DE60019931T2

DE60019931T2 - Filtervorrichtung zur mikrofiltration von öl

Info

Publication number: DE60019931T2
Application number: DE60019931T
Authority: DE
Inventors: Gerard Pierre NIEUWLAND
Original assignee: NTZ International Holding BV
Current assignee: NTZ International Holding BV
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: EP1198278A1; ES2241633T3; AU6322600A; BR0012769B1; MXPA02000905A; BR0012769A; CN1365297A; NL1012700C1; ATE294625T1; EP1198278B1; EP1198278B8; US6536600B1; JP2003505228A; WO2001007142A1; KR20020033742A; CN1224441C; DE60019931D1; KR100741333B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filtervorrichtung für die Mikrofiltration von Öl, wobei die Filtervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 steht.
Eine Filtervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus EP-A-678.318 bekannt. Diese Veröffentlichung offenbart eine rohrförmige Filterkassette (12), eine Filterkammer, die von einem Filtergehäuse umschlossen ist, erste und zweite Verschlusselemente (15, 16), von denen jedes eine Rippe (38), die in die Filterkassette eindringt, und Haltemittel, um die Filterkassette zwischen den ersten und zweiten Verschlusselementen unter Vorbelastung festzuklemmen, hat. Die Haltemittel von EP-A-678.318 umfassen einen Spannstab (21), der sich durch die Filterkassette (12) erstreckt und mit beiden Stirnverschlusselementen (15, 16) in Eingriff steht, um die Filterkassette dazwischen festzuklemmen.
Eine Filtervorrichtung von ähnlicher Art, aber ohne die Rippen, ist aus dem deutschen Patent DE-3.421.399 C2 bekannt. Die Konstruktion, die aus diesem Patent bekannt ist, verwendet eine Stellschraube, die die zwei Stirnverschlusselemente gegeneinander vorbelastet und somit die rohrförmige Filterkassette zwischen den Stirnverschlusselementen festklemmt.
Es sind außerdem weitere Entwürfe bekannt, beispielsweise Entwürfe, bei denen die Stirnwände des Filtergehäuses auch die Stirnverschlusselemente zum Verschließen der Stirnwände der Filterkassette sind, wobei in diesem Fall eine Stirnwand eine befestigte Stirnwand ist und die andere Stirnwand ein Schraubdeckel ist, der zum Austauschen der Filterkassette von dem Gehäuse abgeschraubt und dann wieder auf das Gehäuse aufgeschraubt werden kann. Als ein Ergebnis dessen, dass dieser Schraubdeckel in einem ausreichenden Ausmaß festgezogen wurde, ist die Filterkassette dann zwischen den Filtergehäuse-Stirnwänden, die als Stirnverschlusselemente dienen, festgeklemmt.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass bei Filtervorrichtungen dieser Art dennoch etwas Schmutz durchtreten kann. Der Anmelder hat herausgefunden, dass dieses "Lecken" geringfügigen Längenänderungen zuzuordnen ist, die die Filterkassette erfährt, wenn die Anlage, in die die Filtervorrichtung eingebaut ist, gestartet und gestoppt wird. Insbesondere hat der Anmelder das Folgende ermittelt:
Während eines Betriebs wird das Öl, das in dem Filter gereinigt werden soll, unter hohem Druck der Außenseite der Filterkassette zugeführt. Unter dem Einfluss des hohen Drucks läuft das Öl hierauf durch die Filterkassette, wobei bei dem Verfahren eine Verunreinigung entfernt wird. Bei Filterkassetten dieser Art werden im Allgemeinen papierartige Werkstoffe, filzartige Werkstoffe und auch Glasfaserwerkstoffe als der Filterwerkstoff verwendet, insbesondere für Mikrofilter. Wegen des hohen Drucks werden diese Filterkassetten oft an der Innenseite des Rohrs, wenn der äußere Druck höher als der innere Druck ist, oder an der Außenseite des Rohrs, wenn der innere Druck höher als der äußere Druck ist, unterstützt. Der relativ verformbare Filterwerkstoff wird dann unter dem Einfluss des hohen Drucks zusammengedrückt und verursacht dadurch, dass die Länge der Filterkassette geringfügig vergrößert wird. Wenn die Anlage, in die die Filterkassette eingebaut ist, dann angehalten wird und der Öldruck deswegen wieder auf einen niedrigen Druck oder auf null verringert wird, dehnt sich dieser Filterwerkstoff wieder in der Querrichtung aus und die Länge der Filterkassette nimmt geringfügig ab. Im Ergebnis wird in diesem Zustand ein schmaler Spalt zwischen der Stirnwand der Filterkassette und dem jeweiligen Stirnverschlusselement gebildet. Wenn die Anlage, in die die Filtervorrichtung eingebaut ist, dann wieder gestartet wird und das Öl mit dem Ergebnis, dass der Druck wieder ansteigt, wieder in Bewegung versetzt wird, gibt es zunächst einen Augenblick, bei dem eine Verunreinigung durch diesen Spalt von einer Seite des Filters zu der anderen Seite des Filters erzwungen wird. Obwohl diese Erscheinung nur vorübergehend ist, stellt sie dennoch einen nicht unerheblichen Nachteil der Filtervorrichtung dar, der mittel- bis langfristig zu einer Beschädigung der Anlage führt, in die die Filtervorrichtung eingebaut ist.
