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Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsfilterelement
nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
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Wie jede andere technische Betriebsflüssigkeit
unterliegt auch Kraftstoff einer gewissen Verschmutzung durch Partikel,
die im Laufe des Herstellungsprozesses, während des Transportes und der Lagerung
und schließlich
bei der Abfüllung
in den Kraftstoffbehälterdes
Fahrzeuges in die Flüssigkeit gelangen.
Nach Abschluss des Tankvorganges erfolgt eine weitere Kontamination
durch Partikel und Wasser über
die Tankentlüftung.
Gerade bei den heutzutage auf dem Markt befindlichen, hochverdichteten
Dieselmotoren hat das Kraftstofffilterelement die Aufgabe, alle
Komponenten des Hochdruckeinspritzsystems zu schützen. Auch die Wasserabscheidung
spielt hierbei eine große
Rolle. Gelangt freies oder nicht stabil emulgiertes Wasser auf die
Hochdruckseite des Dieseleinspritzsystems, können durch lokale Mangelschmierung
und vor allem durch Korrosion Schäden entstehen. Daher hat in
vielen Fällen das
Kraftstofffilterelement auch die Aufgabe, freies und emulgiertes
Wasser abzutrennen. Die Wassertröpfchen
scheiden sich dabei an den Fasern des Filtermediums ab und vereinigen
sich zu immer größeren Tropfen.
Eine große
Rolle bei den Kraftstofffiltern spielen die Gehäusekraftstofffilter, welche
zur Kategorie der öffenbaren
Filter gehören.
Beim Filterwechsel wird der Gehäusedeckel
aufgeschraubt und nur das Filterelement gewechselt. Aus Servicegründen wird
das Gehäuse
bevorzugt so positioniert, dass der Deckel oben liegt. In modernen
Ausführungen
besteht das Filterelement ausschließlich aus nichtmetallenen und
daher problemlos thermisch recyclebaren Werkstoffen (metallfreie
Filterelemente). Kraftstofffilterelemente sind heute überwiegend
sternförmig
gefaltet und weisen stirnseitig jeweils eine ringförmige Endscheibe
auf.
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DE 197 18 603 A1 zeigt ein Ringfilterelement mit
einer Endscheibe aus Kunststoff, wobei die Endscheibe durch eine
spezielle geometrische Ausgestaltung im äußeren oder im inneren Bereich
für eine Abdichtung
mit einer zylindrischen Anlagefläche
des Zylindergehäuses
unter federnder Verformung des Dichtbereiches sorgt.
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Falls die Abdichtung hierbei im inneren
Bereich der Endscheibe erfolgt und das Filterelement auf ein Mittelrohr
des Gehäuses
mit zylindrischen Anlageflächen
aufgeschoben wird, kann es zu Problemen beim Wechsel des gebrauchten
Filterelementes kommen. Da das Dichtelement durch die federnde Vorspannung
besonders dicht an der zylindrischen Anlagefläche anliegt und im Laufe der
Betriebszeit ein gewisses Anbacken der Dichtung an der zylindrischen
Anlagefläche
erfolgt, ist das axiale Herausziehen des Filterelementes vom Mittelrohr
nur durch einen erhöhten
Kraftaufwand möglich.
Ein weiteres Problem ist eine nicht vorhandene Griffmöglichkeit zum
Handling des Filterelementes.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es,
ein Filterelement zu schaffen, welches eine sichere Abdichtung gegenüber einem
Mittelrohr gewährleistet,
einfach austauschbar und günstig
und einfach in der Herstellung ist. Diese Aufgabe wird durch die
Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement
zur Filtrierung von Flüssigkeit
mit einem im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten, von der
zu filtrierenden Flüssigkeit
radial durchströmten
Filtermedium, welches an den offenen Stirnseiten mit Endscheiben
verbunden ist. Die Endscheiben sind bevorzugt kreisringförmig ausgeführt, wobei
sie mit dem Filtermedium durch Kleb- oder Schweißverfahren verbunden werden.
