusors 50 des zweiten Endes 56 des inneren konischen hohlen Bereichs 52. Es ist zu verstehen, dass sich der erste Innendurchmesser 64 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs und der zweite Innendurchmesser 66 am zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs auf den Innendurchmesser der Gebiete des inneren konischen hohlen Bereichs 52 beziehen, die nicht Teil einer abgeschrägten, abfallenden oder abgewinkelten Kante sind.
Der Winkel der inneren Fläche 51 kann durch die relativen Innendurchmesser der Anschlussöffnung 30 und des Fittings 40, die gewünschte Leistung und den Abstand zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings bestimmt werden. Die Leistung des Diffusors 50, die von dem Winkel der inneren Fläche 51 abhängt, ist optimal bei einem niedrigen Verlustkoeffizienten oder K-Faktor, bei dem die Druckänderung (dP) = k*P_dynamisch ist. Wenn beispielsweise der K-Faktor 1 ist, geht die gesamte Fluidgeschwindigkeit verloren. Wenn der K-Faktor 0 ist, geht von der Fluidgeschwindigkeit nichts verloren. 16 zeigt den K-Faktor von Diffusoren mit inneren Flächen mit verschiedenen Winkeln, wobei sich Fluid in die Diffusoren aus einem Kanal mit einem kleinem Durchmesser in einen Kanal mit einem großen Durchmesser bewegt. Wenn der Winkel der inneren Fläche 51 des Diffusors 50 zu abrupt ist, kann der Diffusor 50 den Fluidstrom stocken oder beeinträchtigen. Wie in 16 dargestellt, stellt eine innere Fläche 51 mit einem Winkel von 5 bis 15° den niedrigsten K-Faktor bereit.
Dementsprechend kann der Winkel der inneren Fläche 51 des Diffusors 50 zwischen ungefähr 5 bis 20° liegen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Winkel der inneren Fläche 51 zwischen ungefähr 5 bis 15°. Gemäß anderen Ausführungsformen ist der Winkel der inneren Fläche 51 ungefähr 7° oder ungefähr 10° (wie in 12A dargestellt).
Der Diffusor 50 wird in die Anschlussöffnung 30 und/oder das Fitting 40 eingeführt und daran befestigt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Abschnitt des Diffusors 50 in dem distalen Bereich 33 in dem Kanal 32 der Anschlussöffnung 30 zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings platziert. Dementsprechend ist der größte Außendurchmesser des Diffusors 50 kleiner als der Innendurchmesser 35 in dem distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30, sodass der Diffusor 50 in den distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30 passt. Wie hierin ferner beschrieben wird, ist der gesamte Diffusor 50 (wie in 10A dargestellt) oder nur ein Abschnitt des Diffusors 50 (wie in 12A bis 13B dargestellt) zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings platziert. Gemäß einer Ausführungsform ist der Außendurchmesser am zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs größer als der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30, sodass der Diffusor 50 nicht im proximalen Bereich 37 der Anschlussöffnung 30 platziert ist. Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Diffusor 50 nicht in dem hohlen Inneren 21 des Filterelements 27.
Der Diffusor 50 ist direkt an der Anschlussöffnung 30 und/oder an dem Fitting 40 fixiert, wie hierin ferner beschrieben wird. Die 10A bis 10B stellen dar, wie der Diffusor 50 in der Filterbaugruppe 20 nur an der Anschlussöffnung 30 fixiert werden kann, während die 12A bis 12B und 13A bis 13B darstellen, wie der Diffusor 50 nur an dem Fitting 40 fixiert werden kann.
Um eine gleichmäßige Strömung des Fluids zu erleichtern und um die Expansion oder Kontraktion des Fluids zu steuern, wenn das Fluid zwischen der Anschlussöffnung 30 und dem Fitting 40 fließt, leitet der Diffusor 50 die Strömung des Fluids schrittweise zwischen dem kleineren Innendurchmesser 45 des Fittings 40 und dem größeren Innendurchmesser 39 der Anschlussöffnung 30 über, wie in 9, 10A, 11A bis 11B, 12A, 13A und 14 dargestellt. Dementsprechend ist der erste Innendurchmesser 64 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs ungefähr genauso groß (oder geringfügig größer oder kleiner) wie der Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings. Zusätzlich ist der zweite Innendurchmesser 66 am zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner als der Innendurchmesser 35 des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30 und ungefähr genauso groß (oder geringfügig größer oder kleiner) wie der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30.
