EP2572177A1 - Differenzdruckmessvorrichtung und verschmutzungsgrad-überwachungseinrichtung sowie filtereinrichtung - Google Patents

Differenzdruckmessvorrichtung und verschmutzungsgrad-überwachungseinrichtung sowie filtereinrichtung

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EP2572177A1
EP2572177A1 EP11721027A EP11721027A EP2572177A1 EP 2572177 A1 EP2572177 A1 EP 2572177A1 EP 11721027 A EP11721027 A EP 11721027A EP 11721027 A EP11721027 A EP 11721027A EP 2572177 A1 EP2572177 A1 EP 2572177A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
piston
measuring device
chamber
differential pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11721027A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Gröner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2572177A1 publication Critical patent/EP2572177A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0089—Transmitting or indicating the displacement of pistons by electrical, electromechanical, magnetic or electromagnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/16—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of pistons
    • G01L7/163—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of pistons construction or mounting of pistons

Definitions

  • the present invention relates to a differential pressure measuring device, in particular for a pollution degree monitoring device of a filter device.
  • the invention also relates to a contamination degree monitoring device for a filter device equipped with such a differential pressure measuring device.
  • the present invention relates to a filter device, in particular for filtering liquids, which is equipped with such a pollution degree monitoring device or differential pressure measuring device.
  • a filter device with the aid of which impurities are filtered out of a fluid, usually comprises a filter element which separates a raw side in a filter housing from a clean side.
  • the filtered-out impurities can collect on the filter element on the raw side, which leads to contamination of the filter element.
  • contamination With increasing contamination and the flow resistance of the filter element and thus the pressure load of the filter element increases.
  • the pressure difference between the raw side and the clean side can be used to monitor the degree of contamination.
  • a pressure sensor on the raw side and on the clean side, which measures the absolute pressures on the raw side and on the clean side.
  • the pressure prevailing between the raw side and the clean side differential pressure can then be determined.
  • Pressure sensors have a measuring tolerance, which can usually be ⁇ 1%.
  • the measured pressures then have an inaccuracy of ⁇ 2 bar.
  • the tolerances can add up so that the measured differential pressure can have deviations of ⁇ 4 bar.
  • measurement errors of ⁇ 20% must be accepted in this approach.
  • the tolerable differential pressure must be reduced accordingly, which ultimately leads to premature maintenance intervals and unnecessary downtime of the system.
  • the present invention is concerned with the problem of providing an improved embodiment for a filter device or for an associated contamination degree monitoring device or for a differential pressure measuring device, which is characterized in particular by an increased measuring accuracy.
  • the invention is based on the general idea of applying a pressure sensor only to the differential pressure so that the pressure sensor can directly measure the comparatively small pressure difference independently of the respective pressure level. This makes it possible in particular to use a matched to the tolerable differential pressure pressure sensor.
  • the pressure sensor can be designed for a pressure range up to 20 bar, with its measuring accuracy again at 1%, so that measurement errors of ⁇ 0.2 bar can occur. Since only one sensor is required, there is no duplication of the measurement tolerances. Ultimately, the pressure difference can be determined with comparatively high accuracy.
  • the advantage with regard to the improved measuring accuracy is obvious.
  • the working pressure can be about 200 bar, while the tolerable differential pressure at the filter element is about 5 bar.
  • the measuring accuracy alone is of the same order of magnitude as the differential pressure variable to be measured.
  • this can be designed for the measured 5 bar, so that its measurement tolerance is ⁇ 0.05 bar.
  • the use of a single pressure sensor is made possible in that the differential pressure measuring device is equipped with a piston which is arranged in a cylinder adjustable in stroke and in this cylinder separates a first pressure chamber from a second pressure chamber.
  • the piston actuates the pressure sensor via a piston rod.
  • This piston and cylinder are coordinated so that the piston on the push rod only between the two pressure chambers prevailing pressure difference can be transferred to the pressure sensor.
  • the large absolute pressures cancel each other except for the pressure difference to be measured, so that acts as a resultant force on the piston only the pressure difference to be measured and exerts a corresponding adjusting force on the piston, which transmits the piston via the piston rod to the pressure sensor ,
  • the piston has a first piston surface exposed to the first pressure chamber and a second piston surface exposed to the second pressure chamber.
  • the first piston surface and the second piston surface are equal within the scope of manufacturing tolerances. This ensures that compensate for the high pressures in the two opposite pressure chambers on the piston largely by the geometry selected, so that ultimately only the pressure difference acts as a resultant force on the piston.
  • the piston in addition to the piston rod cooperating with the pressure sensor, the piston may have a second piston rod which is led out of the cylinder through the second pressure chamber.
  • This measure makes it easier to form the two hydraulically active, oppositely acting piston surfaces of equal size.
  • the two piston surfaces are then formed by annular surfaces which extend coaxially with the respective piston rod.
  • the two piston rods have the same cross-sections, which also makes it easier to dimension the two hydraulically active piston surfaces of equal size.
  • the second piston rod can dive outside the cylinder into a chamber which is fluidically connected to a a surface portion of the pressure sensor is connected, with which the first piston rod cooperates.
