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Flüssigkeitsfilter für umkehrbare
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Druckrichtung oder Strömungsrichtung
Die Erfindung
betrifft ein Flüssigkeitsfilter für umkehrbare Druckrichtung oder Strömungsrichtung
mit T?ückschlagventi]en mit federbeaufschlegten Ventiltellern in Graetz-Schsltung.
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Mit Rücksicht auf die feinen Passungen in hydraulischen Übertragungsanlagen
werden gewöhnlich in den Druckkreislauf Filter eingebaut, um anfallende Verunreinigungen
durch Abrieb aus der Hydraulikflüssigkeit auszuscheiden. Sofern die Strömungsrichtung
ständig die gleiche ist, genügt eines der üblichen, an entsprechender Stelle in
den Flüssigkeitskreislauf einzuhaltenden Flüssigkeitsfilter. Bei Anlagen mit wechselnder
Druck- bzw. Strömungsrichtung ist die Wirkung eines solchen Filters unwirksam, denn
die vom Filterelement aufgefangenen Verunreinigungen werden bei Umkehr der Strömungsrichtung
zum großen Teil wieder aus dem Filterelement herausgelöst und gelangen somit wieder
in den Kreislauf. Eine hydraulische Übertragungsanlage mit wechselnder Druckrichtung
liegt z. B. in Form der bekannten, hydraulischen Ruderanlagen bei Schiffen vor.
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Bekannt ist ein Flüssigkeitsfilter für umkehrbare Druckrichtung oder
Strömungsrichtung, bei dem an sich bekannte Rückschlagventile, insbesondere mit
federbeaufschlagten Ventiltellern, in einer sogenannten Graetz-Schaltung zusammengefaßt
sind. Diese Schaltung wird jedoch bislang aus Einzelteilen zusammengesetzt. Nach
diesem Stand der Technik werden unwirtschaftlich hohe Druckabfälle in dem Flüssigkeitsfilter
beobachtet. Infolge der hohen Durchflußwiderstände eines solchen bekannten Gerätes
sind entsprechend hohe Leistungsverluste in der Hydraulik verbunden. Diese hohen
Leistungsverluste haben es bislang sogar verhindert, daß solche Geräte weitere
Verbreitung,
z. B. im Bergbau für Seilzugbahnen, gefunden haben. Denn der hohe Durchflußwiderstand
führt neben dem Leistungsverlust gleichzeitig zu einer erheblichen Erwärmung der
Hydrau#ikflüssigkeit, die, sofern sie nicht kostspie]ig wieder abgekühlt wird,
gefährlich sein kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Flüssigkeitsfilter der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, welches einfach gefertigt werden kann, kompakt ist
und einen möglichst geringen#Durchflußwiderstand besitzt, so daß ein entsprechend
geringer Leistungsverlust entsteht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückschlagventile
und die Verbindtmgen zwischen ihnen als Bohrungen in einem Ventilb]ock ausgebildet
sind. Die Rückschlagventile sind also nicht mehr als gesonderte Einzelteile ausgebildet,
sondern in einem Ventilblock integriert, in dem ihnen entsprechende Bohrungen für
sie selbst und die Verbindungen zwischen ihnen. vorgesehen werden.
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Solche Bohrungen lassen sich Fertigungstechnisch einfach verwirklichen.
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Bevorzugt ist dabei, daß die Anschlußventilbohrungen der in die Druckmittelanschlüsse
geschalteten Rückschlagventile durch eine mit ihnen fluchtende Verbindungsbohrung
verbunden sind. Somit wird die Verbindungsbohrung einfach an die Anschlußventilbohrungen
angesetzt bzw. die Anschlußventilbohrungen werden entsprechend durch die Verbindungsbohrung
verlängert. Dies bedeutet Fertigungstechnisch, daß die Verbindungsbohrung im Arbeitsgang
für die Herstellung der Anschlußventilbohrungen gleichzeitig
ebenfalls
erzeugt werden kann.
