DE3444267A1

DE3444267A1 - Fluessigkeitsfilter mit einem waermetauscher-abschlussteil

Info

Publication number: DE3444267A1
Application number: DE19843444267
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Baumann; Norbert Prinz; Gerhard Wiemeyer
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 1984-12-05
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1986-06-05
Anticipated expiration: 2004-12-06
Also published as: DE3444267C2; DE3444267C3

Description

Flüssigkeitsfilter mit einem Wärmetauscher-Abschlußteil
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter mit einem einen Filtereinsatz aufnehmenden Gehäuse, das ein Abschlußteil (Deckel oder Sockel) mit Zulauf und Ablauf für die zu filternde Flüssigkeit aufweist, wobei der Abschlußteil als Wärmetauscher gestaltet ist, zu dem neben Durchströmkanälen für die zu filternde Flüssigkeit mit einem zentrisch angeordneten, den Abschlußteil über dessen ganze Höhe durchsetzenden Ablaufkanal auch dazu benachbarte weitere Kanäle für ein Tauscherfluid gehören.
Aus der US-PS 3 315 737 ist ein Öl filter mit Wärmetauscher bekannt, bei dem ein ringförmiger Filtereinsatz konzentrisch zu einem Mittelkanal und um diese herum angeordneten Wärmetauscher-Röhren angeordnet ist. Als Tauscherfluid wird Luft verwendet, die durch eine Vielzahl von Röhren hindurchläuft, ~die in. den zu reinigenden Flüssigkeitsstrom geschaltet sind.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß das Filter mit integriertem Wärmetauscher relativ groß und technisch aufwendig gebaut ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Teile von Filter- und Wärmetauscher speziell aufeinander abgestimmt sind, so daß keine bereits vorhandenen Filterbauteile verwendbar sind und der Wärmetauscher auch nicht an vorhandene Filter angebaut werden kann.
Unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik ist in der DE-OS 28 45 519 eine Weiterentwicklung beschrieben worden. Der hiernach bekannte Flüssigkeitsfilter ist insbesondere für Dieselkraftstoffe bestimmt und soll verhindern, daß bei tiefen Temperaturen keine Paraffinanteile auskristallisieren. Das Flüssigkeitsfilter weist den Einlaß mit dem Auslaß verbindende Kanäle für das Tauscherfluid auf, die zusammen mit Einlaß und Auslaß in einer ebene senkrecht zur Längesachse des Filters liegen. Diese Maßnahmen mögen zwar für die Anforderungen des Flüssigkeitsfilters gemäß DE-OS 28 45 519 einen ausreichenden Wärmeübergang gewährleisten; insbesondere für Ölfilter ist eine so gering Wärmeübergangsfläche, wie sie sich nach dem Konzept des letztbeschriebenen Flüssigkeitsfilters ergibt, nicht ausreichend.
Es stellt sich demnach die Aufgabe, die bekannten Flüssigkeitsfilter dahingehend zu verbessern, daß insbesondere bei Zusammenschalten von Wärmetauschern mit Ölfiltern, die auch in höheren Tempetaturen und mit geringeren Temperaturdifferenzen arbeiten, eine ausreichende Wärmeübergangsfläche zur Verfügung gestellt wird, wobei sehr kompakt gebaut werden kann und vorhandene Ölfilter und dergleichen ohne Umbau mit den Wärmetauschern versehen werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Flüssigkeitsfilter gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, bei dem innerhalb des Abschlußteils die zu filternde Flüssigkeit in einem konzentrisch zum Ablaufkanal angeordneten Ringleitungsbereich zum Filtergehäuse geführt ist, und bei dem für das Tauscherfluid wenigstens ein konzentrischer Ringkanal außen um den Ringleitungsbereich - in Wärmekontakt zu diesem - angeordnet ist.
Unter dem Begriff "Ringleitungsbereich" soll verstanden werden, daß es sich sowohl um einen tproidal ausgeführ- ten Ringkanal handeln kann, jedoch auch um eine Vielzahl von kranzförmig angeordneten Bohrungen, die insgesamt zu einem "Ringleitungsbereich" vereint sind.
Als Tauscherfluid kommt in erster Linie das bei einem Motor vorhandene Kühlwasser infrage. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, bei luftgekühlten Motoren den Wärmetauscher mit Kühlluft zu betreiben.