  • an embodiment is expedient in which the chamber cooperating with the second piston rod is fluidically connected to the surface section of the pressure sensor through the two piston rods and through the piston.
  • the first piston rod in an initial state, in which the same pressure prevails in the two pressure chambers bear powerless or depressurized at the pressure sensor. Accordingly, a loose contact between the piston rod and pressure sensor is preferred.
  • the piston rod can also be firmly connected to the pressure sensor.
  • FIGURE 1 shows a circuit diagram-like schematic representation of a filter device with a contamination degree monitoring device which operates with a differential pressure measuring device shown in half section.
  • a filter device 1 comprises a filter housing 2, in which a filter element 3 separates a raw side 4 from a clean side 5.
  • the filter device 1 can be used for filtering out liquid or solid impurities from a gaseous or liquid fluid.
  • the filter device 1 is preferably used for filtering liquids and can be used in hydraulic systems.
  • the filter device 1 may be used in a coolant lubricating system for cleaning the coolant lubricant.
  • the filter device 1 is equipped with a pollution degree monitoring device 6, which has a differential pressure measuring device 7.
  • the contamination degree monitoring device 6 serves to monitor the degree of soiling of the filter element 3 of the filter device 1. Since the degree of contamination of the filter element 3 correlates with a flow resistance of the filter element 3 and since this flow resistance correlates with an adjusting during operation of the filter device 1 between the raw side 4 and clean side 5 pressure difference, the pollution degree monitoring device 6 operates with the differential pressure measuring device 7.
  • This has exactly one Pressure sensor 8 on. It basically works with only one pressure sensor 8. For redundancy, however, two or more pressure sensors 8 may be provided.
  • the contamination degree monitoring device 6 is also equipped with an evaluation device 9 which is suitably coupled to the pressure sensor 8, for example via a signal line 10.
  • the evaluation device 9 is coupled to a display device 1 1, which signals the measured by means of the pressure sensor 8 differential pressure or the correlated degree of contamination.
  • the evaluation device 9 can determine a degree of contamination for the filter element 3 as a function of the differential pressure which it receives from the pressure sensor 8. If the determined degree of contamination exceeds a predetermined limit value, a corresponding warning signal can be emitted via the display device 11.
  • the differential pressure measuring device 7 has a cylinder 12 and a piston 13, which is arranged in the cylinder 12 adjustable in stroke. Furthermore, the piston 13 in the cylinder 12 separates a first pressure chamber 14 from a second pressure chamber 15. The piston 13 has a fixedly connected first piston rod 16, which is guided through the first pressure chamber 14 and out of the cylinder 12. The first piston rod 16 cooperates with the pressure sensor 8 outside the cylinder 12, so that the pressure sensor 8 can measure the pressure force with which the first piston rod 16 presses against the pressure sensor 8.
  • the piston 13 has a first piston surface 17 and a second piston surface 18, which are selected to be the same size.
  • the first piston surface 17 faces or is exposed to the first pressure chamber 14, while the second piston surface 18 faces or is exposed to the second pressure chamber 15. Accordingly, act on the two piston surfaces 17, 18 oppositely oriented compressive forces on the piston 13, whereby the piston 13 only the pressure difference between the two pressure chambers 14, 15 representing resultant force acts, the piston 13 and thus the first piston rod 16 against the Pressure sensor 8 drives.
  • the piston 13 is expediently firmly connected to a second piston rod 19, which is guided out of the cylinder 12 through the second pressure chamber 15.
  • the two piston rods 16, 19 are thus formed at two opposite ends of the piston 13.
  • the two piston rods 16, 19 are arranged coaxially with the piston 13, so that the two piston surfaces 17, 18 surround the respective piston rod 16, 19 in an annular manner and are formed by annular surfaces.
  • the size of the piston surfaces 17, 18 results from the cross section 21 of the cylinder 12 minus the cross section 20 of the respective piston rod 16, 19.
  • the respective piston rod 16, 19 is preferably integrally formed on the piston 13.
  • the second piston rod 19 dives outside of the cylinder 12 into a chamber 22.
  • This chamber 22 is fluidly connected to a surface portion 23 of the pressure sensor 8.
  • the surface section 23 is the surface section 23 cooperating with the first piston rod 16 for pressure measurement.
  • the fluidic coupling of the chamber 22 to the surface section 23 causes the same pressure in the region of the axial ends of the two piston rods 16, 19, so that only the pressure difference acting on the piston surfaces 17, 18 drives the piston 13.
  • the two piston rods 16, 19 configured as a hollow rods and the piston 13 as a hollow piston. Accordingly, the chamber 22 can communicate fluidically with the surface portion 23 of the pressure sensor 8 through the two piston rods 16, 19 and through the piston 13.
  • this seal 24 may be designed as a surface seal that works with a throttle sealing gap. Such a surface seal can for example be generated by two mating mating surfaces.
  • this seal 25 may be suitably configured as a surface seal, which is realized by means of mating surfaces and works with a throttle sealing gap.
  • the first piston rod 16 may, in an initial state, which is present when the same pressure prevails in the two pressure chambers 14, 15, for example when the filter device 1 is switched off, come into contact with the pressure sensor 8.
  • This system can be loose, namely powerless or depressurized.