Das Material der Endscheibe kann hierbei Metall oder Kunststoff
sein, wobei Metallendscheiben dann bevorzugt mit dem Filtermedium
verklebt werden und Kunststoffendscheiben über z. B. Spiegelschweißen oder
Infrarotschweißen
mit dem Filtermedium verbunden werden. Das zylinderförmig ausgebildete
Filtermedium kann hierbei zickzackförmig oder sonst wie gefaltet
oder auch gewickelt sein und aus Filterpapier, einem teilsynthetischen
oder vollsynthetischen Material bestehen. Wenigstens eine der Endscheiben
weist ein sich axial vom Filtermedium weg erstreckenden Ringkragen
auf, wobei dieser Ringkragen lösbar
oder unlösbar
mit der Endscheibe verbunden ist. Dabei ist der Ringkragen bevorzugt aus
demselben Material wie die Endscheiben und kann beispielsweise über eine
Schnappverbindung, eine Schraubverbindung oder eine sonstige im
Stand der Technik bekannte Verbindungsart lösbar mit der Endscheibe verbunden
sein. Die Endscheibe und der Ringkragen bilden korrespondierend
miteinander eine innen umlaufende Nut zur Aufnahme eines radial
wirkenden Dichtmittels, d. h. dass jeweils die Endscheibe und der
Ringkragen einen Teil dieser Nut durch ihre geometrische Ausgestaltung
bilden und in ihrer Kombination im inneren Durchmesser der kreisringförmigen Endscheibe
und des Ringkragens eine vollständig
umlaufende Nut gebildet wird. In diese Nut kann dann ein radial
wirkendes Dichtmittel eingelegt werden, wobei es ebenso möglich ist,
eine Dicht raupe in die gebildete Nut einzuspritzen oder zu extrudieren.
Weiterhin kann das Dichtmittel auch eine flexible Kunststoffdichtung
bzw. Gummidichtung sein. Es können
sämtliche
im Stand der Technik bekannten Dichtmittel verwendet werden, welche über eine
Nutaufnahme gehalten werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist das Dichtmittel ein O-Ring, welcher in der umlaufenden
Nut angeordnet ist und korrespondierend dichtend an einem Mittelrohr
eines Filtergehäuses
anliegt. Durch die Möglichkeit,
einen O-Ring zu verwenden, wird eine einfache und preisgünstige, jedoch
sehr gut abdichtende Lösung
vorgeschlagen. Im Einsatz wird das Filterelement bevorzugt auf ein Mittelrohr
eines Filtergehäuses
aufgeschoben, wobei der O-Ring dann für eine radiale Abdichtung des
Filterelementes gegenüber
dem Mittelrohr sorgt.
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In einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung sind Endscheibe und Ringkragen aus einem thermoplastischen
Kunststoff hergestellt. Dies sorgt für geringe Materialkosten, eine
einfache Herstellungsmöglichkeit
sowie Verarbeitung und für
ein geringes Gewicht. Als Beispiel sei hier Polyamid genannt, mit
oder ohne Glasfaserverstärkung.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgedankens
beinhaltet, dass der Ringkragen einen sich zum axialen Ende hin
vergrößernden
Durchmesser aufweist. Dies bedeutet, dass der äußere Durchmesser des Ringkragens
an seinem freien Ende größer ist
als an der Verbindungsstelle zwischen Ringkragen und Endscheibe.
Bevorzugt geht diese Durchmesservergrößerung nicht linear, sondern
erfolgt in Form einer S-Kurve. Dies erweist sich vorteilhaft für den Fall
des Wechsels des Filterelementes nach seinem Gebrauch. Die S-förmige Ausgestaltung
erfüllt
dabei die zusätzlich
Funktion eines Griffs. So ist es einfach möglich, mit einem geeigneten
Werkzeug und / oder mit den Händen
von oben in den Bereich des Hinterschnitts des Ringkragens einzugreifen
und so eine nach oben gerichtete Axialkraft auf das Filterelement
auszuüben,
wobei dann eine Axialkraftkomponente durch den Ringkragen aufgenommen
werden kann.
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Eine besondere Ausführungsform
des Filterelementes ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
ein Durchbruch oder eine Bohrung in der axialen Außenkante
des Ringkragens angeordnet ist. Dieser Durchbruch sorgt in speziellen
Anwendungsfällen – wie z.
B. in der Dieselkraftstofffiltration – dafür, dass aufgewärmter Kraftstoff
vom Rücklauf
der Einspritzanlage über
diesen Durchbruch dem kalten, vom Tank zuströmenden Kraftstoff hinzugemischt
wird, um eine mögliche
Verblockung des Kraftstofffilters durch die erhöhte Viskosität des Dieselkraftstoffes bei
Temperaturerniedrigung zu verhindern.