Gemäß einer Ausführungsform, wie in den 10A bis 10B und 13A bis 13B dargestellt, ist der erste Innendurchmesser 64 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs im Wesentlichen genauso groß wie der Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings und der zweite Innendurchmesser 66 des zweiten Endes 56 des inneren konischen hohlen Bereichs ist im Wesentlichen genauso groß wie der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30, um jegliche plötzliche oder abrupte Expansion oder Kontraktion des Fluidstroms zu verhindern. Durch die Bereitstellung eines konstanten Durchmessers in und aus dem Diffusor 50 hinein und hinaus wird der Oberflächenverlust des Fluids minimiert, was den dynamischen Druckverlust minimiert.
Wie jedoch in den 8 und 11A bis 11B dargestellt, ist der erste Innendurchmesser 64 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs geringfügig größer als der Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings. Wie in den 12A bis 12B dargestellt, ist der erste Innendurchmesser 64 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner als der Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings.
Ferner, wie in den 8 bis 9 und 11A bis 13B dargestellt, ist der zweite Innendurchmesser 66 am zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs geringfügig kleiner als der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30. Es ist zu verstehen, dass der zweite Innendurchmesser 66 am zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs geringfügig größer sein kann als der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30.
Wie in den 9 bis 13B dargestellt, kann der Diffusor 50 gemäß der gewünschten Gestaltung eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen und Komponenten aufweisen.
Wie in den 10A bis 10B dargestellt, ist der Diffusor 50 konfiguriert, um in den Kanal 32 der Anschlussöffnung 30 eingesetzt oder gepresst zu werden. Der erste Innendurchmesser 64 am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs ist ungefähr genauso groß wie der Innendurchmesser 45 des ersten Endes 44 des Fittings und der zweite Innendurchmesser 66 am zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs ist ungefähr genauso groß wie der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30, um für den Fluidstrom gleitende Übergange zwischen dem Fitting 40, dem Diffusor 50 und der Anschlussöffnung 30 bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform, wie sie in den 10A bis 10B dargestellt wird, ist die Länge des Diffusors 50 so bemessen, dass sie zwischen den Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und das erste Ende 44 des Fittings passt. Dementsprechend ist die Länge des Diffusors 50 ungefähr genauso groß wie der Abstand zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings, sodass der gesamte Diffusor 50 zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings platziert wird und der Diffusor 50 sich nicht in den Innendurchmesser 45 des Fittings 40 oder in den proximalen Bereich 37 der Anschlussöffnung 30 erstreckt.
Die Länge des Diffusors 50 kann etwas kürzer sein als der Abstand zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44, um einen kleinen Raum oder Spalt 78 zwischen dem ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs und dem ersten Ende 44 des Fittings zu erzeugen, wie in 10A dargestellt. Wenn das Fitting 40 in das äußerste Ende 34 des Kanals 32 der Anschlussöffnung 30 eingesetzt und vollständig an der Anschlussöffnung 30 befestigt wird, drückt das Fitting 40 den Diffusor 50 dementsprechend während der Befestigung nicht gegen den Vorsprung 36.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie sie beispielsweise in den 10A bis 10B und 11A bis 11B dargestellt sind, umfasst der Diffusor 50 einen ersten umlaufenden Ring 58. Alternativ oder zusätzlich kann der Diffusor 50 optional einen zweiten umlaufenden Ring 59 aufweisen, wie in den 11A bis 11B dargestellt. Der erste Ring 58 und der zweite Ring 59 erstrecken sich radial nach außen um den gesamten Außenumfang der äußeren Fläche 53 des Diffusors 50 und können einen größeren Außendurchmesser als andere Abschnitte des Diffusors 50 haben. Der Außendurchmesser des ersten Rings 58 und des zweiten Rings 59 sind kleiner als die Innendurchmesser 35 des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30 und größer als der Innendurchmesser 39 des proximalen Bereichs 37 der Anschlussöffnung 30, sodass der Diffusor 50 (einschließlich des ersten Rings 58 und des zweiten Rings 59) in den distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30, aber nicht in den proximalen Bereich 37 der Anschlussöffnung 30 passt. Die Außendurchmesser des ersten Rings 58 und des zweiten Rings 59 können im Wesentlichen gleich sein. Sowohl der erste Ring 58 als auch der zweite Ring 59 können in den Kanal 32 der Anschlussöffnung 30 gepresst werden.