  • the differential pressure measuring device 7 may also be equipped with a housing 27, wherein the housing 27, the cylinder 12, a fluidically connected to the first pressure chamber 14 first pressure connection 28 and a fluidically connected to the second pressure chamber 15 second pressure port 29 has.
  • the housing 27 includes a receiving space 30 for receiving the pressure sensor 8.
  • This receiving space 30 can be closed with a screw cap 31, whereby at the same time a Fixing position and bias of the pressure sensor 8 in the housing 27 can be realized.
  • the electrical contact between the pressure sensor 8 and the evaluation device 9 can take place through the closure 31.
  • the chamber 22 is formed in the housing 27, in a lid 32 which is inserted into the cylinder 12.
  • the second pressure port 29 is formed in the lid 32 in the example shown here.
  • the first pressure port 28 is connected to the clean side 5 of the filter housing 2, so that the first pressure chamber 14 receives the operation of the filter device 1, the pure-side pressure.
  • the second pressure port 29 is connected to the raw side 4 of the filter housing 2, so that the second pressure chamber 15 receives the raw-side pressure during operation of the filter device 1.
  • the differential pressure measuring device 7 presented here operates as follows:
  • a raw-side, dirt-laden inlet flow 33 is fed to the raw side 4.
  • the pressure level at which the inflow 33 and the outflow 34 are located is comparatively high and may be, for example, about 200 bar.
  • the higher raw-side pressure also prevails in the second pressure chamber 15, while the lower pure-side pressure also prevails in the first pressure chamber 14. Since the two piston surfaces 17, 18 are the same size, the piston 13 ultimately produces a resultant force, which corresponds only to the pressure difference between the raw side 4 and the clean side 5. This resultant force drives the piston 13 in the direction of the pressure sensor 8.
  • the piston 13 is supported on the pressure sensor 8 via the first piston rod 16, so that the resulting pressure force of the piston 13 is introduced into the pressure sensor 8 via the first piston rod 16.
  • the pressure difference between see raw side 4 and clean side 5 have a maximum of 20 bar or a maximum of 5 bar, to avoid a shortage of the respective system or to damage the filter element 3.
  • the pressure sensor 8 must be designed for measuring absolute pressures up to 20 bar or up to 5 bar. With a typical measuring accuracy of pressure sensors 8, which is about 1% of the pressure range for which the pressure sensor 8 is designed, this results in a design for 20 bar to measurement errors in the range of ⁇ 0.2 bar and a design for 5 bar to measurement errors in the range of ⁇ 0.05 bar.
  • the presented differential pressure measuring device 7 thus works very accurately, although the pressure difference between two pressures must be measured, which are themselves at a relatively high pressure level.
  • the evaluation device 9 determines from the measurement signals of the pressure sensor 8 the measured pressure difference or a degree of contamination correlated therewith for the filter element 3. As soon as an impermissibly high differential pressure or an inadmissibly high degree of contamination is determined, a corresponding warning message can be given via the signal device 11. Likewise, in principle, an emergency shutdown of the system is conceivable. However, then cascading measures are preferred, which trigger different measures at successive limits for the pressure difference and for the degree of contamination.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzdruckmessvorrichtung (7), insbesondere für eine Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung (6) einer Filtereinrichtung (1). Zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit umfasst die Differenzdruckmessvorrichtung (7) einen Kolben (13), der in einem Zylinder (12) hubverstellbar angeordnet ist und im Zylinder (12) einen ersten Druckraum (14) von einem zweiten Druckraum (15) trennt,eine erste Kolbenstange (16), die fest mit dem Kolben (13) verbunden ist und die durch den ersten Druckraum (14) hindurch aus dem Zylinder (12) herausgeführt ist, und einen Drucksensor (8), der außerhalb des Zylinders (12) mit der ersten Kolbenstange (16) zum Messen einer Druckkraft, mit welcher die erste Kolbenstange (16) gegen den Drucksensor (8) drückt, zusammenwirkt.

Description

Differenzdruckmessvorrichtung und Verschmutzungsgrad- Überwachungseinrichtung sowie Filtereinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzdruckmessvorrichtung, insbesondere für eine Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung einer Filtereinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer solchen Differenzdruckmessvorrichtung ausgestattete Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung für eine Filtereinrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Filtereinrichtung, insbesondere zum Filtern von Flüssigkeiten, die mit einer derartigen Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung bzw. Differenzdruckmessvorrichtung ausgestattet ist.
Eine Filtereinrichtung, mit deren Hilfe Verunreinigungen aus einem Fluid herausgefiltert werden, umfasst üblicherweise ein Filterelement, das in einem Filtergehäuse eine Rohseite von einer Reinseite trennt. Während des Filtrierbetriebs können sich am Filterelement rohseitig die herausgefilterten Verunreinigungen anlagern, was zu einer Verschmutzung des Filterelements führt. Mit zunehmender Verschmutzung nimmt auch der Durchströmungswiderstand des Filterelements und somit die Druckbelastung des Filterelements zu. Um die Gefahr einer Beschädigung des Filterelements sowie die Gefahr eines zu kleinen Fluidstroms in einem mit der Filtereinrichtung ausgestatteten System zu reduzieren, ist es zweckmäßig, den Verschmutzungsgrad des Filterelements zu überwachen. Ü- bersteigt die Verschmutzung einen vorbestimmten Verschmutzungsgrad, muss das Filterelement gereinigt bzw. ausgewechselt werden.
