DE2322408A1 - Dynamisches filter - Google Patents

Description

Sperry Rand Corporation

Crooks and ^aple Roads 2 3 2 2 A 0

Troy, Michigan 48084, V.St.A.

Dynamisches Filter

Bei modernen hydraulischen Hochleistungssystemen ist es für eine vernünftige Lebensdauer der Einzelteile wesentlich geworden, daß wirksame FiItereinrichtungen in dem System vorgesehen werden. Die immer kleiner werdenden kritischen Spaltabstände bei heutigen hydraulischen Teilen hat es notwendig gemacht, zu immer feinerer Filtrierung überzugehen. Es hat sich gezeigt, daß Artikel im ultrafeinen Bereich von 1 bis 5 Mikron höchst schädlich bei der Verursachung von Verschleiß sind und neue Verunreinigungen schaffen, wenn sie in bewegten Spalten arbeiten und als Lap-Verbindung wirken, d.h., die Oberflächen abschleifen. Wesentliche Verbesserungen der Betriebsdauer und der Standzeit aller Komponenten sind erzielt worden, seit SuperfeinFilter mit 3 Mikron absoliter Filtration angewendet werden. Hieraus folgt die Bedeutung der feinen Filtration und der Notwendigkeit für ein Filter, welches diese kleinen Partikel entfernen kann, um die Betriebsdauer zu erweitern und die Strömungskapazität zu vergrößern.

Während statische Ultrafein-Filter im Handel sind und die

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Erfordernisse der Superfein-Filtration erfüllen, haben sie doch einige Nachteile. Im allgemeinen haben sie keine große Filterkapazität, und solche mit einer großen Durchsatzmenge sind groß und teuer. In Fällen von "schmutzigen" Systemen oder der großen Erzeugung von Verunreinigungen müssen die statischen Filter häufig ausgetauscht werden, was vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit nicht gerechtfertigt sein muß. Aus diesem Grunde sind dynamische Filter entwickelt worden, die auf dem Prinzip der Zentrifugalkraft arbeiten, eine vernünftige Größe aufweisen und die benötigte Superfein-Filterung durchführen. Der Wirkungsgrad der meisten dynamischen Filter ist jedoch gering und diese erzeugen hohe Druckabfälle in dem durchfliessenden Ölstrom. Es wurde ferner festgestellt, daß die Verunreinigungskonzentration nicht anhält, sondern, wenn das Filter angehalten und wieder gestartet wird, wird zeitweise ein schmutziger Auslaßstrom erzeugt. Andere Nachteile von bestehenden Zentrifugalfiltern, die selbst angetrieben sind und eine vernünftige Baugröße aufweisen, bestehen darin, daß sie bei Rückdruck am Auslaß instabil operieren und Veranlassung zu Schaumbildung der Auslaßflüssigkeit geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dynamisches Filter so auszubilden, daß eine Ultrafein-Filtration über

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eine lange Lebensdauer ermöglicht und der Selbstantrieb de.s drehbaren Elementes mit einem minimalen Druckabfall in der Vorrichtung geschaffen wird. Bei der Erfindung soll ferner das selbstangetriebene dynamische Filter mit einem Rückdruck am Auslaß betrieben werden können, ohne daß die Auslaßflüssigkeit belüftet wird.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: Ein zylindrisches Gehäuse weist zwei Anschlußdurchgänge auf, die einen Einlaß an einem Ende und einen AusLaß am anderen Ende bilden; ein zylindrischer Rotor ist drehbar in dem Gehäuse gelagert und besitzt eine Drehverbindung mit dem Einlaß und dem Auslaß; eine Einrichtung bildet eine Zentrifugalpumpe in der Nähe des einen Anschlusses und eine weitere Einrichtung bildet eine Turbine am anderen Anschluß; axiale Stromdurchlässe in dem Rotor verbinden die Pumpe und die Turbine miteinander; die radial äußeren Wandungen der axialen Stromdurchlässe bilden eine Verunreinigungspartikel-Falle .