Zu einer wesentlichen Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche führen alternativ oder zusammengenommen folgende Maßnahmen: a) Zwischen dem Ringleitungsbefeich und dem Ablaufkanal wird ein weiterer innerer, konzentrischer Ringkanal für das Tauscherfluid angeordnet; b) wenigstens einer der Ringkanäle ist mit Kühlrippen versehen, die in das Tauscherfluid hineinragen.
Um sich den beengten Bauverhältnissen und der vorhandenen Topografie des Motoraufbaus besser anpassen zu können, wird vorgeschlagen, daß an der dem Filtergehäuse gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers ein Ansatz 0 schräg unter einem Winkel zwischen 60 und 35 zur Achse des Filters angebaut ist. Es sei jedoch angemerkt, daß auch ein gerader oder in rechtem Winkel stehender Ansatz ausführbar und anwendbar ist.
Ein solcher Ansatz kann auch bereits als Teil bei einem Verbrennungsmotor vorhanden oder erforderlich sein. In diesem Falle empfiehlt es sich; daß der Ansatz abnehmbar mit dem eigentlichen Wärmetauscher verbunden ist.
Die Anordnung und Hintereinanderschaltung der Ringkanäle für das Tauscherfluid und für die zu kühlende Flüssigkeit lassen sich relativ einfach bauen, wenn der Ab- schlußteil aus zwei ineinandergesteckten, gegeneinander abgedichteten Teilen besteht. Vorzugsweise ist dies ein die Außenwand aufweisender Becherteil und ein kompatibler Einsatzteil, der patrizenartig unter Offenlassung der Durchströmkanäle in das Becherteil einsetzbar ist und an seinen unverdeckten Wandungen Kühlrippen trägt.
Durch diese Bauart läßt sich bei Metall-Spritzgußteilen ein sehr stark strukturierter Kühlkanal-Verlauf herstellen, der zu entsprechend größeren Wärmeübergangsflächen führt.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ringkanäle für das Tauscherfluid derart mit Zulauf und Ablauf verbunden sind, daß das Tauscherfluid in getrennten Strömen den äußeren und den inneren Ringkanal durchfließt.
Als weitere konstruktive Einzelheit wurde als vorteilhaft erkannt, daß das Becherteil zentrisch eine Hülse trägt, die wenigstens eine Teillänge des Ringkanals darstellt.
Der zentrische Ringkanal kann ferner aus einer Hohlschraube gebildet sein, die mit der Hülse verbunden ist, sowie aus der vorgenannten Hülse selbst.
Weitere Eigenschaften und Vorteile des Flüssigkeitsfilters gemäß Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen: Figur 1 eine erste Ausführungsform eines Flüssigkeitsfilters mit einem Wärmetauscher-Abschlußteil und zwei konzentrischen Ringleitungsbereichen für die zu filternde Flüssigkeit, Figur 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie A - Ader Figur 1; Figur 3 eine Ausführungsform mit abnehmbarem Ansatz; Figur 4 einen Schnitt B - B der Figur 3; Figur 5 eine dritte Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Flüssigkeitsfilter mit einem einen Filtereinsatz 1 aufnehmenden Gehäuse 2. Das Gehäuse weist eine Grundplatte 3 auf, die mit zahlreichen Perforationen 4 zum Einlassen des Öls versehen ist.
Zentrisch ist die Grundplatte 3 mit einer Hohlschraube 5 verbunden, die einen Teil des zentrisch liegenden Ablaufkanals 6 bildet. Die Hohlschraube 5 ragt demnach nach unten über die Grundplatte 3 über.
Das Gehäuse 2 ist eingesetzt in einen Sockel 8, der einen weiteren Abschlußteil des Filtergehäuses bildet und gleichzeitig als Wärmetauscher gestaltet ist. Der Sockel 8 besteht aus einem die Außenwand 9 aufweisenden Becherteil 10 (von rechts oben nach links unten schraffiert). Der Becherteil hat eine zylindrische Grundform, bei der gegenüberliegend auf den Zylindermantel aufgesetzt sind ein Zulaufstutzen 11 und ein Ablaufstutzen 12 für das Tauscherfluid (Wasser). Der Becherteil 10 setzt sich nach unten fort in einen schräg angeformten Ansatz 14, der einen Zulauf 15 und einen Ablauf 16 für die zu filternde Flüssigkeit (z. B. Motorenöl) aufweist. Dabei ist im Inneren des Ansatzes ein Kanal 6' als Endstück des Ablaufkanals 6 vorgesehen. Eine im Bereich zwischen Knick von Ansatz 14 und eigentlichem Becherteil 10 zentrisch angeordnete Hülse 17 ist mit einer eingegossenen Hohlschraube 5 versehen. Dabei bilden sich in Flucht liegende, glatte Innenwände an der Innenseite des Ablaufkanals 6.