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Eine besondere Ausführungsform
beinhaltet, dass der Ringkragen und die Endscheibe an ihrer axialen
Verbindungsstelle Mittel zur Hemmung der Verdrehung des Ringkragens
gegenüber
der Endscheibe in wenigstens eine Drehrichtung aufweisen. Diese
Mittel können
z. B. miteinander korrespondierende "Stift-Loch"-Systeme sein oder mehrere Stifte, die
jeweils vom Ringkragen und der Endscheibe über ihren Kontakt miteinander
eine Hemmung verursachen. Weiterhin können diese Mittel ebenso aus
einer Schraubverbindung oder sonstigen im Stand der Technik bekannten,
miteinander korrespondierenden Profilen zur Hemmung einer Verdrehung
zweier Teile miteinander bestehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Endung sind die Mittel zur Verdrehsicherung korrespondierend
gegenläufig
angeordnete, axiale Sägezahnprofile.
Dies erweist sich als äußerst vorteilhaft bei
der vollautomatisierten Montage des Ringkragens auf der Endscheibe,
wobei in diesem Fall nicht auf eine spezielle Drehrichtungsausrichtung
der beiden Teile zueinander geachtet werden muss, da die gegenläufig angeordneten
Sägezahnprofile
bei der axialen Verbindung von Endscheibe und Ringkragen bei einem
direkten Aufeinandertreffen des Profils aufeinander abgleiten und
so in jeder Position miteinander verbunden werden können. Die
jeweils in Axialrichtung stehenden, senkrechten Komponenten der Sägezahnprofile
sorgen so für
eine Verdrehsicherung in eine Drehrichtung, da sie bei einem Aufeinandertreffen
ein weiteres Verdrehen blockieren. Je nach Verbindungskraft der
Verbindung zwischen Ringkragen und Endscheibe ist es so möglich, ein
Verdrehen in die andere Richtung durch eine Erhöhung der Axialkraftkomponente
ebenfalls zu verringern. Durch diese erhöhte Axialkraftkomponente ist
es den Sägezähnen nicht
mehr möglich
aufeinander abzugleiten und so ein Überspringen zu realisieren.
Die Ausführung
der Verdrehsicherung als Sägezahnprofil
dient der einfachen maschinellen Fertigungsmöglichkeit der Verbindung zwischen
Ringkragen und Endscheibe. Die Verdrehsicherung dient dem einfacheren
Herauslösen
des Filterelementes aus dem Filtergehäuse. Das Filterelement sitzt
auf einem Mittelrohr des Filtergehäuses und ist diesem gegenüber mit
dem Dichtmittel abgedichtet. Nach einer vorgegebenen Benutzungsdauer
muss das Filterelement gewechselt werden. Bei einem rein axialen
Herunterziehen des Filterelementes vom Mittelrohr des Filtergehäuses ist
ein sehr großer
Kraftaufwand notwendig. Daher ist es einfacher, eine Kombination
aus Dreh- und Zugbewegung auszuführen,
wobei die Krafteinleitung am Ringkragen erfolgt. Durch ein Verdrehen
und gleichzeitiges Ziehen ist es einfach möglich, eine evtl. verklebte
Dichtung zu lösen
und das Filterelement so "herauszuschrauben".
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist der Ringkragen über eine Schnappverbindung
mit der Endscheibe verbunden. Dies ermöglicht eine zusatzmittel- und werkzeugfreie
Verbindung der beiden Teile, wobei das Verbinden auch durch ein
einfaches Aufeinanderdrücken
maschinell erfolgen kann.
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Eine besondere Ausführungsform
des Filterelementes beinhaltet, dass im Inneren des Filterelementes
zwischen den Endscheiben ein mit Durchbrüchen versehenes Stützrohr angeordnet
ist, wobei der Innendurchmesser des Stützrohres größer ist als der Innendurchmesser
der Endscheibe. Aufgrund der zum Teil hohen Drücke, die in Flüssigkeitsfilteranlagen
herrschen, ist hier zum Schutz vor einem Kollabieren des Filtermediums
ein Stützrohr
im Inneren des Filterelementes vorgesehen, welches eine Abstützung des
Filtermediums nach innen zum Ziel hat. Des Weiteren führt dieses
Stützrohr
zu einer axialen Stabilitätsverbesserung
und so wird eine einwandfreie Weiterleitung einer in einem Ringkragen
eingebrachten Drehbewegung gewährleistet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Filterelementes ist dies vollständig
metallfrei. Dadurch ist eine vollständige Veraschbarkeit gegeben, welches
zu einer starken Vereinfachung im Recyling-Prozess führt.