Da der Verschmutzungsgrad des Filterelements mit dem Durchströmungswiderstand korreliert, kann zur Überwachung des Verschmutzungsgrads die Druckdifferenz zwischen Rohseite und Reinseite herangezogen werden. Hierzu ist es grundsätzlich möglich, rohseitig und reinseitig je einen Drucksensor anzuordnen, der die absoluten Drücke an der Rohseite und an der Reinseite misst. Mittels einer entsprechenden Auswerteeinrichtung kann dann der zwischen Rohseite und Reinseite herrschende Differenzdruck ermittelt werden. Bei einer derartigen Vorgehensweise ergeben sich für den Fall Probleme, dass die Filtereinrichtung bzw. das damit ausgestattete System auf einem relativ hohen Druckniveau arbeitet und die tolerierbare Druckdifferenz im Vergleich zu diesem Arbeitsdruckniveau vergleichsweise gering ist. Drucksensoren besitzen eine Messtoleranz, die üblicherweise bei ± 1 % liegen kann. Bei einem hohen Druckniveau, das beispielsweise bei 200 bar liegen kann, besitzen die gemessenen Drücke dann eine Un- genauigkeit von ± 2 bar. Wenn zur Differenzdruckmessung sowohl an der Rohseite als auch an der Reinseite je ein solcher Absolutdrucksensor verwendet wird, können sich die Toleranzen addieren, so dass der gemessene Differenzdruck Abweichungen von ± 4 bar aufweisen kann. Wenn ferner nur ein im Vergleich zum Druckniveau kleiner Differenzdruck, von beispielsweise 20 bar tolerierbar ist, müssen bei dieser Vorgehensweise Messfehler von ± 20% in Kauf genommen werden. Um bei derartigen Messungenauigkeiten ein Versagen der Filtereinrichtung ausschließen zu können, muss der tolerierbare Differenzdruck entsprechend herabgesetzt werden, was letztlich zu verfrühten Wartungsintervallen und zu unnötigen Stillstandszeiten des Systems führt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Filtereinrichtung bzw. für eine zugehörige Verschmutzungsgrad- Überwachungseinrichtung bzw. für eine Differenzdruckmessvorrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Messgenauigkeit auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Drucksensor nur mit dem Differenzdruck zu beaufschlagen, so dass der Drucksensor direkt die vergleichsweise kleine Druckdifferenz unabhängig vom jeweiligen Druckniveau messen kann. Hierdurch ist es insbesondere möglich, einen auf den tolerierbaren Differenzdruck abgestimmten Drucksensor zu verwenden. Mit Bezug auf das weiter oben angeführte Zahlenbeispiel kann der Drucksensor für einen Druckbereich bis 20 bar ausgelegt sein, wobei seine Messgenauigkeit wieder bei 1 % liegt, so dass Messfehler von ± 0,2 bar auftreten können. Da nur ein Sensor erforderlich ist, ergibt sich hier auch keine Verdopplung der Messtoleranzen. Letztlich kann die Druckdifferenz mit vergleichsweise hoher Genauigkeit ermittelt werden. Im Vergleich zum eingangs beschriebenen Beispiel ist der Vorteil im Hinblick auf die verbesserte Messgenauigkeit offensichtlich. Je kleiner die tolerierbare Druckdifferenz zwischen Rohseite und Reinseite ist, desto stärker wirkt sich der Vorteil der hier vorgestellten Erfindung aus. Bei verschiedenen Hydrauliksystemen kann beispielsweise der Arbeitsdruck bei etwa 200 bar liegen, während der am Filterelement tolerierbare Differenzdruck bei etwa 5 bar liegt. Bei der Verwendung von zwei Absolutdrucksensoren, welche jeweils bis 200 bar messen können, liegt alleine schon die Messgenauigkeit in der gleichen Größenordnung wie die zu messende Differenzdruckgröße. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Differenzdrucksensors kann dieser auf die zu messenden 5 bar ausgelegt werden, so dass seine Messtoleranz bei ± 0,05 bar liegt.