Der erste Ring 58 und der zweite Ring 59 sind in Längsrichtung des Diffusors 50 platziert. Genauer gesagt ist der erste Ring 58 am zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs 56 platziert. Dementsprechend stößt eine Seite des ersten Rings 58 direkt an den Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 an, was verhindert, dass sich der Diffusor 50 weiter in die Anschlussöffnung 30 hinein bewegt. Der zweite Ring 59 kann in einem mittleren Bereich des Diffusors 50 oder am ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs des Diffusors 50 platziert sein, sodass der zweite Ring 59 in Längsrichtung des Diffusors 50 vom ersten Ring 58 beabstandet ist.
Wie in den 12A bis 12B dargestellt, passt ein Abschnitt des Diffusors 50 in den Innendurchmesser 45 des ersten Endes 44 des Fittings. Dementsprechend wird der Diffusor 50 in das erste Ende 44 des Fittings des Kanals 42 eingesetzt oder gepresst und das Fitting 40 wird ebenfalls an der Anschlussöffnung 30 befestigt.
Der Diffusor 50 umfasst einen Flansch oder eine Erweiterung 72, der bzw. die sich radial nach außen um den äußeren Umfang der äußeren Fläche 53 des Diffusors 50 erstreckt und ist nahe dem ersten Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs des Diffusors 50 platziert. Der Außendurchmesser der Erweiterung 72 ist größer als der Innendurchmesser 45 des Fittings 40 am ersten Ende 44 des Fittings, aber kleiner als der Innendurchmesser 35 des distalen Bereichs 33 der Anschlussöffnung 30, sodass die Erweiterung 72 zwar nicht in das Fitting 40 passt, jedoch in den distalen Bereich 33 der Anschlussöffnung 30. Die Erweiterung 72 hilft dabei, weiteren Verlust durch Kontraktion zu minimieren, die durch die Materialdicke des Diffusors 50 verursacht wird.
Um in das erste Ende 44 des Fittings zu passen, umfasst das erste Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs des Diffusors 50 eine Lippe 74, die sich in Längsrichtung (d. h. längs des Diffusors 50) über die Erweiterung 72 hinaus erstreckt. In der Ausführungsform, in welcher der Diffusor 50 die Lippe 74 umfasst, ist das erste Ende 54 des konischen hohlen Bereichs am Ende der Lippe 74 platziert (auf der gegenüberliegenden Seite der Lippe 74 als die Erweiterung 74). Wie in 12A dargestellt, ist der Außendurchmesser der Lippe 74 des ersten Endes 54 des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner als der Innendurchmesser 45 des ersten Endes 44 des Fittings, sodass das erste Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs des Diffusors 50 in den Kanal 42 des ersten Endes 44 des Fittings 40 passt, sich dort hinein erstreckt und einsetzbar ist.
Die Länge des Diffusors 50 in den 12A bis 12B ist so bemessen, dass das zweite Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs und die Erweiterung 72 des Diffusors 50 zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings passen, wenn das Fitting 40 in der Anschlussöffnung 30 arretiert ist. Die Erweiterung 72 stößt direkt an das erste Ende 44 des Fittings an, und das zweite Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs endet unmittelbar vor dem Erreichen des Vorsprungs 36 der Anschlussöffnung 30. Dementsprechend stellt der Diffusor 50 den maximal möglichen dynamischen Druck wieder her, bevor er in einen größeren Kanal (z. B. die Anschlussöffnung 30) fließt.