Da nun die Ursache dieses seit langem bestehenden Problems ermittelt wurde, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Filtervorrichtung des in der Einleitung erwähnten Typs zu schaffen, bei der ein "Lecken" durch den Spalt zwischen der Stirnwand der Filterkassette und einem zugehörigen Stirnverschlusselement verhindert oder zumindest verringert wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird das von dem Anmelder erkannte Problem durch Bereitstellen, einer Filtervorrichtung in Übereinstimmung mit Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung wird das von dem Anmelder erkannte Problem durch die Tatsache gelöst, dass wenigstens ein Stirnverschlusselement und vorzugsweise beide Stirnverschlusselemente auf seiner/ihrer Oberfläche, die der jeweiligen Stirnwand der Filterkassette zugewandt ist, mit wenigstens einer Rippe versehen ist/sind, die sich in transversaler Umfangsrichtung der Filterkassette erstreckt. Unter dem Einfluss der Haltemittel werden Rippen dieser Art in die Stirnwand der Filterkassette gedrückt und unterbrechen den Spalt, der sich gebildet haben kann, wenn die Filtervorrichtung zu arbeiten aufhört oder zumindest wenn der Öldruck beseitigt ist. Es ist klar, dass diese Maßnahme verhindert, dass eine Feinverunreinigung durch den Spalt gezwungen wird, wenn die Anlage gestartet wird. Da der Druck auf die Filterkassette fällt, wenn die Anlage gestoppt wird, neigt die Filterkassette darüber hinaus auch dazu, sich geringfügig in die Querrichtung auszudehnen, wobei es, wenn die Rippen bereits geringfügig von den Stirnwänden der Filterkassette zurückgezogen worden sind, in diesem Fall immer noch möglich ist, dass diese Rippen unter dem Einfluss der Längenverringerung der Filterkassetten anliegen. Es wird jedoch angemerkt, dass sich, falls die Rippe, die in die Stirnwand der Filterkassette gedrückt worden ist, geringfügig von der Stirnwand freikommt und falls der Filterwerkstoff nicht länger vollständig gegen die Rippe drückt, der Spalt, der gebildet wird, wenn der Öldruck beseitigt ist, in jedem Fall an der Stelle der Rippe um die Rippe wickelt und diese Tatsache allein erschwert, dass Schmutz durch den Spalt gedrückt wird.
Das Problem, das der Anmelder erkannt hat, wird ferner durch die Tatsache gelöst, dass die Haltemittel eine Feder aufweisen, die unter Vorbelastung auf eines der Stirnverschlusselemente in einer Weise wirkt, dass dieses Verschlusselement der Stirnwand, an die es angrenzt, folgt, falls sich die Filterkassette longitudinal ausdehnt und/oder longitudinal zusammenzieht. Es ist somit möglich sicherzustellen, dass die zwei Verschlusselemente jederzeit fortgesetzt auf eine abdichtende Weise unter der Wirkung der vorbelasteten Feder gegen die Stirnwände drücken.