Erfindungsgemäß wird die Verwendung eines einzelnen Drucksensors dadurch ermöglicht, dass die Differenzdruckmessvorrichtung mit einem Kolben ausgestattet ist, der in einem Zylinder hubverstellbar angeordnet ist und in diesem Zylinder einen ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum trennt. Der Kolben betätigt über eine Kolbenstange den Drucksensor. Dabei sind Kolben und Zylinder so aufeinander abgestimmt, dass der Kolben über die Druckstange nur die zwischen den beiden Druckräumen herrschende Druckdifferenz auf den Drucksensor übertragen kann. Durch diese Bauweise heben sich die großen Absolutdrücke bis auf die zu messende Druckdifferenz gegenseitig auf, so dass als resultierende Kraft am Kolben nur noch die zu messende Druckdifferenz angreift und eine entsprechende Verstellkraft auf den Kolben ausübt, die der Kolben über die Kolbenstange auf den Drucksensor überträgt.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt der Kolben eine dem ersten Druckraum ausgesetzte erste Kolbenfläche sowie eine dem zweiten Druckraum ausgesetzte zweite Kolbenfläche. Die erste Kolbenfläche und die zweite Kolbenfläche sind im Rahmen von Herstellungstoleranzen gleich groß. Hierdurch wird erreicht, dass sich allein durch die gewählte Geometrie die hohen Drücke in den beiden gegenüberliegenden Druckräumen am Kolben weitgehend ausgleichen, so dass am Kolben letztlich nur die Druckdifferenz als resultierende Kraft angreift.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Kolben zusätzlich zu der mit dem Drucksensor zusammenwirkenden ersten Kolbenstange eine zweite Kolbenstange aufweisen, die durch den zweiten Druckraum hindurch aus dem Zylinder herausgeführt ist. Diese Maßnahme vereinfacht es, die beiden hydraulisch aktiven, entgegengesetzt wirkenden Kolbenflächen gleich groß auszubilden. Die beiden Kolbenflächen sind dann durch Ringflächen gebildet, welche sich koaxial zur jeweiligen Kolbenstange erstrecken. Zweckmäßig besitzen die beiden Kolbenstangen gleiche Querschnitte, was es ebenfalls vereinfacht, die beiden hydraulisch aktiven Kolbenflächen gleich groß zu dimensionieren.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die zweite Kolbenstange außerhalb des Zylinders in eine Kammer eintauchen, die fluidisch mit ei- nem Oberflächenabschnitt des Drucksensors verbunden ist, mit dem die erste Kolbenstange zusammenwirkt. Hierdurch wird ein Druckausgleich und somit ein Kräfteausgleich zwischen den Stirnflächen der beiden Kolbenstangen weitgehend erreicht, so dass letztlich nur die am Kolben wirkende Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen den Kolben gegen den Drucksensor antreibt.
Zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die mit der zweiten Kolbenstange zusammenwirkende Kammer durch die beiden Kolbenstangen hindurch sowie durch den Kolben hindurch mit dem Oberflächenabschnitt des Drucksensors fluidisch verbunden ist. Durch diese Maßnahme lässt sich die fluidische Kopplung zwischen dem Drucksensor und der Kammer besonders einfach realisieren.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die erste Kolbenstange in einem Ausgangszustand, in dem in den beiden Druckräumen der gleiche Druck herrscht, am Drucksensor kraftlos oder drucklos anliegen. Demnach ist eine lose Kontaktierung zwischen Kolbenstange und Drucksensor bevorzugt. Grundsätzlich kann die Kolbenstange auch fest mit dem Drucksensor verbunden sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur 1 zeigt eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Filtereinrichtung mit einer Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung, die mit einer im Halbschnitt dargestellten Differenzdruckmessvorrichtung arbeitet.
Entsprechend Figur 1 umfasst eine Filtereinrichtung 1 ein Filtergehäuse 2, in dem ein Filterelement 3 eine Rohseite 4 von einer Reinseite 5 trennt. Grundsätzlich kann die Filtereinrichtung 1 zum Herausfiltern von flüssigen oder festen Verunreinigungen aus einem gasförmigen oder flüssigen Fluid verwendet werden. Die Filtereinrichtung 1 dient bevorzugt zum Filtern von Flüssigkeiten und kann in Hydrauliksystemen zur Anwendung kommen. Beispielsweise kann die Filtereinrichtung 1 bei einem Kühl -Schmierstoff-System zum Reinigen des Kühl- Schmierstoffs verwendet werden.
Die Filtereinrichtung 1 ist mit einer Verschmutzungsgrad- Überwachungseinrichtung 6 ausgestattet, die eine Differenzdruckmessvorrichtung 7 aufweist. Die Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung 6 dient zur Überwachung des Verschmutzungsgrads des Filterelements 3 der Filtereinrichtung 1 . Da der Verschmutzungsgrad des Filterelements 3 mit einem Durchströmungswiderstand des Filterelements 3 korreliert und da dieser Durchströmungswiderstand mit einem sich im Betrieb der Filtereinrichtung 1 zwischen Rohseite 4 und Reinseite 5 einstellenden Druckdifferenz korreliert, arbeitet die Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung 6 mit der Differenzdruckmessvorrichtung 7. Diese weist genau einen Drucksensor 8 auf. Sie kommt grundsätzlich mit nur einem Drucksensor 8 aus. Zur Redundanz können jedoch auch zwei oder mehr Drucksensoren 8 vorgesehen sein. Die Verschmutzungsgrad- Überwachungseinrichtung 6 ist außerdem mit einer Auswerteeinrichtung 9 aus- gestattet, die auf geeignete Weise, zum Beispiel über eine Signalleitung 10, mit dem Drucksensor 8 gekoppelt ist. Ferner ist die Auswerteeinrichtung 9 mit einer Anzeigeeinrichtung 1 1 gekoppelt, die den mit Hilfe des Drucksensors 8 gemessenen Differenzdruck bzw. den damit korrelierten Verschmutzungsgrad signalisiert. Die Auswerteeinrichtung 9 kann abhängig vom Differenzdruck, den sie vom Drucksensor 8 erhält, einen Verschmutzungsgrad für das Filterelement 3 ermitteln. Übersteigt der ermittelte Verschmutzungsgrad einen vorbestimmten Grenzwert, kann über die Anzeigeeinrichtung 1 1 ein entsprechendes Warnsignal abgegeben werden.