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Weiterhin bevorzugt ist, daß die vor das Filterelement geschalteten
RückschlagventiVe als Seitenbohrungen des Ventilblocks ausgebildet sind, die von
Verschlußschrauben nach außen abgeschlossen werden und über Abzweigbohrungen an
den Seitenwandungen der in die Druckmittelanschlüsse geschalteten Rückschlägventile
bzw. der Anschlußventilbohrungen angesetzt sind.
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Somit können diese Rückschlagventile, die vor das Filterelement geschaltet
sind, im Prinzip wie die ~Rückschlagventile, die in die Druckmittelanschlüsse geschaltet
sind, also deren Anschlußventilbohrungen ausgebildet sein, wobei die dem entsprechenden
Seitenbohrungen allerdings nach außen von Verschlußschrauben abgeschlossen werden.
Damit ist auch eine Wartung dieser weiteren Ventile von außen her möglich.
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Desweiteren bevorzugt ist, daß die vor das Filterelement geschalteten
Rücksch]agventile bzw. Seitenbohrungen über an ihre Seitenwandungen angesetzte
Auslaufbohrungen mit dem Filterelement verbunden sind. Damit ist, wie schon im Falle
der Rückschlagventile, die in die Druckmittelanschlüsse geschaltet sind, eine einfach
Ausbildung dieser Rückschlagventile gewählt.
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Eine besonders kompakte Anordnung mit entsprechend kurzen Verbindungswegen
und damit entsprechend geringen Druckverlusten ist gegeben, wenn außerdem noch das
Filterelement auf einem Zentralstutzen angeordnet ist, der zwischen dem zueinander
gerichteten Auslaufbohrungen angeordnet ist und dessen Zentralbohrung in die Verbindungsbohrung
mündet, wobei die Auslaufbohrungen in einen Auslaufringspalt, der den Zentralstutzen
umgibt,
über einen Filtereinlaufspalt mit dem Filterelement in Verbindung stehen. Ein Flüssigkeitsfilter
nach dieser speziellen Ausführungsform wird# im folgenden noch anhand einer Figur
erläutert werden.
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Eine sprunghafte Verbesserung des Druckverlustdiagrammes, also der
Druck- und Leistungsverluste in dem Flüssigkeitsfilter, wird erzielt, wenn die relativen,
auf die Längen der Anschlußventilbohrungen bezogenen freien Längen der Abzweigbohrungen
0,266, der Seitenbohrungen 0,9, der Auslaufbohrungen 0,4, des Auslaufringspaltes
0,63, des Filtereinlaufspaltes 0,133, des Zentralstutzens 1,7 und der Verbindungsbohrung
1,8 betragen und die relativen, auf die freie Querschnittsfläche der Druckmittelanschlüsse
bezogenen freien Querschnittsflächen der Anschlußventilbohrungen 2,11, der Verbindungsbohrung
0,8, der Abzweigbohrungen 0,8, der Seitenbohrungen 2,11, der Auslaufbohrungen 0,8,
des Auslaufringspaltes 2,1, des Filtereinlaufspaltes 0,72 und der Zentralbohrung
0,8 betragen.
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Dabei versteht sich unter der freien Querschnittsfläche der Druckmittelanschlüsse
diejenige Querschnittfläche, die zu dem Innenraum der hier gegebenen Rückschlagventile,
also der Anschlußventilbohrungen für den Durchtritt der Hydraulikflüssigkeit frei
ist.