Wie in den 13A bis 13B dargestellt, ist der Diffusor 50 konfiguriert, um teilweise in den Kanal 42 des Fittings 40 einzurasten. Dementsprechend umfasst der Diffusor 50 mindestens einen Schnapper oder eine Auskragung 76, der bzw. die sich über die Erweiterung 72 und das erste Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs in Längsrichtung (des Diffusors 50) erstreckt, die von dem zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs entfernt liegt. Die Auskragungen 76 sind so konfiguriert, dass sie sich in den Kanal 42 am ersten Ende 44 des Fittings 40 erstrecken und darin eingesetzt werden und dann mit einem Abschnitt oder Ende des Kanals 42 (wie etwa der Vorsprung 48) des Fittings 40 einrasten und dabei den Diffusor 50 direkt an dem Fitting 40 befestigen und fixieren. Die Auskragungen 76 können sich zusammen mit dem Vorsprung 48 des Fittings 40 erstrecken oder damit einrasten. Das Fitting 40 kann immer noch befestigungsfähig mit der Anschlussöffnung 30 sein. Wie in 13B dargestellt, umfasst der Diffusor 50 zwei Auskragungen 76, die einander um den inneren Umfang des Diffusors 50 im Wesentlichen gegenüberliegen. Es ist jedoch zu verstehen, dass der Diffusor 50 eine beliebige Anzahl von Auskragungen 76 umfassen kann.
Die Länge des Diffusors 50 in den 13A bis 13B ist so bemessen, dass sich der innere konische hohle Bereich 52 zwischen dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 und dem ersten Ende 44 des Fittings erstreckt. Das erste Ende 54 des inneren konischen hohlen Bereichs und die Erweiterung 72 des Diffusors 50 ist bündig mit dem ersten Ende 44 des inneren konischen hohlen Bereichs oder stößt an diesen an, während das zweite Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs mit dem Vorsprung 36 der Anschlussöffnung 30 bündig ist oder an diesen anstößt.
Wie in 9 dargestellt, umfasst die Filterbaugruppe 20 zwei Anschlussöffnungen 30. Beispielsweise kann eine der Anschlussöffnungen 30 eine Einlassöffnung 82 und die andere Anschlussöffnung 30 eine Auslassöffnung 86 sein. Jede der Anschlussöffnungen 82, 86 kann einen Diffusor 50 und ein Fitting 40 aufweisen, wobei jedes der Fittings 40 mit der Filtersystemkomponente 26 verbunden ist. Um eine gleichmäßiges Kontraktion oder Expansion des Fluids bereitzustellen, ist der Diffusor 50 in der Einlassöffnung 82 ein Einlassdiffusor 84 und der Diffusor 50 in der Auslassöffnung 86 ist ein Auslassdiffusor 88.
Die innere Fläche 51 am zweiten Ende 56 des konischen hohlen Bereichs des Einlassdiffusors 84 (z. B. der Austritt aus dem Einlassdiffusor 84) weist einen im Wesentlichen geraden, einheitlichen Winkel auf, um zu ermöglichen, dass das Fluid gleichmäßig fließt und sich ausdehnt, wenn es von dem Einlassdiffusor 84 in den Kanal 32 der Anschlussöffnung 30 fließt. Die innere Fläche 51 an dem zweiten Ende 56 des inneren konischen hohlen Bereichs des Austrittsdiffusors 88 (z. B. der Eingang in den Austrittsdiffusor 88) ist gekrümmt, abgeschrägt oder nach außen hin konisch, um zu ermöglichen, dass der Fluidstrom in den Kanal 32 der Anschlussöffnung 30 des Austrittdiffusors 88 fließt und sich gleichmäßig zusammenzieht (anstelle einer abrupten Kontraktion des Fluidstroms).
Alternativ oder zusätzlich ist auch zu verstehen, dass die Filterbaugruppe 20 mehr als eine Einlassöffnung 82 (mit dem Einlassdiffusor 84) und/oder mehr als eine Auslassöffnung 86 (mit dem Auslassdiffusor 88) aufweisen kann. Es ist auch zu verstehen, dass der Eintrittsdiffusor 84 in der Auslassöffnung 86 und der Auslassdiffusor 88 in der Einlassöffnung 82 verwendet werden kann.
Der Diffusor 50 ist eine separate „Anbaukomponente“, die in eine bestehende Filterbaugruppe 20 mit einer vorhandenen Anschlussöffnung 30 und einem vorhandenen Fitting 40 nachgerüstet werden kann. Dementsprechend kann der Diffusor 50 in Verbindung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Arten von handelsüblichen Standardfittings 40 verwendet werden und passt sich an eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen an. Unabhängig von der spezifischen Art des Fittings 40 kann der Diffusor 50 angepasst werden, um die Änderung des Drucks in der Filterbaugruppe 20 zu reduzieren. Der Diffusor 50 kann optional gemäß bestimmten oder individuellen Filterbaugruppen 20 gestaltet und hergestellt werden, da die Filterbaugruppen 20 jeweils unterschiedliche relative Abmessungen oder verfügbaren Raum haben können.