Von besonderem Vorteil ist, daß dieses Filter die Ansammlung von Verunreinigungen bei normalem Start-Stopp-Betrieb nicht entlässt.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung besprochen. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein dynamisches Filter

und
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 nach

Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 1.

Das Filter weist ein Gehäuse 10, eine zentrale Achse 12 und einen Rotor 14 auf, der sich frei auf der Achse drehen kann. Das Gehäuse besitzt eine Anschlußverbindung 16, die einen Einlaß am Boden bildet, und eine weitere Anschlußverbindung 18, die einen Auslaß am oberen Ende bildet, Das Gehäuse besteht aus einem unteren Kopf 20 mit einer daran befestigten Stütze 22 und aufrecht stehende rohrförmige Seitenwandungen 24, die durch Löten am Teil 20 befestigt sind. Eine Saugverbindung 21 ist zur Vermeidung einer Ansammlung von Flüssigkeit in dem Gehäuse 14 vorgesehen. Am oberen Ende weisen die Seitenwandungen 24 einen nach außen gewendeten Flansch 26 auf und nehmen einen nach innen reichenden oberen Deckel 28 auf, der mit dem Flansch 26 über ein Klammerband 30 verbunden ist.

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Die Achse 12 sitzt zwischen 0-Ring-Dichtungen innerhalb mittiger Bohrungen in der Basis 20 und dem Kopf 28 und ist am oberen und unteren Ende für ein kurzes Stück hohl ausgebildet. In der Nähe des unteren Endes trägt die Achse eine fest mit dieser verbundenen Düse 32, die einen Ölstrom vom Einlaß 16 empfängt und diesen gemäß einem spiraligen Weg an den Rand leitet, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Am oberen Ende in der Nähe des Auslasses 18 besitzt die Achse eine Mehrzahl von einfachen radialen Durchgängen 34, die -den Strömungsmittelfluß vom Rotor empfangen und ihn in den Auslaß 18 lenken.

Der Rotor besitzt einen unteren Kopf 36 mit angelöteten rohrförmigen Seitenwandungen 38, in denen ein zylindrischer Körper aus porösem Material stationär montiert ist, z.B. eine Rolle aus einem leichten, grob gewebten Leinen oder Baumwollstoff, der als Falle für die Verunreinigungspartikel dienen kann. Der Kopf 36 besitzt ein mit Flanschen versehenes Lager 42, welches auf dem unteren Teilstück der Achse 12 und auf der unteren Fläche der Düse 32 läuft. An dem Kopf 36 ist mittels Schrauben 37 ein hohler zylindrischer Stopfen 44 befestigt, welcher den Raum innerhalb der Falle 40 ausfüllt. Der Stopfen 44 hat ein mit Flanschen versehenes Lager 56, welches auf der Achse 12 und der unteren Oberfläche

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der Düse 32 läuft. Wenn daher der Stopfen 44 am Kopf 36 an der ebenen Verbindung in der Nähe der Düse 32 befestigt ist, ist der Rotor frei zur Rotation angeordnet, aber gegen axiale Bewegungen gesichert. Der zusammengesetzte Rotor wird durch einen oberen Kopf 48 vervollständigt, der ein auf der Achse 12 laufendes Lager 50 aufweist. Der Kopf wird innerhalb der rohrförmigen Seitenwandung 38 im Gleitsitz aufgenommen und ist am oberen Ende des Stopfens 44 mittels Schrauben "51 befestigt. Der Stopfen 44 besteht vorzugsweise aus zwei Teilen, die bei 53 miteinander verbunden sind. Daher kann das Gewebeband 40 bequem durch Entfernen des Kopfes 28 und mit der oberen Hälfte des Stopfens 44 entfernt und ausgetauscht werden.