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In der Figur 1 ist, wie schon erwähnt, ein spezielles Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemaßen Flüssigkeitsfilters dargestellt. Diese Figur zeigt einen senkrechten
Schnitt durch das Filtergehäuse 2 mit dem Ventilb]ock 4, also einen Schnitt
entlang der Längsachse des Filtergehäuses 2 und der Zentralbohrung 26. Das Filterelement
ist mit der Bezugsziffer 1 ge-
kennzeichnet. Das Filtergehäuse
2 wird von dem Flansch 3 an dem Ventilblock 4 gehalten. Der Ventilblock 4 weist
die beiden D#ruckmittelanschlüsse 21 und 22 auf, die in die Anschlußventilbohrungen
23 und 30 münden. In diesen Anschlußventilbohrungen 23 und 30 sitzen Ventilzentrierstücke
5 und 13, welche durch die Sicherungsringe 18 und 19 sowie 16 und 17 gehalten und
fixiert werden. Diese Sicherungsringe sind Spreizringe, die zwischen sich als Ventilzentrierstücke
gelochte Scheiben halten. Diese gelochten Scheiben weisen jeweils einen aufgebohrten
Stutzen auf, in dem die Stange des Ventiltellers geführt wird. Die Ventilteller
7 und 8 werden durch die Federn 6 und 12 gegen ihren Ventilsitz zu der Verbindungsbohrung
27 gedrückt. Die Verschlußschrauben 10 und 20 verschließen die Seitenbohrungen 24
und 29 und dienen gleichzeitig zur Zentrierung der Ventilteller 8 und 14, welche
durch die Federn 9 und 15 gegen ihre Ventilsitze angedrückt werden. Deutlich ist
zu erkennen, daß die Seitenbohrungen 24 und 29 von außen in den Ventilblock 4 angesetzt
sind, also Fertigungstechnisch ebenso günstig vorgesehen sind, wie die Anschlußventilbohrungen
23 und 30. Fortgesetzt werden diese Seitenbohrungen 24 und 29 von den Abzweigbohrungen,
die in die Seitenwandungen der Anschlußventilbohrungen 23 und 30 münden. In diesen
Abzweigbohrungen sind die Sitze für die Ventilteller 8 und 14 vorgesehen, die demnach
die Anschlußventilbohrung 30 gegenüber der Seitenbohrung 29 bzw. die Anschlußventilbohrung
23 gegenüber der Seitenbohrung 24 verschließen. Auch diese Ventilteller 8 und 14
werden durch Federn 9 und 15 gegen ihre Ventilsitze angedrückt. Von der Seitenbohrung
29 aus kann der Flüssigkeitsstrom dann durch die Bohrung 28 in den Auslaufringspalt
35 eintreten, von wo er durch den Filterein-
laufspalt 34 auf das
Filtere#ement 1 stößt. Entsprechend kann der Flüssigkeitsstrom durch die Bohrung
25 in den Auslaufringspalt 35 über den Filtereinlaufspalt 34 auf das Filterelement
1 fließen.
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Der Flüssigkeitsstrom verläßt das Filterelement 1 dann durch die Zentralbohrung
26 und die Verbindungsbohrung 27 in Richtung der Anschlußventilbohrung 23 oder 30.
Hinsichtlich der oben gemachten Maßangaben für die Längen und Querschnitte der einzelnen
Bohrungen seien deren Bezugszeichen noch einmal angegeben.
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Die Anschlußventilbohrungen 30 und 23 besitzen die freien Längen K1
bzw. K1'; zu beachten ist, daß die freie Länge vom Ventilteller bis zu den Ventilzentrierstücken
13 und 5 genommen ist, nicht jedoch darüber hinaus; dies ist für die Länge K1 durch
den strichlinierten Doppelpfeil in der Anschlußventilbohrung 30 angedeutet. Diese
Anschlußventilbohrungen 23 und 30 besitzen den freien Querschnitt A8 bzw.
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A8'. Diese Querschnitte sind größer als diejenigen der Druckmittelanschlüsse;
deren freien Querschnitte werden durch die freie Querschnittsfläche der in sie geschalteten
Ventilzentrierstücke 5 und 13 begrenzt.
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Diese Ventilzentrierstücke sind, wie schon erwähnt, als gelochte Scheiben
ausgebildet. Der freie Querschnitt eines solchen Ventilzentrierstückes entspricht
somit der Fläche der Lochung in demselben.
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Die Seitenbohrungen 24 und 29 besitzen die Längen K3 bzw. #3'; diese
Längen verstehen sich vom Ventilteller bis zur Innenseite der entsprechenden Verschlußschraube;
dies ist z. B. für die Länge K3 durch einen strichlinierten Doppelpfeil dargestellt.