Die Differenzdruckmessvorrichtung 7 besitzt einen Zylinder 12 sowie einen Kolben 13, der im Zylinder 12 hubverstellbar angeordnet ist. Ferner trennt der Kolben 13 im Zylinder 12 einen ersten Druckraum 14 von einem zweiten Druckraum 15. Mit dem Kolben 13 ist eine erste Kolbenstange 16 fest verbunden, die durch den ersten Druckraum 14 hindurch und aus dem Zylinder 12 herausgeführt ist. Die erste Kolbenstange 16 wirkt außerhalb des Zylinders 12 mit dem Drucksensor 8 zusammen, so dass der Drucksensor 8 die Druckkraft, mit welcher die erste Kolbenstange 16 gegen den Drucksensor 8 drückt, messen kann.
Der Kolben 13 weist eine erste Kolbenfläche 17 und eine zweite Kolbenfläche 18 auf, die gleich groß gewählt sind. Die erste Kolbenfläche 17 ist dem ersten Druckraum 14 zugewandt bzw. ausgesetzt, während die zweite Kolbenfläche 18 dem zweiten Druckraum 15 zugewandt bzw. ausgesetzt ist. Dementsprechend wirken an den beiden Kolbenflächen 17, 18 entgegengesetzt orientierte Druckkräfte auf den Kolben 13 ein, wodurch am Kolben 13 nur eine die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen 14, 15 repräsentierende resultierende Kraft angreift, die den Kolben 13 und somit die erste Kolbenstange 16 gegen den Drucksensor 8 antreibt. Damit die beiden Kolbenflächen 17, 18 besonders einfach gleich groß ausgestaltet werden können, ist der Kolben 13 zweckmäßig mit einer zweiten Kolbenstange 19 fest verbunden, die durch den zweiten Druckraum 15 hindurch aus dem Zylinder 12 herausgeführt ist. Die beiden Kolbenstangen 16, 19 sind somit an zwei sich gegenüberliegenden Enden des Kolbens 13 ausgebildet. Zweckmäßig besitzen beide Kolbenstangen 16, 19 gleiche Querschnitte 20. Die beiden Kolbenstangen 16, 19 sind koaxial zum Kolben 13 angeordnet, so dass die beiden Kolbenflächen 17, 18 die jeweilige Kolbenstange 16, 19 ringförmig umschließen und durch Ringflächen gebildet sind. Die Größe der Kolbenflächen 17, 18 ergibt sich durch den Querschnitt 21 des Zylinders 12 abzüglich des Querschnitts 20 der jeweiligen Kolbenstange 16, 19. Die jeweilige Kolbenstange 16, 19 ist vorzugsweise am Kolben 13 integral ausgeformt.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform taucht die zweite Kolbenstange 19 außerhalb des Zylinders 12 in eine Kammer 22 ein. Diese Kammer 22 ist mit einem Oberflächenabschnitt 23 des Drucksensors 8 fluidisch verbunden. Bei dem Oberflächenabschnitt 23 handelt es sich um den zur Druckmessung mit der ersten Kolbenstange 16 zusammenwirkenden Oberflächenabschnitt 23. Durch die fluidische Kopplung der Kammer 22 mit dem Oberflächenabschnitt 23 herrscht im Bereich der axialen Enden der beiden Kolbenstangen 16, 19 der gleiche Druck, so dass nur die an den Kolbenflächen 17, 18 angreifende Druckdifferenz den Kolben 13 antreibt. Zur fluidischen Kopplung der Kammer 22 mit dem Oberflächenabschnitt 23 des Drucksensors 8 sind die beiden Kolbenstangen 16, 19 als Hohlstangen und der Kolben 13 als Hohlkolben ausgestaltet. Dementsprechend kann die Kammer 22 durch die beiden Kolbenstangen 16, 19 und durch den Kolben 13 hindurch mit dem Oberflächenabschnitt 23 des Drucksensors 8 fluidisch kommunizieren. Zwischen der Kammer 22 und dem zweiten Druckraum 15 kann eine mit der zweiten Kolbenstange 19 zusammenwirkende Dichtung 24 vorgesehen sein. Insbesondere kann diese Dichtung 24 als Flächendichtung konzipiert sein, die mit einem Drosseldichtspalt arbeitet. Eine derartige Flächendichtung kann beispielsweise durch zwei miteinander zusammenwirkende Passflächen erzeugt werden. Zusätzlich kann zweckmäßig auch zwischen dem Drucksensor 8 und dem ersten Druckraum 14 zumindest eine Dichtung 25 vorgesehen sein, die mit der ersten Kolbenstange 16 zusammenwirkt. Auch hier kann diese Dichtung 25 zweckmäßig als Flächendichtung ausgestaltet sein, die mittels Passflächen realisiert ist und mit einem Drosseldichtspalt arbeitet. Durch die beiden Dichtungen 24, 25 kann das gegebenenfalls hohe Druckniveau der beiden Druckräume 14, 15 nicht oder nur stark gedrosselt in die Kammer 22 und zum Oberflächenabschnitt 23 gelangen. Folglich kann eine durch die ringförmige Anlage 26 zwischen erster Kolbenstange 16 und Drucksensor 8 entstehende Druckdifferenz nur einen kleinen Wert annehmen, der für die Messung der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckräumen 14, 15 im Wesentlichen unbeachtlich ist.
