DE4221897A1 - Vorrichtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien, insbesondere Hydraulik­ öl, mit einem Grobfilter und einem dazu parallel geschal­ teten Feinfilter.

Um bei der Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien Schmutzpartikel unterschiedlicher Größe zu erfassen, ist es seit langem bekannt, Filter mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verwenden. Einem in einem ersten Kreis­ lauf ("Hauptstrom") angeordneten, größere Partikel erfas­ senden Grobfilter wird dabei in einem zweiten, separaten Kreislauf ("Nebenstrom") ein kleinere Partikel erfassendes Feinfilter parallel geschaltet. Der Volumenstrom des zu filtrierenden Mediums wird auf diese Weise gleichzeitig durch das Grobfilter und das Feinfilter geleitet. Da das Medium in geschlossenen Kreisläufen zirkuliert und fort­ während durch die zueinander parallel geschalteten Filter geleitet wird, werden im Laufe der Zeit Partikel unter­ schiedlicher Größe aus dem Medium herausgefiltert.

Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, daß das Feinfilter im Nebenstrom angeordnet ist und zusätzliche Pumpen, Ven­ tile, Leitungen usw. verwendet werden müssen. Das ist auf­ wendig, störanfällig und kostspielig.

Das Feinfilter kann auch nicht im Hauptstrom in Reihe mit dem Grobfilter geschaltet sein, da es, um eine ordnungsge­ mäße Funktion zu gewährleisten, bei Beaufschlagung mit dem im Hauptstrom zirkulierenden großen Volumenstrom in seinen Ausmaßen extrem groß sein muß und dadurch sehr kostspielig ist.

Außerdem können die empfindlichen Feinfilter durch even­ tuell im zu filtrierenden Medium kurzzeitig auftretende hohe Drücke ("Druckspitzen") wesentlich leichter beschä­ digt werden als Grobfilter.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien zu vermitteln, die ermöglicht, das Feinfilter im Hauptstrom in Verbindung mit einem Grobfil­ ter einzusetzen und vor Druckspitzen im Medium zu schützen.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß dem Feinfilter ein Stromregelven­ til vorgeschaltet ist, das den Volumenstrom des flüssigen oder gasförmigen Mediums durch das Feinfilter auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.

Durch Regulierung des Volumenstroms auf einen vorgegebenen Wert wird das Feinfilter vor Druckspitzen geschützt. Die Wechselintervalle können durch Wahl des vorgegebenen Wer­ tes denen des Grobfilters angepaßt werden.

Als Stromregelventil wird beispielsweise ein Zwei-Wege- Stromregelventil verwendet.

Im Hinblick auf eine platzsparende Bauweise ist das Zwei- Wege-Stromregelventil vorteilhafterweise in das Feinfilter integriert.

Vorzugsweise wird dazu ein Trägerteil mit zwei Einlaßstut­ zen verwendet, wobei das Grobfilter auf dem einen und das Feinfilter auf dem anderen Einlaßstutzen angeordnet ist, und bei dem das Zwei-Wege-Stromregelventil in dem Einlaß­ stutzen angeordnet ist, der das Feinfilter trägt. Dieses Trägerteil kann in eine vorhandene Leitung, in der der Vo­ lumenstrom des Mediums zirkuliert, integriert werden, und es sind auf diese Weise keine aufwendigen Leitungsabzwei­ gungen notwendig.

Es ist beispielsweise auch möglich, ein Drei-Wege-Strom­ regelventil zu verwenden, das sowohl dem Grob- als auch dem Feinfilter vorgeschaltet wird.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schaltplan einer Vor­ richtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien mit einem Zwei-Wege- Stromregelventil, das einem Feinfilter vorgeschaltet ist;

Fig. 2 eine geschnittene, teilweise weggebro­ chene Darstellung einer Vorrichtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien;

Fig. 3 schematisch einen Schaltplan einer Vor­ richtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien mit einem dem Fein­ filter vorgeschalteten Drei-Wege-Strom­ regelventil und