In den Becherteil 10 ist ein kompatibler Einsatzteil (von links oben nach rechts unten schraffiert) 20 patrizenartig eingesetzt. Die Teile 10 und 20 sind so bemessen, daß sich bestimmte, noch zu beschreibende Kanäle und Ringleitungen ausbilden, die in Nachbarschaft zueinander die Wärmetauscherfunktion gewährleisten. An seiner unten liegenden Außenseite ist das Einsatzteil 20 mit zahlreichen Kühlrippen 21 versehen, die radial zur Achse des Ablaufkanals 6 ausgerichtet sind. Weiterhin weisen sowohl Becherteil als auch Einsatzteil weitere, axial liegende Kühlrippen 22, 23 auf, die ebenfalls in einem Kanal angeordnet sind, der sich durch Ineinanderstecken der Teile 10 und 20 ergibt. Der Einsatzteil 20 ist im Bereiche des Gehäuses 2 zu einem Kragen 28 konzentrisch um das Filtergehäuse herumgezogen. Zahlreiche Abdichtungen zwischen den Teilen sorgen für eine zuverlässige dichtende Trennung der Fluide in den verschiedenen Bereichen.
Innerhalb des Sockels 8 (~Abschlußteil") fließt die zu filternde Flüssigkeit (Öl) zunächst in den Zulauf 15 ein und gelangt in eine Torusleitung 24, die in viele einzelne Ringleitungen 25' einspeist. Die auf einem Kreis konzentrisch um den Ablaufkanal 6 angeordneten Ringleitungen 25' sowie die Torusleitung 24 bilden einen Ringleitungsbereich 25. Dieser führt das Öl in eine Kanalöffnung 26 und von dort durch die Perforationen 4 in den Filterbereich. Von dort fließt das Öl von außen nach innen durch den Filterbalg 27 in den Ablaufkanal 6 zurück und gelangt schließlich durch den Öl-Ablauf 16 wieder in den Kreislauf zurück.
Das Kühlwasser gelangt in den Wärmetauscher-Sockel 8 durch den Zulaufstutzen 11 und verzweigt von dort in einen äußeren konzentrischen Ringkanal 30, der mit den zahlreichen Kühlrippen 21 versehen ist. Da zum Kühlwasser im Kanal 30 das Öl in der Ringleitung 25' in Wärmekontakt steht, erfolgt hier eine erste Abkühlung des Öls. Das Kühlwasser fließt außerdem durch eine Basisleitung 31 in einen weiteren konzentrischen Ringkanal 32, der mit axial liegenden Kühlrippen 22 versehen ist und kühlt den Fluß der gefilterten Flüssigkeit um den Ablaufkanal herum. Das Tauscherfluid verläßt dann, vom inneren Ringkanal 32 kommend, über einen Kopfkanal 33, und vom äußeren Ringkanal 30 kommend durch den Ablaufstutzen 12 den Wärmetauscher-Sockel 8.
Demnach sind die Ringkanäle 30 und 32 für das Tauscherfluid derart mit dem Zulauf 11 und dem Ablauf verbunden, daß das Tauscherfluid in getrennten Strömen den äußeren und den inneren Ringkanal 30 bzw. 32 durchfließt. Durch das doppelte Kontaktieren der zu filternden Flüssigkeit ergibt sich ein sehr inniger Wärmekontakt, der durch die zahlreichen Kühlrippen noch verstärkt wird. Demnach kann die Flüssigkeitsfilter-Anordnung sowohl eine kühlende als auch eine heizende Funktion übernehmen. Letztere ist beispielsweise bei einem Kaltstart durchaus sinnvoll.