Die erste Kolbenstange 16 kann in einem Ausgangszustand, der dann vorliegt, wenn in den beiden Druckräumen 14, 15, zum Beispiel bei ausgeschalteter Filtereinrichtung 1 , der gleiche Druck herrscht, am Drucksensor 8 zur Anlage kommen. Diese Anlage kann dabei lose, und zwar kraftlos bzw. drucklos erfolgen.
Zur Realisierung der Differenzdruckmessvorrichtung 7 kann diese außerdem mit einem Gehäuse 27 ausgestattet sein, wobei das Gehäuse 27 den Zylinder 12, einen mit dem ersten Druckraum 14 fluidisch verbundenen ersten Druckan- schluss 28 und einen mit dem zweiten Druckraum 15 fluidisch verbundenen zweiten Druckanschluss 29 aufweist. Ferner enthält das Gehäuse 27 einen Aufnahmeraum 30 zur Aufnahme des Drucksensors 8. Dieser Aufnahmeraum 30 kann mit einem Schraubverschluss 31 verschlossen werden, wodurch gleichzeitig eine Lagefixierung und Vorspannung des Drucksensors 8 im Gehäuse 27 realisiert werden kann. Durch den Verschluss 31 hindurch kann die elektrische Kontaktie- rung zwischen Drucksensor 8 und Auswerteeinrichtung 9 erfolgen. Auch die Kammer 22 ist im Gehäuse 27 ausgebildet, und zwar in einem Deckel 32, der in den Zylinder 12 eingesetzt ist. Auch ist der zweite Druckanschluss 29 bei dem hier gezeigten Beispiel im Deckel 32 ausgebildet.
Der erste Druckanschluss 28 ist an die Reinseite 5 des Filtergehäuses 2 angeschlossen, so dass der erste Druckraum 14 den Betrieb der Filtereinrichtung 1 den reinseitigen Druck erhält. Der zweite Druckanschluss 29 ist an die Rohseite 4 des Filtergehäuses 2 angeschlossen, so dass der zweite Druckraum 15 im Betrieb der Filtereinrichtung 1 den rohseitigen Druck erhält.
Die hier vorgestellte Differenzdruckmessvorrichtung 7 arbeitet wie folgt:
Im Betrieb der Filtereinrichtung 1 wird eine rohseitige, schmutzbeladene Zulaufströmung 33 der Rohseite 4 zugeführt. Beim Durchströmen des Filterelements 3 kommt es zu einem Druckabfall, so dass eine reinseitige, vom Schmutz weitgehend befreite Ablaufströmung 34 von der Reinseite 5 abströmt. Das Druckniveau, auf dem sich die Zuströmung 33 bzw. die Abströmung 34 befinden, ist vergleichsweise hoch und kann beispielsweise bei etwa 200 bar liegen. Der höhere rohseitige Druck herrscht auch im zweiten Druckraum 15, während der niedrigere reinseitige Druck auch im ersten Druckraum 14 herrscht. Da die beiden Kolbenflächen 17, 18 gleich groß sind, entsteht am Kolben 13 letztlich eine resultierende Kraft, die nur der Druckdifferenz zwischen Rohseite 4 und Reinseite 5 entspricht. Diese resultierende Kraft treibt den Kolben 13 in Richtung Drucksensor 8 an. Der Kolben 13 stützt sich über die erste Kolbenstange 16 am Drucksensor 8 ab, so dass die resultierende Druckkraft des Kolbens 13 über die erste Kolbenstange 16 in den Drucksensor 8 eingeleitet wird. Beispielsweise soll die Druckdifferenz zwi- sehen Rohseite 4 und Reinseite 5 maximal 20 bar oder maximal 5 bar aufweisen, um eine Unterversorgung des jeweiligen Systems oder um eine Beschädigung des Filterelements 3 zu vermeiden. Dementsprechend muss der Drucksensor 8 zur Messung von absoluten Drücken bis 20 bar bzw. bis 5 bar ausgelegt sein. Bei einer üblichen Messgenauigkeit von Drucksensoren 8, die bei etwa 1 % des Druckbereichs liegt, für den der Drucksensor 8 ausgelegt ist, führt dies bei einer Auslegung für 20 bar zu Messfehlern im Bereich von ± 0,2 bar und bei einer Auslegung für 5 bar zu Messfehlern im Bereich von ± 0,05 bar.
Die hier vorgestellte Differenzdruckmessvorrichtung 7 arbeitet somit sehr genau, obwohl die Druckdifferenz zwischen zwei Drücken gemessen werden muss, die sich selbst auf einem vergleichsweise hohen Druckniveau befinden.