Diese Seitenbohrungen 24 und 29 besitzen die Querschnitte A9 bzw. A9'. Die zwischen
den Anschlußventilbohrungen und den Seitenbohrungen vorgesehenen Abzweigbohrungen
besitzen die Längen K2 bzw. K2'; dies ist für die
Länge K2 durch
den Doppelpfeil dargestellt. Die Querschnitte dieser Abzweigbohrungen sind mit A2
und A2' bezeichnet. Von den Seitenbohrungen 29 und 24 münden die Bohrungen 28 und
25 in den Auslaufringspalt 35. In diese Auslaufbohrungen 28 und 25 besitzen die
Längen K4 bzw. K4'; für die Länge K4 ist dies durch den Doppelpfeil dargestellt.
Die Querschnitte dieser Bohrungen 28 und 25 sind mit A3 bzw. A3' gekennzeichnet.
Die Länge des Auslaufringspaltes 35 wäre besser als dessen Höhe bezeichnet; sie
ist mit K5 gekennzeichnet. Der Querschnitt dieses Auslaufringspaltes 35 ist mit
A4 bezeichnet. Auf ihn folgt zum Filterelement 1 hin gesehen der Filtereinlaufspalt
34, dessen Länge mit K6 gekennzeichnet ist; in welchem Sinne diese Länge bzw. Höhe
des Filtereinlaufspaltes 34 zu verstehen ist, ist durch den Doppelpfeil gekennzeichnet.
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Dieser Filtereinlaufspalt 34 besitzt den mit A5 bezeichneten Querschnitt.
Die Länge des Zentralstutzens ist mit K7 gekennzeichnet, die durch einen strichlinierten
Doppelpfeil in der Figur abgegrenzt ist.
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Der Querschnitt dieses Zentralstutzens 33, also der Zentralbohrung
26 ist mit A6 bezeichnet. Die Länge der Verbindungsbohrung 27 schließlich bemißt
sich vqm Ventilteller 11 zum Ventilteller 7, wie das mit einem strichlinierten Doppelpfeil
in der Figur dargestellt ist. Diese Länge ist mit K8 bezeichnet.
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Der Querschnitt dieser Verbindungsbohrung ist mit Al bezeichnet.
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Nun sei noch kurz die Funktion dieses Flüssigkeitsfilters geschildert:
Zunächst sei der Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit in Richtung der geschlossenen
Pfeile erläutert:
Die Flüssigkeit tritt dazu in den Druckmittelanschluß
21 durch das Ventilzentrierstück 5 in die Verbindungsbohrung 27 ein und preßt den
Ventilteller 7 gegen seinen Sitz. Folglich wird hier das Ventil geschlossen. Hingegen
wird der Ventilteller 8 gegen die Feder 9 gedrückt und somit das Ventil zu der Seitenbohrung
24 geöffnet. Die Flüssigkeit kann demnach durch die Abzweigbohrung aus der Anschlußventilbohrung
23 in die Seitenbohrung 24 einströmen und von dort durch die Auslaufbohrung 25,
den Auslaufringspalt 35 und den Filtereinlaufspalt 34 auf das Filterelement 1 fließen.
Der Ventilteller 14 wird durch den Flüssigkeitsdruck und die Feder 15 gegen seinen
Sitz in der von der Seitenbohrung 29 zu der Anschlußventilbohrung 30 führenden Abzweigbohrung
gedrückt und dichtet somit hier das Ventil ab. Nach Durchströmen der Zentralbohrung
26 und der Verbindungsbohrung 27 der Flüssigkeit wird der Ventilteller 11 von derselben
gegen die Feder 12 geöffnet. Der Ventilteller 7 hingegen bleibt im Sitz angedrückt,
da der Flüssigkeitsdruck hinter dem Filterelement 1 in der Verbindungsbohrung 27
geringer ist als in der Anschlußventilbohrung 23. Außerdem ist die-zur Anschlußventilbohrung
23 gerichtete Fläche des Ventiltellers 7 größer als diejenige, die zu der Verbindungsbohrung
27 gerichtet ist, so daß die infolge der auf diese Flächen wirkenden Drucke resultierenden
Kräfte unterschiedlich sein werden. Die Flüssigkeit verläßt somit nach Durchströmen
der Anschlußventilbohrung 30 und des Ventilzentrierstückes 13 den Druckmittelanschluß
22 und somit das Filter.