Die Figuren 3 und 4 betreffen eine Ausführungsform, die in wesentlichen Einzelteilen der der Figur 1/2 gleicht, jedoch insbesondere einen abnehmbaren Ansatz 34 besitzt, der solchen Ansätzen nachgebildet ist, die üblicherweise direkt mit einem Filtergehäuse 2 verbunden sind. Der hier vorliegende Sockel 38 dient demnach als Zwischenstück, das nachträglich zwischen Filtergehäuse 2 und Ansatz 34 eingesetzt werden kann.
Auch bei der Ausführungsform der Figur 3 ist der Sockel 38 aus zwei ineinandergesteckten, gegeneinander abgedichteten Teilen, nämlich dem Becherteil 10' und dem Einsatzteil 20', hergestellt. Es ergeben sich für das Tauscherfluid ähnliche Wege wie bei der Ausführungsform gemäß Figuren 1/2. Der Zulaufstutzen 11 steht in Verbindung mit einem äußeren Ringkanal 30 und einem inneren Ringkanal 32, die beide mit Kühlrippen versehen sind.
Das ausströmende Kühlfluid wird im Ablaufstutzen 12 gesammelt und abgeführt. Der Weg für die zu filternde Flüssigkeit (Motorenöl) verläuft zunächst durch den Zulauf 15' im abnehmbaren Ansatz 34, setzt sich dann in die Ringleitungen 25' fort, die wiederum aus einem Kranz einzelner Bohrungen besteht, die insgesamt den Ringleitungsbereich 25 bilden. Das Öl strömt dann in die Kanalöffnung 26, gelangt durch Perforationen 4 in das Innere des Filters und strömt zurück durch einen Ablaufkanal 36, der im oberen Teil des Sockels 38 das Gehäuse 2 dichtend durchstößt, dann einen Bund 39 aufweist, gegen den der Innenzylinder 40 des Becherteils stößt. Die Hülse 37 weist dann weiter unten liegend periphere Öffnungen 41 und 42 auf, durch die das ablaufende Öl zunächst von innen nach außen und dann wieder von außen nach innen hineinströmt, wobei ein Versteifungsteller 43 in die Hülse zwischen den Öffnungen 41 und 42 eingezogen ist. Um zu verhindern, daß das Öl in den Wasserkreislauf gerät, ist eine innere Zylinderwand 44, vom Basisteil des Becherteils 10 ausgehend, abgedichtet, um die Hülse 37 herum gelegt. Nach unten endet die Hülse in einer Erweiterung 46, in die eine Hohlschraube 45 eingeschoben ist. Entsprechend ist eine zentrale Hülse 17 mit dem Ansatz 34 verbunden, in die der untere Teil der Hohlschraube 45 fest eingegossen ist. Insgesamt ergibt sich damit ein Ablaufkanal, der durch die Teile 37, 45 und 34 gegeben ist.
Der Ansatz 34 ist noch mit einer Öse 47 zur Verschraubung an anderen Teilen versehen.
Figur 5 schließlich zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das als gegenüber dem der Figuren 1/2 verein- fachte Version bezeichnet werden kann. Ansatz 14' und Becherteil 10' bilden den Zulauf 15 und den Ablauf 16 für die zu filternde Flüssigkeit. In den Becherteil 10' hineingesetzt ist ein Einsatzteil 20', das an. seiner Außenseite zahlreiche Kühlrippen 21 aufweist. Durch den zwischen Außenseite des Einsatzteiles 20' und Innenseite des Becherteils 10' offengelassenen Zwischenraum, in den die Kühlrippen 21 hineinragen, wird ein Ringkanal 30' gebildet, der mit einem seitlich angeordneten Zulaufstutzen (nicht dargestellt) verbunden ist. Direkt benachbart zum Ringkanal 30' ist um den mittigen Ablaufkanal 6 eine Ringleitung 125 herum angeordnet, die das Öl vom Einlauf 16 her aufnimmt, durch Perforationen 4 im Filtergehäuse 2 in den Filterbereich einleitet (Filter selbst nicht dargestellt). Das gefilterte Öl fließt durch den Kanal 6 im Zentrumsbereich zurück. Dieser wiederum wird durch eine Hohlschraube 5 gebildet, die eingegossen ist in eine Hülse 17, die Teil des Becherteils 10' ist. Demnach ergibt sich bei dieser Ausführungsform innerhalb des Sockels 8 ein Ringleitungsbereich 125, der konzentrisch zum Ablaufkanal 6 angeordnet ist, wobei ein außenliegender, weiterer konzentrischer Ringkanal für das Tauscherfluid angeordnet ist.