Der Diffusor 50 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, aus geformtem Kunststoff. Es ist jedoch zu verstehen, dass der Diffusor 50 maschinell zerspant, druckgegossen oder aus einer kaltgeformte Legierung hergestellt werden kann.
Kontraktionsring
Wie in 14 dargestellt, kann die Filterbaugruppe 20 ferner eine zusätzliche Komponente umfassen, wie beispielsweise einen Kontraktionsring 90, der in dem Kanal 42 des Fittings 40 platziert ist. Der Kontraktionsring 90 umfasst eine abgewinkelte, abfallende oder abgeschrägte Kante 92, um den Innendurchmesser des Fittings 40 zwischen dem größeren Innendurchmesser 47 am zweiten Ende 46 des Fittings und dem kleineren Innendurchmesser 45 am ersten Ende 44 des Fittings schrittweise zu ändern. Die abgeschrägte Kante 92 des Kontraktionsrings 90 stellt einen gleichmäßigen Übergang in den Kanal 42 des Fittings 40 zwischen dem Innendurchmesser 47 und die kleineren Innendurchmesser 45 bereit, insbesondere wenn das Fluid aus dem Fitting 40 in die Anschlussöffnung 30 fließt. Ohne den Kontraktionsring 90 weist das Fitting 40 einen abrupten und scharfen Übergang zwischen dem größeren Innendurchmesser 47 und dem kleineren Innendurchmesser 45 an dem Vorsprung 48 auf. Mit dem Kontraktionsring 90 wird der Innendurchmesser des Fittings 40 von dem größeren Innendurchmesser 47 zu dem kleineren Innendurchmesser 45 des Fittings 40 schrittweise und gleichmäßig geändert oder übergeleitet, wodurch ermöglicht wird, dass das Fluid gleichmäßig in den Kanal 42 des Fittings 40 fließt, während es sich gleichmäßig zusammenzieht (nachdem (oder während) es in das Fitting 40 und bevor es in den Diffusor 50 eintritt) oder ausdehnt (nachdem es aus dem Diffusor 50 aus- und in das Fitting 40 eintritt). Diese gleichmäßige Kontraktion oder Expansion des Fluidstroms reduziert den Druckabfall des Fittings 40 weiter.
Der Kontraktionsring 90 wird in das zweite Ende 46 des Fittings des Kanals 42 in das Gebiet des Fittings 40 mit dem größeren Innendurchmesser 47 eingesetzt oder gepresst (wobei der innere konische hohle Bereich 52 des Diffusors 50 näher an dem ersten Ende 44 des Fittings (als an dem zweiten Ende 46 des Fittings) und an dem Gebiet des Fittings 40 mit dem kleineren Innendurchmesser 45 (als an dem größeren Innendurchmesser 47) platziert wird). Wie in 14 dargestellt, wird der Kontraktionsring 90 nahe des zweiten Ende 46 des Fittings platziert und stößt direkt an den Vorsprung 48 des Fittings 40 an. Der Außendurchmesser des Kontraktionsrings 90 ist kleiner als der Innendurchmesser 47 des zweiten Endes 46 des Fittings, um in den Kanal 42 des Fittings 40 zu passen. Jedoch ist der Außendurchmesser des Kontraktionsrings 90 größer als der Innendurchmesser 45 des ersten Endes 44 des Fittings, sodass der Kontraktionsring 90 sich nicht an dem Vorsprung 48 vorbei bewegt.
Um einen gleichmäßigen und kontinuierlichen Übergang von dem größeren Innendurchmesser 47 zu dem kleineren Innendurchmesser 45 des Fittings 40 bereitzustellen, ist der Innendurchmesser an einem ersten Ende 94 des Kontraktionsrings 90 ungefähr genauso groß wie der Innendurchmesser 45 des ersten Endes 44 des Fittings und der Innendurchmesser eines zweiten Endes 96 des Kontraktionsrings 90 ist ungefähr genauso groß wie der Innendurchmesser 47 des zweiten Endes 46 des Fittings.