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Nach Umschalten der Flüssigkeitspumpe kann die Druckflüssigkeit das
Filter in Richtung der offenen Pfeile durchfließen: Die Druckflüssigkeit tritt dazu
in den
Durckrnittelanschluß 22 ein, durchströmt das Ventilzentrierstück
23 und verschließt durch den Ventilteller 11 die Verbindungsbohrung 27. Der Ventilteller
14 wird gegen die Feder 15 geöffnet. Die Druckflüssigkeit kann aus der Anschlußventilbohrung
30 über die Abzweigbohrung in die Seitenbohrung 29 einströmen und von dort über
die Auslaufbohrung 28 in den Auslaufringspalt 35 über den Filtereinlaufspalt 34
auf das Filterelement 1 fließen. Der Ventilteller 8 wird durch den Flüssigkeitsdruck
und durch die Feder 9 gegen seinen Sitz gepreßt. Somit wird hier das Ventil gedichtet.
Nach Durchströmen des Filterelementes 1 fließt die Flüssigkeit durch die Zentralbohrung
26 in die Verbindungsbohrung 27 und von dort gegen den Ventilteller 7. Dieser wird
gegen die Feder 6 geöffnet, und die Flüssigkeit kann nach Durchströmen der Anschlußventilbohrung
23 und des Ventilzentrierstückes 5 den Druckmittelanschluß 21 verlassen.
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Anhand von Figur 2 kann die sprunghafte Verkleinerung des Durchflußwiderstandes
beim erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilter im Vergleich zum Stand der Technik erkannt
werden. In der Waagrechten ist der Volumenstrom in Prozent angegeben. Es ist eine
relative Mengenangabe. In der Senkrechten ist der Druckabfall a p in Prozent angegeben.
Der Druckabfall setzt sich zusammen aus der Differenz des Druckes vor dem Filter
zu demjenigen Druck nach dem Filter. Die bisherigen Filter besitzen die Druckabfallquoten
A und B. Das erfindungsgemäße Filter hingegen einen Kurvenverlauf gemäß 0. Die Werte
wurden auf einem Prüfstand entsprechend ISO 39 68 ermittelt. Somit weist das erfindungsgemäße
Filter bei höheren Volumenströmen einen vielfach geringeren Druckwiderstand auf
als die Filter des Standes der Technik. Auch macht sich
mit zunehmenden
Volumenstrom der Anstieg des Druckabfalls bei dem erfindungsgemäßen Filter nicht
in dem Maße bemerkbar, wie bei den Filtern nach dem Stand der Technik.
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Angemerkt sei noch, daß der Flansch 3 zur Halterung des Filtergehäuses
2 an dem Ventilblock 4 geteilt sein kann, wie auch der gesamte Ventilblock 4.
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Zeichenerklärung 1 Filterelement 2 Filtergehäuse 3 Flansch 4 Ventilblock
5 Ventilzentrierstück 6 Feder 7 Ventilteller 8 Ventilteller 9 Feder 10 Verschlußschraube
11 Ventilteller Feder 13 Ventilzentrierstück 14 Ventilteller 15 Feder 16 Sicherungsring
17 Sicherungsring 18 Sicherungsring 19 Sicherungsring 20 Verschlußschraube 21 Druckmittelanschluß
22 Druckmittelanschluß 23 Anschlußventilbohrung 24 Seitenbohrung 25 Auslaufbohrung
26 Zentralbohrung 27 Verbindungsbohrung 28 Auslaufbohrung 29 Seitenbohrung 30 Anschlußventilbohrung
31 Dichtring
32 Dichtring 33 Zentralstutzen 34 Filtereinlaufspalt
35 Auslaufringspalt
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