DE3444267C3 - Flüssigkeitsfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 28 45 520 A1 ist ein Ölfilter mit Wärmetauscher bekannt, bei dem die Teile von Filter- und Wärmetauscher so aufeinander abgestimmt sind, daß bereits vorhandene Filterbauteile verwendbar sind und der Wärmetauscher auch an vorhandene Filter angebaut werden kann. Der hiernach bekannte Flüssigkeitsfilter ist insbesondere für Diesel­ kraftstoffe bestimmt und soll verhindern, daß bei tiefen Temperaturen Paraffinanteile auskristallisieren. Das Flüssigkeitsfilter weist den Einlaß mit dem Auslaß ver­ bindende Kanäle für das Tauscherfluid auf, die zusammen mit Einlaß und Auslaß in einer Ebene senkrecht zur Längs­ achse des Filters liegen. Diese Maßnahmen mögen zwar für die Anforderungen des Flüssigkeitsfilters gemäß der DE 28 45 520 A1 einen ausreichenden Wärmeübergang gewähr­ leisten; insbesondere für Ölfilter ist eine so geringe Wärmeübergangsfläche, wie sie sich nach dem Konzept des letztbeschriebenen Flüssigkeitsfilters ergibt, nicht aus­ reichend.

Aus der US-PS 3 743 011 ist ein zusammen mit einem Filter verwendbarer Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Bei diesem Wärmetauscher wird aus einem Motorblock kommendes heißes Öl zunächst durch Zulaufkanäle ohne nennenswerten Wärmeaustausch dem Filter zugeführt und anschließend nach dem Austritt aus diesem unter radialem Durchströmen des Wärmetauschers gekühlt. Der Wärmetauscher ist überaus kompliziert aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen, geprägten Blechplatten aufgebaut, was seine Herstellung aufwendig und teuer macht. Außerdem wird das Öl praktisch nur während seines Rücklaufes vom Filter zum Motorblock gekühlt, was die erreichbare Kühlleistung begrenzt.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, die bekannten Flüs­ sigkeitsfilter dahingehend zu verbessern, daß insbeson­ dere bei Zusammenschalten von Wärmetauschern mit Ölfil­ tern, die auch in höheren Temperaturen und mit geringeren Temperaturdifferenzen arbeiten, eine ausreichende Wärme­ übergangsfläche zur Verfügung gestellt wird, wobei sehr kompakt gebaut werden kann. Außerdem soll die Herstellung einfach sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Unter dem Begriff "Ringleitungsbereich" soll verstanden werden, daß es sich sowohl um einen toroidal ausgeführten 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 Wärmeübergangs­ fläche führen alternativ oder zusammengenommen folgende Maßnahmen:

• a) Zwischen dem Ringleitungsbereich 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.

Die Anordnung und Hintereinanderschaltung der Ringkanäle für das Tauscherfluid und für die zu kühlende Flüssig­ keit 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 kompatib­ ler 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 herstel­ len, der zu entsprechend größeren Wärmeübergangsflächen führt.

Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ringkanäle für das Tauscherfluid derart mit Zulauf und Ablauf ver­ bunden sind, daß das Tauscherfluid in getrennten Strömen den äußeren und den inneren Ringkanal durchfließt.

Als weitere konstruktive Einzelheit wurde als vorteil­ haft erkannt, daß das Becherteil zentrisch eine Hülse trägt, die wenigstens eine Teillänge des Ringkanals darstellt.

Der zentrische Ringkanal kann ferner aus einer Hohl­ schraube gebildet sein, die mit der Hülse verbunden ist, sowie aus der vorgenannten Hülse selbst.

Weitere Eigenschaften und Vorteile des Flüssigkeitsfil­ ters gemäß Erfindung gehen aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen hervor.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen;

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Flüssigkeits­ filters mit einem Wärmetauscher-Abschlußteil und zwei konzentrischen Ringleitungsbereichen für die zu filternde Flüssigkeit,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A der Fig. 1;

Fig. 3 eine Ausführungsform mit abnehmbarem Ansatz;

Fig. 4 einen Schnitt B-B der Fig. 3;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform gemäß dem Konzept der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Flüssigkeitsfilter mit einem einen Filtereinsatz 1 aufnehmenden Gehäuse 2. Das Gehäuse weist eine Grundplatte 3 auf, die mit zahlrei­ chen Perforationen 4 zum Einlassen des Öls versehen ist. Zentrisch ist die Grundplatte 3 mit einer Hohlschraube 5 verbunden, die einen Teil des zentrisch liegenden Ab­ laufkanals 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 schraf­ fiert). Der Becherteil hat eine zylindrische Grundform, bei der gegenüberliegend auf den Zylindermantel aufge­ setzt 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 zen­ trisch angeordnete Hülse 17 ist mit einer eingegossenen Hohlschraube 5 versehen. Dabei bilden sich in Flucht liegende, glatte Innenwände an der Innenseite des Ab­ laufkanals 6.

In den Becherteil 10 ist ein kompatibler Einsatzteil (von links oben nach rechts unten schraffiert) 20 patri­ zenartig eingesetzt. Die Teile 10 und 20 sind so bemes­ sen, daß sich bestimmte, noch zu beschreibende Kanäle und Ringleitungen ausbilden, die in Nachbarschaft zuein­ ander 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 Abdichtun­ gen zwischen den Teilen sorgen für eine zuverlässige dichtende Trennung der Fluide in den verschiedenen Be­ reichen.