Um den Spalt entlang der ganzen Stirnwand zu unterbrechen, ist es in Übereinstimmung mit der Erfindung vorteilhaft, wenn sich wenigstens eine Rippe ohne Unterbrechung und in Form eines ununterbrochenen Rings über diesem Stirnverschlusselement erstreckt.
Um zu ermöglichen, dass die Rippe relativ leicht in die Stirnwand der Filterkassette gedrückt werden kann, ist es in Übereinstimmung mit der Erfindung vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Rippe in einer spitzen Kante endet, die zu der jeweiligen Stirnwand der Filterkassette gerichtet ist. In diesem Fall ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die spitze Kante als eine scharfe Kante, sozusagen als eine Schneidkante, konstruiert ist.
Um sicherzustellen, dass sich die wenigstens eine Rippe jederzeit fortgesetzt ganz zu der Stirnwand der Filterkassette erstreckt, ist es in Übereinstimmung mit der Erfindung vorteilhaft, wenn die Höhe der wenigstens einen Rippe in der longitudinalen Richtung der Filterkassette größer als eine vorgegebene Längenänderung ist, die die Filterkassette bei einem vorgegebenen maximalen Betriebsdruck des Öls erfährt.
In Übereinstimmung mit einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Feder eine Druckfeder, die unter einer Druckvorbelastung zwischen einerseits der Seite des einen Stirnverschlusselements, das von der Filterkassette weggerichtet ist, und andererseits der Wand des Filtergehäuses aufgenommen ist.
In Übereinstimmung mit einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt in diesem Fall die Vorbelastung der Feder wenigstens 2942 N/m (3 kg/cm), vorzugsweise wenigstens 4903 N/m (5 kg/cm) und höchstens 8826 N/m (9 kg/cm), vorzugsweise höchstens 6865 N/m (7 kg/cm).
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Stirnverschlusselemente auf ihrer Seite, die der Filterkassette zugewandt ist, mit einem Dichtungsstopfen versehen sind, der in den Innenraum der Filterkassette dicht eingesetzt werden kann. Dies stellt einerseits sicher, dass die Filterkassette fest in der Kammer des Filtergehäuses sitzt und andererseits sorgt es sogar für eine weitere Dichtung zwischen der inneren Wand der Filterkassette und dem Dichtungsstopfen an der Stelle der offenen Enden.
In Übereinstimmung mit einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Filterkassette einen perforierten Wicklungskern, auf den Papier, insbesondere Filterpapier, gewickelt ist.
Im nachfolgenden Text wird die vorliegende Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform ausführlicher erläutert, die dargestellt ist in der Zeichnung, in der:
1 eine schematische Längsschnittansicht einer Filtervorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt; und
2 eine perspektivische Ansicht eines Stirnverschlusselements für eine Filtervorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt.
Die Filtervorrichtung 1 in Übereinstimmung mit der Erfindung umfasst ein Filtergehäuse, das aus einer Bodenplatte 2, einer oberen Platte 3 und einer zylinderförmigen Wand 4, die sich zwischen diesen beiden Platten befindet, gebildet ist. Die Bodenplatte 2 und die obere Platte 3 sind mittels Schrauben, die schematisch durch Achsen 5 dargestellt sind, an der zylinderförmigen Wand 4 befestigt. Um sicherzustellen, dass es eine Dichtung zwischen der Bodenplatte 2 und der zylinderförmigen Wand 4 sowie zwischen der oberen Platte 3 und der zylinderförmigen Wand 4 gibt, sind O-förmige Dichtungsringe 6 vorgesehen.
Im Inneren des Gehäuses gibt es ein erstes Stirnverschlusselement bzw. ein Boden-Stirnverschlusselement 8, das mit einer durchgebohrten Hohlschraube, die mit zwei Dichtungsringen versehen ist, an der Bodenplatte 2 fest angebracht ist und ein zweites Stirnverschlusselement bzw. oberes Stirnverschlusselement 9. Zwischen den Stirnverschlusselementen 8 und 9 befindet sich eine Filterkassette 10. Die Filterkassette 10 umfasst Filterpapier 11, das auf einen Wicklungskern 12 gewickelt ist und eine sehr große Anzahl dünner Papierschichten umfassen kann. Der Wicklungskern 12 ist mit Perforationen 13 versehen.
