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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Filter nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Stand der Technik
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Es
sind Filter bekannt, welche über
ein Gehäuse
mit einem darin angeordneten Filterelement verfügen. Das Gehäuse besteht
aus einem Gehäusetopf
und einem Gehäusedeckel,
wobei die Gehäuseteile
dichtend miteinander verbunden sind. Das Filterelement trennt einen
im Gehäuse
angeordneten Einlass dichten von einem, ebenfalls am Gehäuse angeordneten
Auslass. Weiterhin verfügen
Filter über
ein Umgehungsventil, durch welches die zu reinigenden Flüssigkeiten
von dem Einlass zu dem Auslass strömen können, wenn der Differenzdruck
zwischen der einlassseitigen Rohseite und der auslassseitigen Reinseite
zu groß wird.
Hierbei werden dann die Flüssigkeiten
nicht durch das Filterelement gereinigt. Da der maximal zulässige Differenzdruck
an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden muss, sind hierzu
speziell ausgelegte Ventile erforderlich, welche sich in ihrer Baugröße und/oder
ihren einzelnen Komponenten unterscheiden. Hierzu ist eine große Komponentenvielfalt
zu bevorraten, um entsprechend ausgelegte Ventile herstellen zu
können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Filter mit einem Umgehungsventil bereitzustellen,
welcher einfach und kostengünstig
an die jeweiligen Anwendungsfälle
anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Filter
ist zur Reinigung von Flüssigkeiten,
insbesondere von Ölen
oder Kraftstoffen in Kraftfahrzeugen vorgesehen.
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Erfindungsgemäß verfügt der Filter über ein Umgehungsventil,
welches derart angeordnet ist, dass ab einem definierten Differenzdruck
zwischen der Einlassseite und der Auslassseite ein Bypass-Strömungsweg
gebildet wird, durch welchen Flüssigkeit
von dem Einlass zu dem Auslass strömen kann. Dies ist insbesondere
dann erforderlich, wenn das Filterelement verschmutzt bzw. die Viskosität der zu
reinigenden Flüssigkeit
zu hoch ist und zu wenig Flüssigkeit
durch das Filterelement hindurch treten kann. Das Umgehungsventil
verfügt über einen
Ventilkörper
und ein Spannmittel, wobei das Spannmittel zwischen den Ventilkörper und
ein Gegenlager einbringbar ist.
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Der
Filter verfügt
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung über
ein Gehäuse
mit einem oder mehreren Einlässen
und einem oder mehreren Auslässen.
Ein- und Auslässe
sind durch ein, in dem Gehäuse
angeordnetes Filterelement dichtend getrennt. Das Gehäuse ist
durch einen Topf und einen Deckel gebildet, wobei der Topf dichtend
mit dem Deckel verbunden ist. Der Topf und der Deckel bestehen vorzugsweise
aus einem Metallblech, welches mechanisch umformbar ist. Der Topf
verfügt über einen Topfboden
und eine an den Topfboden anschließende, vorzugsweise zy lindrisch
ausgebildete Topfwand. In dem Topfboden sind Öffnungen angeordnet, welche
als Einlässe
und Auslässe
ausgebildet sind. Die Ein- und Auslässe werden nach dem Umformvorgang
des Topfes aus dem Topfboden ausgestanzt oder durch einen spanabhebenden
Arbeitsgang heraus gearbeitet. Der Deckel ist als flüssigkeitsdichtes Blechteil
ohne Öffnungen
ausgebildet. Durch geeignete Umformvorgänge ist aus einer Blechscheibe
ein fertig ausgestalteter Deckel herstellbar, welcher mit dem Topf
dichtend verbindbar ist. Hierzu kann der Deckel vorzugsweise mit
dem Topf dichtend verbördelt
sein. Bei anderen Ausgestaltungen können die Ein- und Auslässe auch
in den Deckel eingebracht sein. Hierbei verfügt dann der Topboden weder über einen
Einlass noch einen Auslass für
die gereinigte Flüssigkeit.
Selbstverständlich
kann jedoch eine Öffnung
für den
Austrag einer abgeschiedenen Flüssigkeit
wie z. B. Wasser vorgesehen sein.