Numerische Strömungsmechaniksimulation (CFD-Simulation)
In den 17 bis 22 sind CFD-Veranschaulichungen, grafische -Diagramme, -Modellierung oder -Simulationen dargestellt. Die 17, 19 und 21 zeigen CFD-Simulationen in einer Filterbaugruppe 120 ohne einen Diffusor (d. h. die Filterbaugruppe 120 von 1). Die 18, 20A bis 20B und 22 zeigen CFD-Simulationen in einer Filterbaugruppe 20 mit dem Diffusor 50 (d. h. dem Diffusor 50 von den 10A bis 10B). Durch Bereitstellen des Diffusors 50 in der Filterbaugruppe 20 zeigen die CFD-Simulationen eine merkliche Druckrückgewinnung. Beispielsweise kann die Änderung des Drucks des Fluidstroms um 20 % reduziert werden. Genauer gesagt wird in 17 eine CFD-Simulation einer Filterbaugruppe 120 ohne einen Diffusor dargestellt, bei dem die Druckänderung 4,07 Kilopascal (kPa) beträgt. Durch das Einschließen des Diffusors 50 in die Filterbaugruppe 20, wie in 18 dargestellt, wird die Druckänderung auf 3,3 kPa oder weniger reduziert.
Die 17 und 18 zeigen Konturen des statischen Drucks des Fluids. Wie in 17 dargestellt, weist die Filterbaugruppe 120 (ohne Diffusor) einen großen statischen Druckverlust auf, der durch den relativ kleinen Innendurchmesser des Fittings 140 verursacht wird. Die Filterbaugruppe von 17 weist über die gesamte Geometrie des Fittings 140 und der Anschlussöffnung 130 hinweg ungefähr einen Verlust von 4,07 kPa auf, wie durch die obere Nummer in der Legende von 17 dargestellt wird. Wie in 18 dargestellt, hat die Filterbaugruppe 20 (mit dem Diffusor 50) einen relativ gesehen kleineren statischen Druckverlust von ungefähr 3,3 kPa. Dementsprechend verringert der Diffusor 50 den Druckverlust um ungefähr 19 %.
Die 19 und 20A bis 20B stellen Stromlinien oder Weglinien der Geschwindigkeit in der Filterbaugruppe 120 ohne einen Diffusor (19) und die Filterbaugruppe 20 mit dem Diffusor 50 (20A bis 20B) dar, wobei das Fluid von rechts nach links auf einer Symmetrieebene fließt. Die Stromlinien zeigen die Fluidgeschwindigkeit, wenn das Fluid von dem Fitting 140 zu der Anschlussöffnung 130 (19) oder von dem Fitting 40 durch den Diffusor 50 und zu der Anschlussöffnung 30 (20A) fließt. In den 19 und 20A bis 20B ist das Fluid ein Dieselkraftstoff, der mit einer Viskosität von 3 Centipoise (cP) bei etwa 4 Litern/Minute (L/min) fließt. Der Innendurchmesser der Fittings 140 und 40 beträgt ungefähr 5,3 Millimeter (mm).
Wie in 19 dargestellt, hat das Fluid eine hohe Geschwindigkeit, wenn es durch den relativ kleinen Innendurchmesser des Fittings 140 fließt. Wenn das Fluid in den relativ großen Innendurchmesser der Anschlussöffnung 130 strömt, dehnt sich das Fluid radial nach außen in die Anschlussöffnung 130 aus. Wie dargestellt, hat das Fluid relativ eine niedrigere Geschwindigkeit in der Anschlussöffnung 130, da das Fluid „stockt“ oder zurück in die Anschlussöffnung 130 zirkuliert. Dementsprechend erzeugt die Filterbaugruppe 120 ohne den Diffusor einen hohen Druckverlust.
Wie in den 20A bis 20B dargestellt, dehnen sich die Stromlinien des Fluids gleichmäßig in dem Diffusor 50 aus, wenn der Diffusor 50 die Geschwindigkeit des Fluids streut. Wie in 20B dargestellt, kommt es dadurch nur in geringer Weise zu einer „Stockung“ (z. B. zurück zirkulierende Strömung) in dem und aufgrund des Spalts 78 zwischen dem Diffusor 50 und dem ersten Ende 44 des Fittings. Da jedoch der Spalt 78 und daher das Ausmaß der „Stockung“ so gering ist, verursacht es keine signifikanten nachteiligen Auswirkungen auf den Fluidstrom, wie etwa Druckverlust. Dementsprechend verringert der Diffusor 50 den Druckverlust um 19 bis 20 % oder sogar um 40 bis 50 %.