Um die Energie des fliessenden Stromes auszunutzen, ist der Stopfen 44 im Sinne einer Turbine am einen Ende und einer Pumpe am anderen Ende ausgebildet. Vorzugsweise sitzt die Pumpe am Einlaßende des Stopfens und empfängt von der Düse 32 den Strömungsmittelfluß, der in die Pumpe in spiraliger Richtung eintritt, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Die Pumpe weist eine Mehrzahl von gekrümmten Durchgängen 52 auf, die jeweils zu einem individuellen axialen Durchgang 54 führen, die als Nuten in der zylindrischen äußeren Wandung des Stopfens 44 ausgebildet sind. Die obere Oberfläche des

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oberen Endes des Stopfens ist mit einer Mehrzahl von Nuten 56 versehen (Fig. 3), die als Turbine wirken. Die Turbine nutzt die Strömungsenergie des Strömungsmittelflusses zum Antrieb des Rotors gegenüber der Reibung aus. Von den Nuten 56 der Turbine fliesst das Strömungsmittel durch die radialen Durchgänge 34 in das hohle obere Ende der Achse 12 und in den Auslaßanschluß 18.

Wenn verschmutzte Flüssigkeit in den Einlaß 16 eintritt, fliesst sie durch die Düse 32 und wird in einen wirbelnden spiraligen Weg gelenkt. Das Strömungsmittel wird an dem Einlaß des Pumpendurchganges 52 empfangen, wo ein wesentlicher Anteil der Drehenergie des Rotors im Sinne der Erhäung des Flüssigkeitsdruckes aufgenommen wird und einen Strömungsmittelfluß durch die axialen Durchgänge 54 erzeugt. Da die äußeren Wandungen dieser Durchgänge durch die Verunreinigungspartikel-Falle 40 gebildet werden, werden die gegenüber Öl oder anderen Strömungsmitteln schwereren Partikel in dem Gewebe gefangen, dort gehalten und infolge der Zentrifugalkraft weiter in das Gewebe getrieben. Das das obere Ende des Durchganges 54 erreichende Strömungsmittel tritt in die Turbinennuten 52 ein, wo die Geschwindigkeitsenergie des Strömungsmittels in eine Drehkraft auf den Stopfen 54 umgewandelt wird. Reines Strömungsmittel verlässt deshalb die inneren Enden der Nuten 52, und zwar im wesentlichen in radialer Richtung, tritt in die Durchgänge 34, das hohle Ende der Achse 12 und den Auslaßanschluß 18 ein.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Dynamisches Filter,
   gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   ein zylindrisches Gehäuse (10) weist zwei Anschlußdurch-' gänge (16, 18) auf, die einen Einlaß an einem Ende und einen Auslaß am anderen Ende bilden; ein zylindrischer Rotor (14) ist drehbar in dem Gehäuse (10) gelagert und besitzt eine Drehverbindung mit dem Einlaß und dem Auslaß; eine Einrichtung (32, 52) bildet eine Zentrifugalpumpe in der Nähe des einen Anschlusses (16) und eine weitere Einrichtung (34, 56) bildet eine Turbine an dem anderen Anschluß (18); axiale Stromdurchlässe (54) in dem Rotor (10) verbinden die Pumpe und die Turbine miteinander; die radial äußeren Wandungen (40) bilden eine Verunreinigungspartikel-Falle.
2. 2. Filter nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß eine mittige ortsfeste Achse (12) ein Lager für den Rotor (14) bildet.

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3. 3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe am Einlaß (16) und die Turbine am Auslaß (18) angeordnet ist.
4. 4. Filter nach Anspruch 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (32) auf der mittigen Achse (12) sitzt und den eintretenden Strömungsmittelfluß spiralig in die Pumpe lenkt.
5. 5. Filter nach Anspruch 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düse (32) radial über den Durchmesser der Achse (12) hinaus erstreckt, und daß Lager an dem Rotor angebracht sind, die die Achse auf entgegengesetzten Seiten der Düse erfassen, und daß ein drittes Lager (50) im Rotor an dem von den Düsen entfernten Ende angebracht ist.
6. 6. Filter nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (14) eine ebene Verbindungsstelle an der Düse aufweist.

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   - ίο -
7. 7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennz eichnet , daß die axialen Strömungsmittel-Durchgänge durch einen mittigen Stopfen (44) gebildet werden.

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