Insgesamt ist mit allen drei Ausführungsformen möglich, einen sehr intensiven Tauscherkontakt herzustellen, so daß die Öffnungen für die zu filternde Flüssigkeit relativ groß gehalten werden können. Dies führ dazu, daß gegenüber dem Druckverlust im Filter selbst innerhalb des Wärmetauschers praktisch kein, jedenfalls nur ein vernachlässigbar kleiner Druckverlust auftritt. Dieser Vorteil ist besonders hoch zu bewerten, da üblicherweise bei hoher Temperaturdifferenz zwischen Einlauf und Auslauf entweder der Druckunterschied hoch ist oder aber ein großes Bauvolumen gewählt werden muß.
Diese vorbeschriebenen Ausführungsformen haben sich 0 bewährt auch bei Temperaturen des Wassers um 90 und bei 0 Einlauftemperaturen des Öls um 150 . Sie sind aber überraschenderweise genauso wirksam in der Kaltstartphase, wo das sich relativ schnell erhitzende Kühlwasser für eine Erwärmung des Öls sorgt.

Claims

Patentansprüche: 1. Flüssigkeitsfilter mit einem einen Filtereinsatz aufnehmenden Gehäuse, das ein Abschlußteil (Deckel oder Sockel) mit Zulauf und Ablauf für die zu filternde Flüssigkeit aufweist, wobei der Abschluteil als Wärmetauscher gestaltet ist, zu dem neben Durchströmkanälen für die zu filternde Flüssigkeit mit einem zentrisch angeordneten, den Abschluteil über dessen ganze Höhe durchsetzenden Ablaufkanal auch dazu benachbarte weitere Kanäle für eln Tauscherfulid gehören, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , da innerhalb des AbschluSteils (8; 38) die zu filternde Flüssigkeit in einem konzentrisch zum Ablaufkanal (6; 36) angeordneten Ringleitungsbereich (25) zum Filter gehäuse (2) geführt ist, und. daf für das Tauscherfluid wenigstens ein konzentrischer Ringkanal (30; 30') außen um den Ringleitungsbereich (25) - in Wärmekontakt zu diesem - angeordnet ist.
2. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringleitungsbereichen (25) und dem Rücklaufkanal (6; 36) ein weiterer konzentrischer Ringkanal (32) für das Tauscherfluid angeordnet ist.
3. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanäle (30, 32) für das Tauscherfluid derart mit Zulauf (11) und Ablauf (12) verbunden sind, daß das Tauscherfluid in getrennten Strömen den äußeren (30) und den inneren Ringkanal (32) durchfliet.
4. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Ringkanäle (30; 32) mit Kühlrippen (21; 22) versehen ist, die in das Tauscherfluid hineinragen.
5. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Filtergehäuse (7! gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers ein Ansatz (14; 34) schräg unter einem Winkel zwischen 60 o und 35 zur Achse des Filtereinsatzes (1) angebaut ist.
6. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (34) abnehmbar rnit dem Wärmetauscher (38) verbunden ist.
7. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlufteil (8; 38) aus zwei ineinander gesteckten, gegeneinander abgedichteten Teilen (19; 20; 10'; 20') besteht.
8. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der AbschluSteil (8) aus einem die Außenwand aufweisenden Becherteil (10; 10') und aus einem kompatiblen Einsatzteil (20; 20') besteht, wobei letzteres patrizenartig unter Offenlassung der Durchströmkanäle (30, 32) in den Becherteil (10; 10') einsetzbar ist und an seinen unverdeckten Wandungen Kühlrippen (21; 23) trägt.
9. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß daß Becherteil (10; 10') zentrisch eine Hülse (17) trägt, die wenigstens eine Teillänge des Ringkanals (6; 36) darstellt.
10. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daf der zentrische Ablaufkanal (6; 36) aus einer Hohlschraube (5) gebildet ist, die mit der Hülse (17) verbunden ist, sowie aus der Hülse (17) selbst.