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Die
Erfindung betrifft einen Filter, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Kraftstofffilter
oder -Ölfilter, mit
einem Gehäusetopf
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Stand der Technik
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Ölfilter,
Kraftstofffilter oder vergleichbare Filter, insbesondere von Kraftfahrzeugen
bestehen in einer häufig
benutzten Bauform aus einem fest eingebauten Filter-Deckelteil,
mit dem ein Gehäusetopf lösbar verschraubt
ist. Für
Wartungsarbeiten kann der Gehäusetopf
vom Filter-Deckelteil
abgeschraubt werden, um das darin gehaltene Filterelement auszutauschen.
Nach Austausch des Filterelementes wird der Gehäusetopf wieder aufgeschraubt.
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Eine
alternative Bauform sind sogenannte Wechselfilter. Bei Wechselfiltern
ist das Filterelement fest in einem Gehäuse mit einem Deckel eingebracht. Die
Gesamtheit aus Gehäuse
und Filterelement wird beim Filterwechsel ausgetauscht.
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In
allgemeiner Bauform sind die Wechselfilter oder Gehäusetöpfe zylindrisch
und glatt ausgeführt.
Bei der Montage werden sie manuell aufgeschraubt und von Hand nach
Vorgabe in der festziehenden Drehrichtung festgezogen. Nach einiger
Betriebszeit ist zum Lösen
des Wechselfilters oder Gehäusetopfes
jedoch ein erheblich höheres
Drehmoment in der entgegengesetzten, lösenden Drehrichtung erforderlich
als das zuvor aufgebrachte festziehende Drehmoment. Für das lösende Drehmoment reicht
oft die Handkraft nicht aus, weshalb geeignete Werkzeuge zum Einsatz
kommen. Ein solches Werkzeug kann beispielsweise ein Stahlband sein,
welches zusammen mit einem Handgriff um die zylindrische Außenwand
des Wechselfilters oder Gehäusetopfes
geschlungen wird. In den zunehmend beengten Verhältnissen des Motorraumes kann
ein solches Werkzeuges nicht immer in befriedigender Weise eingesetzt
werden, weshalb der Wunsch nach einem geeigneten Werkzeugansatz
besteht.
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In
alternativer Bauform sind Wechselfilter oder Gehäusetöpfe bekannt, in deren Umfangswand an
dem vom Filter-Deckelteil entfernten Ende ein Mehrkant ausgeformt
ist. An diesen Mehrkant kann eine Zange oder eine Schraubhilfe angesetzt
werden, um den Wechselfilter oder Gehäusetopf zu lösen. Allerdings
kann auch nicht ausgeschlossen werden, dass der Wechselfilter oder
Gehäusetopf
mit einem solchen Werkzeug am Werkzeugansatz festgeschraubt wird,
wobei das vorgeschriebene geringe Anzugsmoment auch überschritten
werden kann. Eine Schädigung
des Systems ist nicht auszuschließen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Filter
derart weiterzubilden, dass ein vereinfachtes und betriebssicheres
Festziehen und Lösen
möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Filter mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird ein Wechselfilter oder alternativ ein Filter mit einem Gehäusetopf
vorgeschlagen, bei dem zwischen dem Wechselfilter oder Gehäusetopf und
dem Werkzeugansatz eine Ratschenanordnung vorgesehen ist, die in
der festziehenden Drehrichtung ein maximales festziehendes Drehmoment
und in der lösenden
Drehrichtung ein maximales lösendes
Drehmoment überträgt, wobei
das maximale lösende
Drehmoment größer ist
als das maximale festziehende Drehmoment. Hierbei bleibt weiterhin
die Möglichkeit
bestehen, den Gehäusetopf
manuell festzuziehen. Sofern jedoch ein Werkzeug am Werkzeugansatz
zum Festziehen benutzt wird, ist das maximal erzielbare festziehende
Drehmoment durch die Ratschenanordnung begrenzt. Die Ratschenanordnung übernimmt
hier die Funktion eines Drehmomentschlüssels bzw. eines Drehmomentbegrenzers, der
oberhalb des vorgegebenen schließenden Grenzdrehmomentes den
Werkzeugansatz gegenüber
dem Wechselfilter oder Gehäusetopf
durchdrehen lässt.