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Der
Ventilkörper
des Umgehungsventils kann beliebig, vorzugsweise als Kugel oder
Scheibe, ausgestaltet sein. Das Spannmittel weist elastische Eigenschaften
auf, wobei das Material selbst die erforderlichen elastischen Eigenschaften
besitzen kann oder durch die geometrische Ausgestaltung z. B. als
Feder die erforderliche Elastizität erreicht wird. Die Vorspannung
des Spannmittels mit welcher das Spannmittel zwischen dem Ventilkörper und
dem Gegenlager angeordnet ist, ist an den erforderlichen Öffnungsdifferenzdruck
anpassbar. Bei einem geringen Öffnungsdifferenzdruck
ist eine geringe Vorspannung des Spannmittels gewählt, so
dass ein geringer Differenzdruck ausreichend ist, um den Ventilkörper von seinem
Ventilsitz abzuheben und den Bypass-Strömungsweg freizugeben. Bei anderen
Ausgestaltungen soll der Bypass-Strömungsweg erst bei höheren Differenzdrücken freigegeben
werden. Hierzu wird das Spannmittel mit einer größeren Vorspannung zwischen
den Ventilkörper
und das Gegenlager eingebracht. Die größere Vorspannung kann durch
eine veränderte
Einbaulage des Spannmittels oder durch die Verwendung von zusätzlichen
Bauteilen erzeugt werden.
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Bei
veränderten
Einbaulagen kann das Spannmittel z. B. konisch ausgeführt sein
und durch eine Drehung in einer anderen Position an dem Gegenlager
zur Anlage kommen.
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Bei
anderen Ausgestaltungen können
auch zusätzliche
Distanzscheiben eingelegt werden, um die Distanz zwischen der Anlage
an dem Gegenlager und dem Ventilkörper zu verringern.
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Durch
die variable Anpassung der Vorspannkraft des Spannmittels ist es
möglich,
den Öffnungsdruck
des Umgehungsventils an die jeweils erforderlichen Bedingungen anzupassen,
ohne dass die Bevorratung von unterschiedlichen Spannmitteln oder anderen
Ventilteilen erforderlich ist. Somit reduzieren sich die Komponentenvielfalt
und damit auch die Lagerhaltung, wodurch Kosten eingespart werden
können.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass
durch das einstellbare Ventil eine Fertig- oder Endmontage des Filters
erfolgen kann und nach der Fertigstellung des Filters der Öffnungsdruck
des Bypassventils kundenspezifisch oder typspezifisch justiert bzw.
eingestellt wird. Bei Wechselfiltern oder auch bei Filterpatronen
lässt sich dies
durch ein einfaches Werkzeug, welches durch die Filterpatrone hindurch
bewegt wird, justieren. Mit diesem Werkzeug kann das Gegenlager
bzw. eine Einstellplatte in der entsprechenden Position verrastet
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gegenlager in
seiner axialen Lage variabel arretierbar. Hierbei wird dann der
axiale Abstand zwischen dem Gegenlager und dem Ventilkörper derart
verändert,
dass die Vorspannung des Spannmittels indirekt an die erforderlichen
Eigenschaften angepasst wird. Somit erübrigen sich zusätzliche
Bauteile zur Einstellung der Vorspannkraft.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gegenlager in Stufen variabel
arretierbar. Hierbei können
die Stufen als Absätze
in dem Umgehungsventil ausgebildet sein, welche mit dem Gegenlager des
Spannmittels z. B. in Form von Nut-und-Feder-Verbindungen zusammenwirken.
Durch die Anordnung verschiedener Stufen ist eine gezielte Einstellung
des Öffnungsdruckes
möglich.
Jeder Stufe ist ein spezieller Öffnungsdruck
zuzuordnen und somit einfach einstellbar. Die einzelnen Stufen werden hierbei
bereits bei der Entwicklung des Filters festgelegt und können bei
der Montage einfach und ohne besondere Hilfsmittel exakt erreicht
werden.
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Es
ist vorteilhaft, dass Rastnasen vorgesehen sind, an welchen das
Gegenlager arretierbar ist. Hierbei wird dann das Gegenlager in
die jeweilige Position der Rastnasen gedrückt und so der für die jeweilige
Vorspannung erforderliche axiale Abstand zwischen dem Gegenlager
und dem Ventilkörper
erzeugt. Hierbei sind Rastnasen einfach und kostengünstig herstellbare
Geometrien insbesondere bei Kunststoffausführungen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rastnasen an
einem Stützkörper für das Filterelement
angeordnet. Hierbei kann der Stützkörper dann
einerseits die Funktion des Abstützens
des Filterelements und andererseits die Funktion des Haltens des
Gegenlagers erfüllen.