Fig. 4 eine geschnittene Darstellung eines Drei-Wege-Stromregelventils.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt eine Vorrichtung 1 zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien, die in einem geschlossenen Kreislauf des kontinuierlich zirkulierenden Mediums - beispielsweise einem Hydraulikölkreislauf - an­ geordnet ist, im wesentlichen ein Grobfilter 2 und ein dazu parallel geschaltetes Feinfilter 3, wobei dem Fein­ filter 3 ein Zwei-Wege-Stromregelventil 4 vorgeschaltet und dem Grobfilter 2 und dem Feinfilter 3 ein an sich be­ kanntes Bypass-Ventil 5 parallel geschaltet ist. Das Grob­ filter 2, das Feinfilter 3, das Stromregelventil 4 und das Bypass-Ventil 5 sind durch Leitungen 6 miteinander verbun­ den, die einen gemeinsamen Leitungseingang 7 und einen ge­ meinsamen Leitungsausgang 8 aufweisen. Wie aus der Figur ersichtlich, wird ein Teil des Volumenstroms des zu fil­ trierenden Mediums direkt durch das Grobfilter 2 geleitet, während ein anderer Teil des Volumenstroms zunächst durch das Stromregelventil 4 und daraufhin durch das Feinfilter 3 geführt wird. Das Stromregelventil 4 begrenzt den Volu­ menstrom des Mediums auf einen vorgegebenen, dem Feinfil­ ter 3 angepaßten Wert. Der im Grobfilter 2 gefilterte Volumenstrom und der im Feinfilter 3 gefilterte Volumen­ strom werden anschließend am Leitungsausgang 8 wieder zu­ sammengeführt.

Der Volumenstrom des Mediums muß sowohl am Grobfilter 2 als auch am Feinfilter 3 vorbeigeführt werden, wenn erstens insbesondere das Grobfilter 2 einen sehr hohen Verschmutzungsgrad aufweist und dadurch für das zu fil­ trierende Medium undurchlässig wird, oder wenn zweitens das Medium, z. B. Hydrauliköl, im kalten Zustand eine hohe Viskosität aufweist und sowohl das Grobfilter 3 als auch das Feinfilter 2 ebenfalls nicht passieren kann. Im erst­ genannten Fall kann der Volumenstrom des zu filternden Mediums wegen der Gefahr der Beschädigung des Feinfilters 3 auch nicht vollständig durch dieses geleitet werden. In beiden Fällen wird der Volumenstrom unfiltriert durch das Bypass-Ventil 5 geleitet. Dadurch wird eine Einschränkung oder Unterbrechung der Zirkulation des Volumenstroms des zu filternden Mediums vermieden.

Fig. 2 zeigt eine geschnittene, teilweise weggebrochene Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vor­ richtung 1, die beispielsweise leicht in einen Hydraulik­ ölkreislauf eingefügt werden kann. Ausführungsformen der in Fig. 1 schematisch dargestellten Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Auf einem zylindrischen Trägerteil 9 sind zwei einander gegenüberliegende Einlaßstutzen 11, 12 vorgesehen, die mit einem zwischen diesen Einlaßstutzen 11, 12 angeordneten, zylindrischen Einlaßbereich 10 verbunden sind. Das Grob­ filter 2 ist auf dem Einlaßstutzen 11 und das Feinfilter 3 ist auf dem Einlaßstutzen 12 angeordnet. Sowohl das Grob­ filter 2 als auch das Feinfilter 3 umfassen jeweils ein zylindrisches Filtergehäuse 13, 14, in dem an sich be­ kannte Filterelemente 15 bzw. 16 befestigt sind. Diese Filterelemente 15, 16 sind beispielsweise aus Papier her­ gestellt.

In dem das Grobfilter umschließenden Filtergehäuse 13 ist der Leitungseingang 7 und der Leitungsausgang 8 ausgebil­ det, die beide mit einem Innengewinde zur Aufnahme an sich bekannter Leitungsanschlußaußengewinde versehen sind. Der Leitungsausgang 7 mündet in den Einlaßbereich 10.

Das Zwei-Wege-Stromregelventil 4 ist in dem das Feinfilter 3 tragenden Einlaßstutzen 12 angeordnet. Es umfaßt ein zy­ lindrisches Gehäuse 18, in dessen Innerem ein becherförmi­ ges, im Inneren des Gehäuses 18 verschiebliches Teil 20 angeordnet ist. Eine Schraubenfeder 19 stützt sich einer­ seits an einem, im Inneren des Gehäuses 18 fest angeord­ neten, ebenfalls becherförmig ausgestalteten Teil, ande­ rerseits an der dem Einlaßbereich 10 zugewandten Wand des verschieblichen Teils 20 ab. Die Schraubenfeder spannt das becherförmige, verschiebliche Teil 20 in Richtung des Einlaßbereichs 20 vor. Im becherförmigen Teil 20 ist in seiner dem Einlaßbereich 10 zugewandten Wand eine Einlaß­ bohrung 21 vorgesehen. Im Gehäuse 18 des Stromregelventils 4 ist quer zu dessen Achse eine Auslaßbohrung 22 angeord­ net. Die Auslaßbohrung 22 stellt eine Öffnung in das Inne­ re des Filterelementes 16 dar.