Die Überschreitung
des maximal vorgesehenen festziehenden Drehmomentes ist damit verhindert.
In der umgekehrten lösenden
Drehrichtung besteht diese Einschränkung jedoch nicht. Das maximal übertragbare
lösende
Drehmoment ist größer als das
maximal übertragbare
festziehende Drehmoment, so dass der Wechselfilter oder Gehäusetopf auch
nach längerer
Betriebszeit mittels des Werkzeugansatzes und eines daran gesetzten
Werkzeuges zuverlässig
gelöst
werden kann.
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Bevorzugt
liegt das festziehende Drehmoment in einem Bereich von einschließlich 10
Nm bis einschließlich
25 Nm, wodurch einerseits ein sicheres Festziehen des Wechselfilters
oder Gehäusetopfes
möglich
ist, andererseits jedoch ein Überdrehen vermieden
ist. Das lösende
Drehmoment ist bevorzugt > 25
Nm und/oder ≤ 250
Nm. Eine Begrenzung nach oben kann zweckmäßig sein, ist jedoch nicht unbedingt
erforderlich. In jedem Falle steht ein hinreichendes übertragbares
Drehmoment in der lösenden Drehrichtung
zur Verfügung,
um auch einen erheblich festsitzenden Wechselfilter oder Gehäusetopf
zuverlässig
lösen zu
können.
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Für die Ausbildung
der Ratschenanordnung kommen verschiedene Bauformen in Betracht.
Vorteilhaft sind mindestens eine und insbesondere mehrere über den
Umfang gleichmäßig verteilte,
in radialer Richtung federnde Klinken vorgesehen, die in Ausnehmungen
eines Mitnehmers eingreifen. Die Klinken können radial ausgerichtet sein.
Bevorzugt sind sie gegen die lösende
Drehrichtung schräg
zur radialen Drehrichtung geneigt. Die elastische Ausgestaltung
kann in einfacher Weise derart angepasst werden, dass sich das vorgesehene übertragbare Drehmoment
einstellt. Durch die bevorzugte schräge Neigung der Klinken wird
ihre Bewegungskinematik derart ausgenutzt, dass sich ohne zusätzliche
Maßnahmen
in der lösenden
Drehrichtung ein höheres übertragbares
Drehmoment einstellt als in der schließenden Drehrichtung. Insgesamt
ist die Anordnung einfach sowie kostensparend im Aufbau und weist dabei
eine dauerhafte Funktionssicherheit auf.
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Die
Klinken sind vorteilhaft einteilig mit einem Nabenstück insbesondere
aus elastisch federndem Kunststoff ausgebildet. Im Spritzgussverfahren
kann mit geringem Aufwand eine komplexe geometrische Struktur erstellt
werden, die eine präzise
gegenseitige Anpassung von Materialeigenschaften und geometrischen
Eigenschaften zu dem gewünschten Elastizitätsverhalten
zusammenfügt.
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Das
Nabenstück
ist vorteilhaft als separates Einzelteil gefertigt und auf einen
gehäusefesten
Zapfen des Wechselfilters oder Gehäusetopfes drehmomentübertragend
aufgesteckt. Die Separierung des Nabenstückes vom Wechselfilter oder
Gehäusetopf ermöglicht die
Herstellung beider Bauteile mit vergleichsweise einfachen Formwerkzeugen.
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Der
Mitnehmer für
die Klinken kann ein separates Bauteil sein, ist jedoch bevorzugt
einteilig mit dem Werkzeugansatz ausgebildet. Insgesamt ergibt sich
eine geringe Teilezahl mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand
sowie auch mit hoher Betriebssicherheit.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 in
schematischer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Filter mit einem Werkzeugansatz
und mit einer zwischenliegenden Ratschenanordnung;
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2 den
Filter nach 1 mit einem angeschweißten Zapfen
zur Aufnahme der Ratschenanordnung;
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3 in
schematischer Draufsicht die Ratschenanordnung nach 1 mit
elastisch federnden Klinken im Eingriff mit dem Werkzeugansatz;
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4 eine
Variante der Ratschenanordnung nach 3 mit Klinken
in Form von nach außen
sich verjüngenden
Federzungen.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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1 zeigt
in schematischer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Gehäusetopf 1 zur
Verschraubung mit einem nicht näher
dargestellten Filter-Deckelteil 2. Zur Vereinfachung ist
hier die Erfindung an einem Beispiel eines Gehäusetopfes für ein auswechselbares Filterelement
beschrieben, dies kann natürlich
vom Fachmann auf einen Wechselfilter mit geringfügigen Modifikationen übertragen
werden. Hierzu ist der Gehäusetopf
durch Wechselfilter zu ersetzen, die Ratschenanordnung ist hiervon
unberührt.