Die 21 und 22 stellen auch die Konturen der Geschwindigkeit des Fluids dar und wie das Hinzufügen des Diffusors 50 die Leistung der Filterbaugruppe 20 verbessert.
Es wird davon ausgegangen, dass die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen und Komponenten allein oder in Verbindung miteinander und in einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden können.
Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „etwa“, „im Wesentlichen“, „ungefähr“ und ähnliche Begriffe eine umfassende Bedeutung haben, die mit der üblichen und akzeptierten Verwendung durch Fachleute des Fachgebiets, auf die sich der Gegenstand dieser Offenbarung bezieht, übereinstimmt und diese Begriffe sollen so interpretiert werden, dass sie den betreffenden Begriff abdecken (d. h. „ungefähr genauso“ schließt „genauso“ ein). Es ist für Fachleute, die diese Offenbarung lesen, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt, liegend betrachtet werden.
Die Begriffe „gekoppelt,“ „verbunden,“ „befestigt“ und dergleichen, wie hierin verwendet, bedeutet Zusammenfügen von zwei Elementen direkt oder indirekt miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander einstückig als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-“, „Unter-“, „oben“, „unten“ usw.) beschreiben lediglich die Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren. Es gilt zu beachten, dass die Ausrichtung unterschiedlicher Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann, und dass solche Variationen durch die vorliegende Offenlegung abgedeckt sein sollen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig geformt dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Verfahrens- oder Prozessschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu geordnet werden. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls in der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62442129 [0001]
US 8986539 [0008]

Claims

Filterbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen Filterkopf; eine Anschlussöffnung, die sich von einem Abschnitt des Filterkopfes erstreckt und einen Kanal definiert, damit Fluid in den Filterkopf hinein- oder aus diesem herausfließen kann, ein Fitting, das sich zwischen einem ersten Ende des Fittings und einem zweiten Ende des Fittings erstreckt, wobei das erste Ende des Fittings an der Anschlussöffnung und das zweite Ende des Fittings an einer Filtersystemkomponente verbunden werden kann, und einen Diffusor, der in dem Kanal der Anschlussöffnung platzierbar ist, wobei der Diffusor eine innere Fläche und eine äußere Fläche umfasst, wobei die innere Fläche einen inneren konischen hohlen Bereich definiert, die sich zwischen einem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs und einem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt, wobei die innere Fläche sich mit einem Winkel ungleich Null relativ zur Strömungsrichtung zwischen dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereich und dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt, sodass ein erster Innendurchmesser des Diffusors an dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner ist als ein zweiter Innendurchmesser des Diffusors an dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Anschlussöffnung einen Vorsprung umfasst und wobei der Diffusor zwischen dem Vorsprung der Anschlussöffnung und dem ersten Ende des Fittings platzierbar ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Diffusor einen ersten Ring umfasst, wobei der Außendurchmesser des ersten Rings kleiner als ein Innendurchmesser eines distalen Bereichs der Anschlussöffnung und größer als ein Innendurchmesser eines proximalen Bereichs der Anschlussöffnung ist und wobei der distale Bereich und der proximale Bereich der Anschlussöffnung durch den Vorsprung geteilt sind.
Filterbaugruppe nach Anspruch 3, wobei der erste Ring direkt an den Vorsprung der Anschlussöffnung anstößt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 4, wobei der Diffusor einen zweiten Ring umfasst, wobei der Außendurchmesser des zweiten Rings kleiner als der Innendurchmesser des distalen Bereichs der Anschlussöffnung und größer als der Innendurchmesser des proximalen Bereichs der Anschlussöffnung ist und wobei der zweite Ring von dem ersten Ring in Längsrichtung des Diffusors beabstandet ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 3, wobei der zweite Innendurchmesser des Diffusors am zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs ungefähr genauso groß wie der Innendurchmesser des proximalen Bereichs der Anschlussöffnung ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Länge des Diffusors ungefähr genauso groß wie der Abstand zwischen dem Vorsprung der Anschlussöffnung und dem ersten Ende des Fittings ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Länge des Diffusors geringer ist als der Abstand zwischen dem Vorsprung der Anschlussöffnung und dem ersten Ende des Fittings, sodass ein Spalt zwischen dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs des Diffusors und dem ersten Ende des Fittings erzeugt wird.
Filterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die Länge des Diffusors größer ist als der Abstand zwischen dem Vorsprung der Anschlussöffnung und dem ersten Ende des Fittings, sodass sich das erste Ende des inneren konischen hohlen Bereichs in das Fitting erstreckt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der distale Bereich der Anschlussöffnung der Bereich zwischen dem Vorsprung der Anschlussöffnung und dem ersten Ende des Fittings ist, wobei der größte Außendurchmesser des Diffusors kleiner ist als der Innendurchmesser des distalen Bereichs der Anschlussöffnung, sodass der Diffusor in den distalen Bereich der Anschlussöffnung passt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der erste Innendurchmesser des Diffusors an dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs ungefähr genauso groß wie der Innendurchmesser des ersten Endes des Fittings ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Außendurchmesser des ersten Endes des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner ist als der Innendurchmesser des ersten Endes des Fittings, sodass das erste Ende des inneren konischen hohlen Bereichs sich in das erste Ende des Fittings erstreckt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Diffusor eine Erweiterung aufweist, die sich radial nach außen um die Außenfläche des Diffusors erstreckt, wobei der Außendurchmesser der Erweiterung größer ist als der Innendurchmesser des Fittings an dem ersten Ende des Fittings, wobei die Erweiterung direkt an das erste Ende des Fittings anstößt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 13, wobei der Diffusor eine Lippe aufweist, die sich in Längsrichtung des Diffusors über die Erweiterung hinaus erstreckt und in das erste Ende des Fittings passt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Diffusor mindestens eine Auskragung umfasst, die sich in das Fitting erstreckt und in dieses einrastet.
Fittinganordnung nach Anspruch 15, wobei sich die Auskragung über das erste Ende des inneren konischen hohlen Bereichs hinaus erstreckt und in das Fitting eingesetzt wird.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, ferner einen Kontraktionsring umfassend, der in dem Fitting platziert wird, wobei der Kontraktionsring eine abgeschrägte Kante aufweist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 17, wobei der Kontraktionsring nahe des ersten Endes des Fittings platziert wird.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Diffusor ermöglicht, dass sich Fluid in Längsrichtung des Diffusors konisch zusammenzieht oder konisch ausdehnt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Diffusor direkt an nur einem von der Anschlussöffnung oder dem Fitting fixiert ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Anschlussöffnung eine Fluideinlassöffnung oder eine Fluidauslassöffnung ist.
Filterbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen Filterkörper; eine Anschlussöffnung die sich von einem Abschnitt des Filterkörpers erstreckt und einen Kanal definiert, damit Fluid in den Filterkörper hinein- oder aus diesem herausströmen kann; und einen Diffusor, der in dem Kanal der Anschlussöffnung platzierbar ist, wobei der Diffusor eine innere Fläche und eine äußere Fläche umfasst, wobei die innere Fläche einen inneren konischen hohlen Bereich definiert, der sich zwischen einem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs und einem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt, wobei die innere Fläche sich mit einem Winkel ungleich Null relativ zur Fließrichtung zwischen dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereich und dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs erstreckt, sodass ein erster Innendurchmesser des Diffusors an dem ersten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs kleiner ist als ein zweiter Innendurchmesser des Diffusors an dem zweiten Ende des inneren konischen hohlen Bereichs.
Filterbaugruppe nach Anspruch 22, wobei die Anschlussöffnung einen Vorsprung umfasst und wobei der Diffusor zwischen dem Vorsprung der Anschlussöffnung und dem ersten Ende des Fittings platzierbar ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Diffusor einen ersten Ring umfasst, wobei der Außendurchmesser des ersten Rings kleiner als ein Innendurchmesser eines distalen Bereichs der Anschlussöffnung und größer als ein Innendurchmesser eines proximalen Bereichs der Anschlussöffnung ist und wobei der distale Bereich und der proximale Bereich der Anschlussöffnung durch den Vorsprung getrennt sind.