Durch die Funktionsintegration können
zusätzliche
Bauteile entfallen.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Stützkörper mit einer Endscheibe des
Filterelementes verbunden. Somit ist eine exakte Positionierung des
Stützkörpers zu
dem Filterelement erreicht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn
das Umgehungsventil zumindest teilweise innerhalb des Filterelements
angeordnet ist. Hierbei ist bei einer besonderen Ausgestaltung der
Stützkörper einteilig
mit der Endscheibe ausgeführt,
wodurch die Bauteilanzahl reduziert ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Gegenlager als Scheibe
ausgebildet. Somit kann das Gegenlager einfach hergestellt und in
Aufnahmen insbesondere Rastnasen montiert werden. Derartige Scheiben
können
einfach und kostengünstig
z. B. aus Kunststoff im Spritzgussprozess hergestellt oder aus dünnen Metallblechen
ausgestanzt werden.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Spannmittel
eine vorzugsweise zylindrische Spiralfeder, welche zwischen dem
Ventilkörper
und dem Gegenlager angeordnet ist. Spiralfedern insbesondere Spiraldruckfedern
sind einfach und kostengünstig
herstellbar. Weiterhin sind Spiralfedern einfach montierbar.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilkörper eine Kunststoffscheibe,
welche bei geschlossenem Umgehungsventil auf einem Kunststoffventilsitz
dichtend aufliegt. Diese Ausgestaltung ist besonders kostengünstig, da
die Bauteile des Umgehungsventils einfach im Kunststoffspritzguss
gefertigt werden können.
Der Kunststoffventilsitz kann hierbei an die Endscheibe angeformt
sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figur erläutert. Hierbei zeigt:
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1 einen
Filter in perspektivischer Ansicht im Teilschnitt,
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2 die
Einzelteile eines Bypassventils und
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3 ein
Bypassventil zum Einsetzen in einen Filter.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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In 1 ist
ein Filter 10 in perspektivischer Ansicht im Teilschnitt
dargestellt. Der Filter 10 verfügt über einen Topf 11 und
einen Deckel 12. Der Topf 11 bildet gemeinsam
mit dem Deckel 12 ein Gehäuse, welches im Wesentlichen
die Außengeometrie
des Filters 10 darstellt. Der Topf 11 ist über eine
flüssigkeitsdichte
Bördelverbindung 13 mit
dem Deckel 12 verbunden. Der Topf 11 weist mit
seinem offenen Ende in die Richtung, die durch den Deckel 12 verschlossen
wird. Der Topf 11 verfügt über einen
geschlossenen zylindrischen Umfangsbereich 14, welcher
im oberen Bereich des Topfes 11 in einen Topfboden 15 übergeht.
Im Übergangsbereich
des Umfangsbereichs zu dem Topfboden 15 ist eine Dichtungssicke 16 angeordnet,
auf welche eine Dichtung 17 aufgesteckt oder aufvulkanisiert
ist. Zur Abstützung
der Dichtung 17 ist ein Außenring 18 vorgesehen,
welcher verhindert, dass die Dichtung 17 in montiertem
Zustand radial nach außen
entweicht und so Leckagen verursacht. Der Außenring 18 kann mit dem
Topf 11 verschweißt
oder verklebt sein, wodurch er unlösbar mit dem Topf 11 verbunden
ist. Selbstverständlich
besteht auch die Möglichkeit,
den Topf einteilig herzustellen. In dem Topfboden 15 sind
mehrere, verteilt angeordnete Einlassöffnungen 19 vorgesehen,
durch welche die zu reinigende Flüssigkeit in den Filter 10 einströmen kann.
Weiterhin verfügt
der Topfboden 15 über
einen zentral angeordneten Auslass 20, welcher in seinem
Inneren ein Innengewinde 21 zur Befestigung des Filters 10 an
einem Adapter mit Außengewinde
(nicht dargestellt) aufweist. Im Inneren des Gehäuses ist ein Filterelement 22 derart angeordnet,
dass die Einlassöffnungen 19 dichtend von
dem Auslass getrennt sind. Das Fil terelement 22 verfügt hierzu über ein
Filtermedium 23, welches bei diesem Ausführungsbeispiel
zickzackförmig
gefaltet und sternförmig
geschlossen ist. An den stirnseitigen Enden des Filtermediums 23 sind
Endscheiben 24 aus Kunststoff oder Nitrilkautschuck angeordnet.
An der oberen Endscheibe 24 ist zwischen dem Außenumfang
des nach innen gezogenen Auslasses 20 und dem Innendurchmesser
der Endscheibe 24 eine Rücklaufsperrmembran 25 dichtend
angeordnet.
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Im
Bereich der unteren Endscheibe 24 ist ein Umgehungsventil 26 angeordnet,
welches in das Innere des Filterelementes 22 hineinragt.