Über eine Zufuhröffnung 27 wird Öl bei hohem Druck zugeführt und läuft dann als ein Ergebnis eines Spalts 20 zwischen der Unterseite des Stirnverschlusselements 8 und einer Platte 2 in einen ersten Raum 7 der Filterkammer, der außerhalb der Filterkassette 10 liegt. Als ein Ergebnis des hohen Drucks wird hierauf dieses Öl in die radiale Richtung durch die gewickelten Schichten aus Filterpapier 11 von außen nach innen gedrückt, um den Innenraum der Filterkassette 10 durch die Perforationen 13 zu erreichen, wobei der Innenraum den zweiten Raum 21 der Filterkammer bildet, der innerhalb der Filterkassette liegt.
Von diesem zweiten Raum 21 kann das gefilterte Öl dann über ein Austrittsrohr 14 aus der Filtervorrichtung entnommen werden.
Um die Filterkassette 10 zwischen den Stirnverschlusselementen 8 und 9 mittig ausrichten zu können und um diese Stirnverschlusselemente 8 und 9 an der inneren Wand des Wicklungskerns 12 abdichten zu können, sind die Stirnverschlusselemente 8 und 9 mit Dichtungsstopfen 15 und 16 versehen, die in den Innenraum der Filterkassette 10 dicht eingesetzt werden können.
Die zwei Stirnverschlusselemente 8 und 9, die abgesehen von der Durchlassöffnung für das Austrittsrohr 14 in dem Verschlusselement 8 von im Wesentlichen der gleichen Konstruktion sind, haben jeweils drei Rippen 17, die in Richtung, der jeweiligen Stirnwand der Filterkassette vorstehen und sich ohne Unterbrechung in Form eines ununterbrochenen Rings über das jeweilige Stirnverschlusselement erstrecken. Wie in 1 zu sehen ist, sind diese Rippen 17 mit einer spitzen, sozusagen scharfen Kante konstruiert, die in die und zu der jeweiligen Stirnwand der Filterkassette gerichtet ist. Diese spitze Kante unterstützt ein Eindringen der Rippen 17 in den relativ weichen Filterwerkstoff.
Wenn sich ein schmaler radialer Spalt zwischen einem Stirnverschlusselement 8 und/oder 9 und der jeweiligen Stirnwand 18 des Filterwerkstoffs 11 bilden sollte, bilden die Rippen 17, die im Wesentlichen in die axiale Richtung vorstehen, ein Hindernis in dem radialen Spalt und erschweren somit, dass eine Verunreinigung durch den radialen Spalt tritt.
Ferner enthält das Filtergehäuse eine Druckfeder 19, die zwischen der oberen Platte 3 einerseits und dem oberen Stirnverschlusselement 9 andererseits wirkt und das Stirnverschlusselement 9 mit einer Vorbelastung von 5 bis 7 kg/cm gegen die obere Stirnwand 18 des Filterwerkstoffs 11 mit dem Ergebnis drückt, dass die Bodenstirnwand 18 dieses Filterwerkstoffs 11 gegen das Bodenverschlusselement 8 gedrückt wird. Es ist offensichtlich, dass die Dichtung, die durch die Verschlusselemente 8 und 9 vorgesehen ist, als ein Ergebnis der Feder 19 aufrechterhalten wird, wenn sich der Filterwerkstoff 11 hierauf in die axiale Richtung A ausdehnt oder zusammenzieht. Wenn eine vorbelastete Feder wie etwa die Druckfeder 19 verwendet wird, wird die Dichtungsfunktion der Stirnverschlusselemente 8 und 9 bei den Stirnwänden 18 des Filterwerkstoffs durch die Verwendung der Rippen 17 verbessert, die auch getrennt von einer vorbelasteten Feder dieser Art zur Verbesserung der Dichtung verwendet werden können.
Die Filterkassette kann durch Abschrauben der Schrauben oder Bolzen 5, mit denen die obere Platte 3 befestigt ist, und anschließendes Entfernen dieser oberen Platte 3 ausgetauscht werden.