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Diese und weitere Merkmale von bevorzugten
Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch
aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
der Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können,
für die
hier Schutz beansprucht wird.
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Zeichnung
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Hierbei zeigt
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1 das
erfindungsgemäße Filterelement im
Halbschnitt,
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2 eine
Schnittansicht des Ringkragens und
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3 eine
Schnittansicht der Endscheibe.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Flüssigkeitsfilterelement 10, wobei
zwischen zwei Endscheiben 11 ein Filtermedium 12 zickzackförmig gefaltet
angeordnet ist. Bevorzugt ist das Filtermedium hierbei ein plissiertes
Vlies oder ein Filterpapier. Die Endscheiben sind mit dem Filtermedium
spiegelverschweißt,
es kommen aber auch weitere Verbindungsarten, wie z. B. Kleben oder
Infrarotschweißen
in Betracht. Mit den Endscheiben 11 ist an deren Stirnseite
jeweils ein Ringkragen 13 lösbar verbunden, wobei zwischen
Ringkragen 13 und Endscheibe 11 im Inneren des
Ringkragens 13 ein O-Ring 14 angeordnet ist. Zwischen den
Endscheiben 11 im Inneren des Filtermediums 12 ist
ein Stützrohr 15 angeordnet,
welches ebenfalls fest mit den Endscheiben 11 verbunden
ist. Die Endscheiben 11 und der Ringkragen 13 werden über eine Klipsverbindung 16 verbunden,
wobei in Endscheibe 11 und Ringkragen 13 jeweils
korrespondierende Klipsnasen angeordnet sind. Zur Aufnahme des O-Ringes 14 weist
die Endscheibe 11 zwei L-förmige Anlageschultern 17 auf,
die korrespondierend mit einer Anlageschulter 18 des Ringkragens
eine innen umlaufende Nut zur Aufnahme des O-Ringes 14 bilden.
Im axialen Randbereich des Ringkragens ist wenigstens ein Durchbruch 19 angeordnet,
welcher einen Flüssigkeitsübergang
erlaubt. Der Ringkragen 13 weist eine Ringkragenschulter 20 auf,
welche eine S-förmige
Profilierung aufweist, dadurch entsteht ein Durchmessersprung vom
kleineren Durchmesser der Endscheibe 11 zugewandten Seite
des Ringkragens bis zum größeren Durchmesser
des Ringkragens 13 im Bereich der Stirnseite.
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2 zeigt
einen Teilschnitt des Ringkragens 13. Der 1 entsprechende Bauteile sind mit den
gleichen Bezugszeichen versehen. Der Ringkragen ist kreisringförmig aufgebaut
und weist an der unteren auf der Endscheibe 11 aufliegenden
Ringfläche
eine Anzahl von Sägezahnprofilen 21a auf.
An dem der Endscheibe 11 zugewandten Ende der Ringkragenschulter 20 ist
die umlaufende, dem Ringkragen 13 zugeordnete Klipsnase 16a zu
erkennen.
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3 zeigt
einen Detailausschnitt der Endscheibe 11. Den vorherigen
Figuren entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Auch die Endscheibe 11 ist kreisringförmig aufgebaut,
wobei an der dem Filtermedium abgewandten Stirnseite der Endscheibe 11 einerseits
die zu den Klipsnasen 16a des Ringkragens 13 ausgebildeten
Klipsnasen 16b der Endscheibe 11 zu erkennen sind
und andererseits die ebenfalls umlaufenden Sägezahnprofile 21b,
welche korrespondierend mit den Sägezahnprofilen 21a des
Ringkragens 13 zu einer Verdrehhemmung in wenigstens einer
Richtung führen.
Die L-förmig
angelegten Anlageschultern 17 der Endscheibe 11 bieten
in Kombination mit der Anlageschulter 18 des Ringkragens 13 eine
innen umlaufende Nut zur Aufnahme des O-Ringes 14.