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 ein­ zelne Ringleitungen 25′ einspeist. Die auf einem Kreis konzentrisch um den Ablaufkanal 6 angeordneten Ringlei­ tungen 25′ sowie die Torusleitung 24 bilden einen Ring­ leitungsbereich 25. Dieser führt das Öl in eine Kanal­ öffnung 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 Kühlwas­ ser im Kanal 30 das Öl in der Ringleitung 25′ in Wärme­ kontakt steht, erfolgt hier eine erste Abkühlung des Öls. Das Kühlwasser fließt außerdem durch eine Basis­ leitung 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 Ablauf­ stutzen 12 den Wärmetauscher-Sockel 8.

Demnach sind die Ringkanäle 30 und 32 für das Tauscher­ fluid 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 Fig. 3 und 4 betreffen eine Ausführungsform, die in wesentlichen Einzelteilen der der Fig. 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 Zwischen­ stück, das nachträglich zwischen Filtergehäuse 2 und Ansatz 34 eingesetzt werden kann.

Auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist der Sockel 38 aus zwei ineinandergesteckten, gegeneinander abge­ dichteten Teilen, nämlich dem Becherteil 10′ und dem Einsatzteil 20′, hergestellt. Es ergeben sich für das Tauscherfluid ähnliche Wege wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1/2. Der Zulaufstutzen 11 steht in Verbin­ dung 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 Ringlei­ tungsbereich 25 bilden. Das Öl strömt dann in die Kanal­ öffnung 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 Hohl­ schraube 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 Ver­ schraubung an anderen Teilen versehen.

Fig. 5 schließlich zeigt ein weiteres Ausführungsbei­ spiel, das als gegenüber dem der Fig. 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 Zulauf­ stutzen (nicht dargestellt) verbunden ist. Direkt be­ nachbart zum Ringkanal 30′ ist um den mittigen Ablauf­ kanal 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 Becher­ teils 10′ ist. Demnach ergibt sich bei dieser Ausfüh­ rungsform innerhalb des Sockels 8 ein Ringleitungsbe­ reich 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 rela­ tiv groß gehalten werden können. Dies führt 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 Aus­ lauf entweder der Druckunterschied hoch ist oder aber ein großes Bauvolumen gewählt werden muß.

Diese vorbeschriebenen Ausführungsformen haben sich bewährt auch bei Temperaturen des Wassers um 90° und bei Einlauftemperaturen des Öls um 150°. sie sind aber über­ raschenderweise genauso wirksam in der Kaltstartphase, wo das sich relativ schnell erhitzende Kühlwasser für eine Erwärmung des Öls sorgt.

Claims (7)

1. Flüssigkeitsfilter mit einem einen Filtereinsatz auf­ nehmenden Gehäuse, das einen als Wärmetauscher gestal­ teten Abschlußteil (Deckel oder Sockel) mit Zulaufka­ nälen und einem zentrisch angeordneten, den Abschluß­ teil über dessen ganze Höhe durchsetzenden Ablaufkanal für die zu filternde Flüssigkeit aufweist, wobei die Zulaufkanäle radial beabstandet parallel zum Ablaufkanal verlaufen und wobei zu dem Abschlußteil auch noch den Zulaufkanälen benachbarte und in Wärmekontakt zu diesen angeordnete weitere Kanäle für ein Tauscherfluid gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufkanäle (24, 25′) für die zu filternde Flüssigkeit innerhalb des Ab­ schlußteils (8; 38) in einem konzentrisch zum Ablauf­ kanal (6; 36) angeordneten Ringleitungsbereich (25) in Form eines toroidal ausgeführten Ringkanals oder einer Vielzahl von kranzförmig angeordneten Bohrungen (25′), die insgesamt zu dem Ringleitungsbereich (25) vereint sind, zum Filtergehäuse (2) geführt sind und daß die Kanäle für das Tauscherfluid als ein konzentrischer Ringkanal (30; 30′) außen um den Ringleitungsbereich (25) und als weiterer konzentrischer Ringkanal (32) zwischen dem Ringleitungsbereich (25) und dem Rücklaufkanal (6; 36) ausgebildet sind.

2. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringkanäle (30, 32) für das Tau­ scherfluid derart mit einem Zulauf (11) und einem Ablauf (12) verbunden sind, daß das Tauscherfluid in getrennten Strömen den äußeren Ringkanal (30) und inneren Ringkanal (32) durchfließt.

3. 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.

4. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußteil (8; 38) aus zwei ineinander gesteckten, gegeneinander abgedichteten Teilen (10; 20; 10′; 20′) besteht.

5. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußteil (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 die Kühlrippen (21; 23) trägt.

6. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Becherteil (10; 10′) zentrisch eine Hülse (17) trägt, die wenigstens eine Teillänge des Ringkanals (6; 36) darstellt.

7. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zentrische Ablaufkanal (6; 36) aus einer Hohlschraube (5) gebildet ist, die mit der Hülse (17) verbunden ist, sowie aus der Hülse (17) selbst.