Der Gehäusetopf
und das Filter-Deckelteil 2 sind Teil eines Filters, der
hier im gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Kraftfahrzeug-Kraftstofflfilter
ist. Es kann aber auch ein Ölfilter
oder dergleichen vorgesehen sein. Das Filter-Deckelteil 2 kann
in einer lösenden
Drehrichtung 3 vom Filter-Deckel 2 gelöst bzw. abgeschraubt
werden und in einer entgegengesetzten festziehenden Drehrichtung 4 wieder
an das Filter-Deckelteil 2 angeschraubt werden. Der Gehäusetopf 1 umfasst
eine zylindrische Umfangswand 12, die an ihrem dem Filter-Deckelteil 2 abgewandten Ende
mittels eines Gehäusebodens 13 geschlossen ist.
Am Gehäuseboden 13 ist
ein Werkzeugansatz 5 koaxial zur Längsachse des Gehäusetopfes 1 angebracht,
wobei zwischen dem Werkzeugansatz 5 eine im Zusammenhang
mit den 3 und 4 näher beschriebene
Ratschenanordnung 6 vorgesehen ist. Beim Ansetzen eines
Werkzeuges an den Werkzeugansatz 5 überträgt die Ratschenanordnung 6 vom
Werkzeugansatz 5 auf den Gehäusetopf 1 in der festziehenden
Drehrichtung 4 ein maximales festziehendes Drehmoment und
in der lösenden
Drehrichtung 3 ein maximales lösendes Drehmoment, wobei das
maximale lösende
Drehmoment größer ist
als das maximale festziehende Drehmoment. Beim Überschreiten des maximalen
festziehenden Drehmomentes gibt die Ratschenanordnung 6 die
Drehverbindung zwischen dem Werkzeugansatz 5 und dem Gehäusetopf 1 frei,
so dass sich der Werkzeugansatz 5 in der festziehenden
Drehrichtung 4 gegenüber
dem Gehäusetopf 1 verdreht,
wodurch ein übermäßiges Festziehen
des Gehäusetopfes 1 am
Filter-Deckelteil 2 verhindert ist. Das maximale festziehende
Drehmoment liegt dabei vorteilhaft in einem Bereich von einschließlich 10
Nm bis einschließlich
25 Nm, wodurch ein hinreichendes übertragbares Drehmoment zur
Verfügung
steht, um den Gehäusetopf 1 am
Filter-Deckelteil 2 zuverlässig und betriebssicher festzuziehen,
und wodurch andererseits ein übermäßiges Festziehen
mit der Gefahr der Schädigung
des Systems vermieden ist. Das maximale lösende Drehmoment ist vorteilhaft ≥ 25 Nm und
insbesondere ≤ 250
Nm. Hierdurch steht zwischen dem Werkzeugansatz 5 und dem
Gehäusetopf 1 in
der lösenden
Drehrichtung 3 ein hinreichend übertragbares maximales lösendes Drehmoment
zur Verfügung,
um auch einen festsitzenden Gehäusetopf 1 vom
Filter-Deckelteil 2 zuverlässig lösen zu können. Eine Begrenzung des maximalen
lösenden Drehmomentes
kann zweckmäßig sein,
ist jedoch abweichend vom festziehenden Drehmoment nicht erforderlich.
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2 zeigt
den Gehäusetopf 1 nach 1 mit
abgenommenem Werkzeugansatz 5 und auch ohne Ratschenanordnung 6.