Um den Einlaßstutzen 11 des Grobfilters 2 herum ist eine Feder 23 angeordnet, die eine kreisringförmige Platte 24 gegen eine am Einlaßstutzen 11 angeordnete Ringschulter 25 so vorspannt, daß sie in der Ringschulter 25 vorgesehene Öffnungen 26 verschließt. Die Feder 23, die Platte 24, die Ringschulter 25 und die Öffnungen 26 bilden zusammen das Bypass-Ventil 5.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 ist folgende: Das zu filtrierende Medium, beispielsweise Hydrauliköl, gelangt über den Leitungseingang 7 in Richtung des in Fig. 2 ge­ zeichneten Pfeiles in den Einlaßbereich 10. Dort verzweigt sich der Volumenstrom des Hydrauliköls, wie durch die ge­ zeichneten Pfeile angedeutet. Der größere Teil des Volu­ menstroms gelangt durch den Einlaßstutzen 11 in das Innere des Filterelements 15 des Grobfilters 2 und wird aufgrund des im Medium herrschenden Drucks durch dieses Filter ge­ preßt. Das durch das Grobfilter 2 filtrierte Hydrauliköl gelangt sodann in einen Volumenbereich 27 des Grobfilters 2, der mit dem Leitungsausgang 8 verbunden ist.

Der andere Teil des Volumenstroms wird, wie durch die Pfeile angedeutet, durch die Einlaßbohrung 21 des becher­ förmigen, im Gehäuse 18 axial verschieblichen Teils 20 des Zwei-Wege-Stromregelventils 4 geleitet und gelangt durch die Auslaßbohrung 22 in das Innere des Filterelements 16 des Feinfilters 3. Das Hydrauliköl wird daraufhin durch das Filterelement 16 in einen Volumenbereich 28 des Feinfil­ ters 3 gepreßt. Der Volumenbereich 28 ist ebenfalls mit dem Leitungsausgang 8 über einen im Einlaßbereich 10 ange­ ordneten rohrförmigen Kanal 29 verbunden.

Das zu filtrierende Hydrauliköl kann im kalten Zustand eine hohe Viskosität aufweisen, die dazu führt, daß das Hydrauliköl nicht durch die Filterelemente 15 oder 16 ge­ langen kann. In diesem Falle fließt das Hydrauliköl unter Umgehung des Grobfilters 2 und des Feinfilters 3 durch das Bypass-Ventil 5. Dies wird aufgrund des Drucks im Hydrau­ liköl bewirkt, der es ermöglicht, daß die Platte 24 entge­ gen der Federkraft der Feder 23 in Achsrichtung des Ein­ laßstutzens 11, in der Fig. 2 nach rechts, gedrückt wird, wodurch die Öffnungen 26 freigegeben werden und das Medium durch sie unfiltriert in den Volumenbereich 27 und von dort zum Leitungsausgang 8 gelangt.