Das Umgehungsventil 26 verfügt über einen scheibenförmigen Ventilkörper 27 und
ein Spannmittel 28, welches als Spiraldruckfeder aus gewickeltem
Metalldraht ausgebildet ist. Das Spannmittel 28 stützt sich
an einem scheibenförmigen
Gegenlager 29 ab. Das Gegenlager 29 ist mit drei,
am Umfang verteilt angeordneten Rastnasen 30 in seiner
Axialrichtung fixiert. Die Rastnasen 30 sind an Stegen 31,
welche einteilig mit einem Stützkörper 32 für das Filterelement
ausgeführt sind,
angeordnet. Der Stützkörper 32 ist
ohne nennenswerten Druckverlust für das gereinigte Fluid durchströmbar. An
den Stegen 31 sind in definierten axialen Abständen A weitere
Rastnasen 30' angeordnet,
an welchen das Gegenlager 29 fixierbar ist. Der Ventilkörper 27 verfügt über Aussparungen 33,
mit welchen der Ventilkörper 27 entlang
der Stege 31 geführt
ist. Somit ist ein Verdrehen des Ventilkörpers 27 verhindert.
Innerhalb der Stege 31 verfügt der Stützkör per 32 über einen
ringförmig
umlaufenden Ventilsitz 34, auf welchem der Ventilkörper 27 im
geschlossenen Zustand dichtend aufliegt.
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Im
dargestellten Zustand ist das Spannmittel 28 mit einer
geringen Vorspannung zwischen den Ventilkörper 27 und das Gegenlager 29 eingebracht, wodurch
das Umgehungsventil 26 mit einem geringen Differenzdruck öffenbar
ist. Bei einem alternativen Montagezustand (nicht dargestellt) ist
das Gegenlager 29 an beabstandet angeordneten Rastnasen 30' fixiert, wodurch
die Vorspannkraft des Spannmittels 28 erhöht ist.
Das Umgehungsventil 26 öffnet somit
erst bei einem höheren
Differenzdruck.
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Zur
Montage des Umgehungsventils 26 wird zuerst der Ventilkörper 27 auf
den Ventilsitz 34 aufgebracht. Hierbei wird der Ventilkörper 27 mit
seinen Aussparungen 33 entlang der Stege 31 geführt. Anschließend wird
das Spannmittel 28 auf den Ventilkörper 27 aufgelegt
und mit dem Gegenlager 29 an den Ventilkörper 27 angedrückt. Das
Gegenlager 29 verfügt
ebenfalls über
Aussparungen 33, welche mit den Stegen 31 korrespondieren.
Bei der Montage wird das Gegenlager 29 in die Rastnasen 30 hineingedrückt, wodurch
die Stege 31 mit den daran angeordneten Rastnasen 30 radial
nach außen
federn und beim Zurückfedern
das Gegenlager 29 in axialer und radialer Richtung fixieren.
Um eine größere Vorspannung
des Spannmittels 28 zu erreichen, wird das Gegenlager 29 weiter
hinunter gedrückt,
bis die Stege 31 erneut radial nach außen federn und das Gegenlager 29 unter
die Rastnasen 30' gleitet.
Nach dem Zurückfedern
der Ste ge 31 ist das Gegenlager 29 an den Rastnasen 30' fixiert, wodurch
der Abstand zwischen dem Gegenlager 29 und dem Ventilkörper 27 verkürzt ist
und das Spannmittel 28 eine größere Vorspannung aufweist.
Damit wird der Öffnungsdruck größer, als
in der durch die Figur dargestellten Einbaulage. Die Abstände, Anzahl
und Anordnung der Rastnasen 30 ist abhängig von der zu erreichenden Vorspannung.
Hierbei können
selbstverständlich mehr
oder weniger als drei Stufen vorgesehen werden.
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2 zeigt
die Einzelteile eines Bypassventils. An einer Ventilplatte 41 sind
drei Stege 38, 39, 40 angeordnet. Diese
Stege weisen jeweils eine Mikroverzahnung auf. Innerhalb der Stege
wird ein Ventilteller 36 eingefügt, der die Öffnung der
Ventilplatte 41 verschließen kann. Der Ventilteller
hat Kontakt mit einer Druckfeder 35. Diese wird auf ihrer
dem Ventilteller gegenüberliegenden
Seite mit einer Einstellplatte 37 abgeschlossen. Die Einstellplatte
weist drei Führungen
für die
Stege 38. 39, 40 auf. Die Stege werden
durch die Führungen
hindurch geschoben. Ein entsprechender Rastmechanismus innerhalb
der Führungen
sorgt dafür,
dass die Einstellplatte lediglich nach unten, d. h. in Richtung
der Ventilplatte bewegt werden kann, jedoch nicht mehr abziehbar
ist. Dieses Ventil wird in einem Filterelement eingefügt.
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3 zeigt
das montierte Ventil, welches über
die Ventilplatte 41 mit der Endscheibe eines Filterelementes
verbunden werden kann. Nach dem Einbau in das Filterelement lässt sich
der Öffnungsdruck
für das
Umge hungsventil durch ein Verschieben der Einstellplatte in Richtung
auf den Ventilteller 36 justieren.