Es ist zu erkennen, dass am Gehäuseboden 13 koaxial
zur Erstreckung des Gehäusetopfes 1 ein
gehäusefester
Zapfen 11 für
die Drehmomentübertragung
von der Ratschenanordnung 6 (1) auf den
Gehäusetopf 1 angeordnet
ist. Für
die Drehmomentübertragung
weist der Zapfen 11 einen unrunden, hier quadratischen
oder rechteckigen Querschnitt auf. Es kann aber auch ein Querschnitt
in Form eines Vielzahnes oder dergleichen zweckmäßig sein. Für eine zuverlässige Drehmomentübertragung
zwischen dem Zapfen 11 und dem Gehäusetopf 1 ist der
Gehäuseboden 13 noch im
Anschlussbereich des Zapfens 11 mit einer angedeuteten
Verstärkung 14 versehen.
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3 zeigt
in schematischer Draufsicht die Ratschenanordnung 6 nach 1 im
Wechselspiel mit dem Werkzeugansatz 5. Der Werkzeugansatz 5 ist
hier als Sechskant zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels ausgebildet.
Es kann auch ein Zwölfkant,
ein Vielzahn oder eine andere geeignete geometrische Ausgestaltung
des Werkzeugansatzes 5 vorteilhaft sein.
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Die
Ratschenanordnung 6 umfasst ein Nabenstück 10 mit Klinken 7 sowie
einen Mitnehmer 9. Dabei ist mindestens eine Klinke 7 vorzusehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind mehrere, hier vier über
den Umfang gleichmäßig verteilte,
in radialer Richtung federnde Klinken 7 vorgesehen. Die Klinken 7 können als
Einzelteile ausgebildet sein und beispielsweise gegen separate Federelemente
gegenüber
dem Nabenstück 10 radial
verschieblich sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Klinken 7 einteilig
mit dem Nabenstück 10 aus
elastisch federndem Spritzguss-Kunststoff
ausgebildet. Außerdem
sind die Klinken 7 entgegen der lösenden Drehrichtung 3 schräg zur radialen
Richtung geneigt. Der Mitnehmer 9 umschließt die Anordnung
aus dem Nabenstück 10 mit
den Klinken 7 umfangsseitig und weist dabei radial nach
innen offene, sich im übrigen radial
nach außen
erstreckende Ausnehmungen 8 für jede Klinke 7 auf,
wobei die Klinken 7 in die Ausnehmungen 8 radial
von innen nach außen
eingreifen. Der Mitnehmer 9 kann ein separates Einzelteil
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist er einteilig mit dem Werkzeugansatz 5 ausgebildet,
indem der Werkzeugansatz 5 auf seiner radialen Innenseite eine
entsprechende geometrische Ausbildung aufweist. Auch der Werkzeugansatz 5 ist
aus elastisch nachgiebigem Kunststoff gefertigt, kann aber auch
in Metall, z. B. Blech, gefertigt sein.
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Die
Klinken 7 weisen eine radial äußere Stirnfläche 16 sowie
zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen 17, 18 auf,
wobei die Stirnfläche 16 und
die beiden Seitenflächen 17, 18 im
radial äußeren Bereich
von einer gleichartig geformten Ausnehmung 8 umschlossen
sind. Durch die Neigung der Klinken 7 schräg zur radialen
Richtung entgegen der lösenden
Drehrichtung 3 bewirkt die Schrägstellung, dass sich die Ausnehmung 8 bei
Drehung des Werkzeugansatzes in der lösenden Drehrichtung 3 gegen die
geneigte Seitenfläche 18 anlegt.
Aufgrund der Neigung der Klinke 7 führt ihre elastische Nachgiebigkeit
beim Aufbringen eines entsprechenden Drehmomentes dazu, dass sich
die Klinke 7 aus ihrer Schrägstellung heraus in die radiale
Richtung aufrichtet und dabei schließlich so tief in die zugeordnete Ausnehmung 8 eingreift,
dass die Stirnfläche 16 gegen
den Grund der Ausnehmung 8 stößt. Dementsprechend kann ein
hohes lösendes
Drehmoment aufgebracht werden. Beim Aufbringen eines festziehenden
Drehmomentes in der festziehenden Drehrichtung 4 legt sich
die Ausnehmung 8 an die gegenüberliegende Seitenfläche 17 an
und führt
aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit der Klinke 7 dazu, dass
sich die vorgegebene Neigung vergrößert. Ein geringes Drehmoment
kann dennoch übertragen werden.