Die Filtervorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung kann unter anderem als ein so genannter Seitenflussfilter in einer Ölfiltervorrichtung für Maschinen wie etwa Diesel-, Flüssiggas- oder Benzinmaschinen, Automatikgetriebe und Hydraulikanwendungen verwendet werden.

Claims

Filtervorrichtung (1) für die Mikrofiltration von Öl, insbesondere für die Verwendung in Motoren, Automatikgetrieben und Hydraulikanwendungen, wobei die Filtervorrichtung umfasst: – eine rohrförmige Filterkassette (10), durch die ein Medium in Querrichtung strömen kann und die mikroporös ist und offene Enden besitzt; – ein Filtergehäuse (2, 4), das eine Filterkammer (7, 21) umschließt, in der die Filterkassette (10) so aufgenommen ist oder aufgenommen werden kann, dass die Filterkammer (7) in einen ersten Raum (7), der außerhalb der Filterkassette (10) liegt, und einen zweiten Raum (21), der innerhalb der Filterkassette (10) liegt, unterteilt wird, wobei die Räume (7, 21) über die als Filter wirkende rohrförmige Wand der Filterkassette miteinander in Verbindung stehen; wobei das Filtergehäuse (2, 4) mit einem ersten Stirnverschlusselement (8) und einem zweiten Stirnverschlusselement (9) versehen ist; und das Filtergehäuse mit Haltemitteln (19) versehen ist, um die Filterkassette (10) zwischen den Stirnverschlusselementen (8, 9) unter Vorbelastung festzuklemmen, wobei wenigstens eines der beiden Stirnverschlusselemente (8, 9) auf seiner Oberfläche, die der jeweiligen Stirnwand (18) der Filterkassette (10) zugewandt ist, mit wenigstens einer Rippe (17) versehen sind, die sich in transversaler Umfangsrichtung der Filterkassette ohne Unterbrechung und in Form eines ununterbrochenen Rings über diesem Stirnverschlusselement erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverschlusselemente (8, 9) die offenen Enden der Filterkassette (10) verschließen und mit den Stirnwänden (18) der Filterkassette (10) überlappen und dass die Haltemittel (19) eine Feder aufweisen, die unter Vorbelastung auf eines der Stirnverschlusselemente (8, 9) in der Weise wirkt, dass dieses Verschlusselement (8, 9) der Stirnwand (18), an die es angrenzt, folgt, falls sich die Filterkassette (10) longitudinal ausdehnt und/oder longitudinal zusammenzieht.
Filtervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette einen perforierten Wicklungskern umfasst, auf den Papier, insbesondere Filterpapier, gewickelt ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (17) in einem ebenen angrenzenden Bereich vorgesehen ist.
Filtervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rippe (17) in einer spitzen Kante endet, die zu der jeweiligen Stirnwand (18) der Filterkassette (10) gerichtet ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (19) eine Druckfeder ist, die unter einer Druckvorbelastung zwischen einerseits der Seite des einen Stirnverschlusselements (8, 9), das von der Filterkassette (10) weggerichtet ist, und andererseits der Wand (3) des Filtergehäuses aufgenommen ist.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbelastung der Feder (19) wenigstens 2942 N/m (3 kg/cm), vorzugsweise wenigstens 4903 N/m (5 kg/cm) und höchstens 8826 N/m (9 kg/cm), vorzugsweise höchstens 6865 N/m (7 kg/cm) beträgt.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverschlusselemente (8, 9) auf ihrer Seite, die der Filterkassette (10) zugewandt ist, mit einem Dichtungsstopfen (15) versehen sind, der in den Innenraum der Filterkassette dicht eingesetzt werden kann.
Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stirnverschlusselemente (8, 9) auf ihrer Oberfläche, die der jeweiligen Stirnwand (18) der Filterkassette (10) zugewandt ist, mit wenigstens einer Rippe (17) versehen sind, die sich in transversaler Umfangsrichtung der Filterkassette ohne Unterbrechung und in Form eines ununterbrochenen Rings über diesem Stirnverschlusselement erstreckt.
Motor, insbesondere Dieselmotor, Automatikgetriebe oder Hydraulikanwendung, die mit einer Filtervorrichtung nach einem der Anspruche 1–8 versehen ist.
Hydrauliksystem, das mit einer Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8 versehen ist.