Die Funktionsweise des Zwei-Wege-Stromregelventils 4 ist folgende: Bei einem kleinen Volumenstrom befindet sich das verschiebliche Teil 18 in einer Stellung, in der die Aus­ laßbohrung 22 freigegeben ist. Diese Stellung ist in Fig. 2 dargestellt. Das Medium gelangt entlang der in Fig. 2 gezeichneten Pfeile durch die Einlaßbohrung 21 des im Ge­ häuse axial verschieblichen Teils 20 in das Innere des Ge­ häuses 18 des Stromregelventils 4 und von dort durch die Auslaßbohrung 22 in das Innere des Filterelements 16 des Feinfilters 3. Steigt der Volumenstrom des zu filtrie­ renden Mediums, so wird auf das verschiebliche, becherför­ mige Teil 20 ein Druck ausgeübt, der der Federkraft der Feder 19 entgegengesetzt gerichtet ist und das Teil 20 in Axialrichtung des Gehäuses 18 - in Fig. 2 nach links -, druckabhängig verschiebt. Dadurch wird die Auslaßbohrung 22 teilweise oder ganz verschlossen. Das bewirkt eine Be­ grenzung des durch das Filterelement 16 des Feinfilters 3 fließenden Volumenstroms des Hydrauliköls, wodurch das Filterelement 16 des Feinfilters 3 vor zu schneller Ver­ schmutzung bzw. Zerstörung geschützt wird.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann statt eines Zwei-Wege- Stromregelventils 4 auch ein Drei-Wege-Stromregelventil 30 zur Begrenzung der Volumenströme durch das Feinfilter 3 und das Grobfilter 2 verwendet werden. Über den Leitungs­ eingang 7 der Vorrichtung 1 gelangt das Medium bei ge­ schlossenem Bypass-Ventil 5 über die Leitung 6 in das Drei-Wege-Stromregelventil 30. Dieses Drei-Wege-Strom­ regelventil 30 regelt und begrenzt den Volumenstrom durch das Grobfilter 2 und das Feinfilter 3 derart, daß der Hauptvolumenstrom durch das Grobfilter 2 und ein begrenz­ ter Teil des Volumenstroms durch das Feinfilter 3 geleitet wird. Ein Bypass-Ventil 5 ist zu der Hintereinander­ schaltung des Drei-Wege-Stromregelventils 30 und der Par­ allelschaltung von Grobfilter 2 und Feinfilter 3 parallel geschaltet. Dieses Bypass-Ventil 5 öffnet, wenn der Druck im zu filtrierenden Medium zu grobe Werte annimmt. Wie oben beschrieben, kann das dann der Fall sein, wenn das Medium im kalten Zustand eine sehr große Viskosität auf­ weist oder wenn das Grobfilter 2 und auch das Feinfilter 3 verstopft sind.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Drei-Wege-Strom­ regelventils 30. In einem zylindrischen Gehäuse 31, das an einem Ende verschlossen und an dem anderen Ende offen ist, sind entlang der Zylinderfläche zwei senkrecht zur Achse des Gehäuses 31 angeordnete, voneinander beabstandete Aus­ laßöffnungen 33 und 34 angeordnet. Im Gehäuse 31 ist axi­ alverschieblich ein becherförmiges Teil 35 angeordnet, das an seiner dem offenen Ende des Gehäuses 31 zugewandten ebenen Wand eine Einlaßöffnung 32 aufweist. Die Länge der zylinderförmigen Seitenwand entspricht dem Abstand der Auslaßöffnungen 33 und 34 voneinander. Im Gehäuse 31 stützt sich eine Schraubenfeder 36 einerseits am ver­ schlossenen, festen Ende des Gehäuses 31, andererseits an der die Einlaßöffnung 32 aufweisenden Wand des becherför­ migen Teils 35 ab. In der Außerbetriebsstellung des Drei- Wege-Stromregelventils 30 spannt die Schraubenfeder 36 das axialverschiebliche, becherförmige Teil 35 derart vor, daß eine der Auslaßöffnungen 33 verschlossen ist, während die andere Auslaßöffnung 34 vollständig geöffnet ist. In die­ ser Stellung strömt das Medium durch die Einlaßöffnung 32 in das Innere des Gehäuses 31 hinein und durch die Auslaß­ öffnung 34 aus diesem wieder heraus.

Im Betriebszustand jedoch wird das Teil 35 durch den im strömenden Medium herrschenden Druck entgegen der Feder­ kraft der Feder 36 - in Fig. 4 nach links - verschoben, wobei die zylinderförmige Seitenwand des Teils 35 aufgrund ihrer definierten Länge die Öffnung 34 teilweise oder ganz verschließt, während die Öffnung 33 teilweise oder ganz freigegeben wird. Es entsteht folglich eine Volumenstrom­ verteilung des in das Drei-Wege-Stromregelventil 30 strö­ menden Volumenstroms in Abhängigkeit vom Druck im Medium. Dabei kann die Verteilung des Volumenstroms durch ent­ sprechende Wahl der Feder 36 und/oder der Einlaßöffnung 32 eingestellt werden. Der geregelte, aus der Öffnung 34 aus­ tretende Volumenstrom des zu filtrierenden Mediums wird in das Feinfilter 2 und der aus der Öffnung 33 austretende restliche Volumenstrom in das Grobfilter 2 geleitet. Der Volumenstrom durch das Feinfilter 3 wird dabei so einge­ stellt, daß das Filter aufgrund der oben genannten Gründe genauso langsam verschmutzt wie das Grobfilter 2 und sich für das Feinfilter 3 dieselben Wechselintervalle wie für das Grobfilter 2 ergeben.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Filtration flüssiger oder gasförmiger Medien, insbesondere Hydrauliköl, mit einem Grobfilter und einem dazu parallel geschalteten Feinfilter, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feinfilter (3) ein Stromregelventil (4, 30) vorge­ schaltet ist, das den Volumenstrom des flüssigen oder gasförmigen Mediums durch das Feinfilter (3) auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromregelventil ein Zwei-Wege-Stromregel­ ventil (4) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromregelventil ein Drei-Wege-Stromregel­ ventil (30) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwei-Wege-Stromregelventil (4) in das Feinfil­ ter (3) integriert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerteil (9) mit zwei Einlaßstutzen (11, 12) vorgesehen ist, wobei das Grobfilter (2) auf dem einen Einlaßstutzen (11) und das Feinfilter (3) auf dem an­ deren Einlaßstutzen (12) angeordnet ist, und daß das Zwei-Wege-Stromregelventil (4) in dem das Feinfilter (3) tragenden Einlaßstutzen (12) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem das Grobfilter (2) tragenden Einlaßstutzen (11) ein dem Grobfilter (2) zugeordnetes Bypass-Ventil (5) angeordnet ist.