Bei Überschreiten
eines konstruktiv vorgegebenen, maximalen festziehenden Drehmomentes wird
die Neigung der Klinke 7 so groß, dass ihr radial äußerer Endbereich
so weit radial nach innen wandert, dass er nicht mehr in die Ausnehmung 8 eingreift.
Beim Erreichen dieses maximalen festziehenden Drehmomentes dreht
der Werkzeugansatz 5 in der festziehenden Drehrichtung 4 gegenüber dem Nabenstück 10 durch,
womit das übertragbare
Drehmoment in der festziehenden Drehrichtung 4 begrenzt
ist.
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Alternativ
kann eine Begrenzung des Drehmoments durch ein Durchrutschen der
Klinke 7 durch die Ausnehmung 8 realisiert werden.
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Das
Nabenstück 10 ist
mittig mit einer unrunden Öffnung 15 versehen,
die in ihrer Form mit dem Querschnitt des Zapfens 11 nach 2 übereinstimmt.
Das Nabenstück 10 ist
mittels dieser Öffnung 15 auf
dem Zapfen 11 (2) des Gehäusetopfes 1 aufgesteckt,
wodurch zwischen beiden Bauteilen eine drehmomentübertragende
Verbindung hergestellt ist. Das mit dem nicht dargestellten Werkzeug auf
dem Werkzeugansatz 5 aufgebrachte lösende oder festziehende Drehmoment überträgt sich mittels der
Ratschenanordnung 6 und dem Zapfen 11 auf den
Gehäusetopf 1.
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Abweichend
von der zeichnerischen Darstellung nach 3 sind alle
vorhandenen Klinken 7 und Ausnehmungen 8 von gleicher
geometrischer Ausgestaltung. Alternativ zu der vorstehend beschriebenen geometrischen
Ausgestaltung kann aber auch die mit 7' bezeichnete Ausführung zum
Einsatz kommen, die hier nur der besseren Übersichtlichkeit halber als weiter
zusätzliche
Option gemeinsam mit der vorstehend beschriebenen Option in 3 dargestellt
ist. Demnach weist die Klinke 7' keine radial äußere Stirnfläche 16,
sondern eine schräg
zu radialen Richtung geneigte Stirnfläche 19 und eine in
Gegenrichtung schräg
geneigte Seitenfläche 20 auf.
Die zugehörige
Ausnehmung 8' ist
in gleicher Weise geometrisch ausgebildet, so dass die schräge Stirnfläche 19 und
die schräge
Seitenfläche 20 in
ihrem radial äußeren Bereich
von der Ausnehmung 8 umschlossen werden. Hinsichtlich der
drehmomentübertragenden Wirkung
in der festziehenden Drehrichtung 4 ergibt sich die gleiche
Wirkung wie im Zusammenhang mit der Klinke 7 beschrieben.
In der lösenden
Drehrichtung 3 kann jedoch die schräge Stirnfläche 19 auch für eine Drehmomentbegrenzung
in analoger Weise zur Drehmomentbegrenzung in der festziehenden Drehrichtung 4 genutzt
werden. Im übrigen
stimmt die Anordnung aus der Klinke 7' und der Ausnehmung 8' mit der Anordnung
aus der Klinke 7 und der Ausnehmung 8 überein.
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4 zeigt
eine Variante der Ratschenanordnung 6 nach 3,
wobei am Nabenstück 10 Klinken 7'' in Form von nach außen sich
verjüngenden
Federzungen angebracht sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht zusätzliche
Freiheitsgerade bei der Festlegung der elastischen Nachgiebigkeit
der Klinken 7'' und damit des übertragbaren
Drehmomentes. Zur prinzipiellen Funktionsweise gilt das Gleiche
wie im Zusammenhang mit 3 gesagt.
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In
allen Ausführungsbeispielen
wird das übertragbare
Drehmoment im Wesentlichen durch die elastische Nachgiebigkeit der
Klinken 7, 7', 7'' in radialer Richtung und in Umfangsrichtung
bestimmt. Alternativ oder in Kombination dazu kann auch die elastische
Nachgiebigkeit des Mitnehmers 9 herangezogen werden.