Die Auswerteeinrichtung 9 ermittelt aus den Messsignalen des Drucksensors 8 die gemessene Druckdifferenz bzw. einen damit korrelierten Verschmutzungsgrad für das Filterelement 3. Sobald ein unzulässig hoher Differenzdruck bzw. ein unzulässig hoher Verschmutzungsgrad ermittelt wird, kann über die Signaleinrichtung 1 1 ein entsprechender Warnhinweis abgegeben werden. Ebenso ist grundsätzlich auch eine Notabschaltung des Systems denkbar. Bevorzugt sind dann jedoch kaskadierende Maßnahmen, die bei aufeinanderfolgenden Grenzwerten für die Druckdifferenz bzw. für den Verschmutzungsgrad unterschiedliche Maßnahmen auslösen.
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Claims

Ansprüche
1 . Differenzdruckmessvorrichtung, insbesondere für eine Verschmutzungsgrad- Überwachungseinrichtung (6) einer Filtereinrichtung (1 ),
- mit einem Kolben (13), der in einem Zylinder (12) hubverstellbar angeordnet ist und im Zylinder (12) einen ersten Druckraum (14) von einem zweiten Druckraum (15) trennt,
- mit einer ersten Kolbenstange (16), die fest mit dem Kolben (13) verbunden ist und die durch den ersten Druckraum (14) hindurch aus dem Zylinder (12) herausgeführt ist,
- mit einem Drucksensor (8), der außerhalb des Zylinders (12) mit der ersten Kolbenstange (16) zum Messen einer Druckkraft, mit welcher die erste Kolbenstange (16) gegen den Drucksensor (8) drückt, zusammenwirkt.
2. Differenzdruckmessvorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (13) eine dem ersten Druckraum (14) ausgesetzte erste Kolbenfläche (17) und eine dem zweiten Druckraum (15) ausgesetzte zweite Kolbenfläche (18) aufweist, wobei die erste Kolbenfläche (17) und die zweite Kolbenfläche (18) gleich groß sind.
3. Differenzdruckmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kolbenstange (19) fest mit dem Kolben (13) verbunden ist und durch den zweiten Druckraum (15) hindurch aus dem Zylinder (12) herausgeführt ist.
4. Differenzdruckmessvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die beiden Kolbenstangen (16, 19) gleiche Querschnitte (20) aufweisen, und/oder
- dass die beiden Kolbenflächen (17, 18) die jeweilige Kolbenstange (16, 19) ringförmig umschließen.
5. Differenzdruckmessvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Kolbenstange (19) außerhalb des Zylinders (12) in eine Kammer (22) eintaucht, die fluidisch mit einem mit der ersten Kolbenstange (16) zusammenwirkenden Oberflächenabschnitt (23) des Drucksensors (8) verbunden ist.
6. Differenzdruckmessvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kammer (22) durch die Kolbenstangen (16, 19) und durch den Kolben (13) hindurch mit dem Oberflächenabschnitt (23) fluidisch verbunden ist.
7. Differenzdruckmessvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Kammer (22) und dem zweiten Druckraum (15) zumindest eine mit der zweiten Kolbenstange (19) zusammenwirkende Dichtung (24) vorgesehen ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die jeweilige Dichtung (24) mit Hilfe von zusammenwirkenden Passflächen als Flächendichtung ausgestaltet ist.
8. Differenzdruckmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Drucksensor (8) und dem ersten Druckraum (14) zumindest eine mit der ersten Kolbenstange (16) zusammenwirkende Dichtung (25) vorgesehen ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die jeweilige Dichtung (25) mit Hilfe von zusammenwirkenden Passflächen als Flächendichtung ausgestaltet ist.
9. Differenzdruckmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Kolbenstange (16) in einem Ausgangszustand, in dem in den beiden Druckräumen (14, 15) der gleiche Druck herrscht, am Drucksensor (8) anliegt.
10. Differenzdruckmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass ein Gehäuse (27) vorgesehen ist, das den Zylinder (12) enthält, das einen mit dem ersten Druckraum (14) fluidisch verbundenen ersten Druckan- schluss (28) und einen mit dem zweiten Druckraum (15) verbundenen zweiten Druckanschluss (29) aufweist,
- wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Drucksensor (8) im Gehäuse (27) angeordnet ist,
- wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Kammer (22) im Gehäuse (27), insbesondere in einem Deckel (32) des Gehäuses (27), angeordnet ist.
1 1 . Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung für eine Filtereinrichtung (1 ). - wobei die Filtereinrichtung (1 ) ein Filterelement (3) aufweist, das in einem Filtergehäuse (2) der Filtereinrichtung (1 ) eine Rohseite (4) von einer Reinseite (5) trennt,
- wobei die Verschmutzungsgrad-Überwachungseinrichtung (6) eine Differenz- druckmessvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist,
- wobei der erste Druckraum (14) mit der Reinseite (5) fluidisch verbindbar ist,
- wobei der zweite Druckraum (15) mit der Rohseite (4) fluidisch verbindbar ist,
- wobei eine Auswerteeinrichtung (9) mit dem Drucksensor (8) gekoppelt ist und abhängig vom Differenzdruck einen Verschmutzungsgrad des Filterelements (3) ermittelt.
12. Filtereinrichtung, insbesondere zum Filtern von Flüssigkeiten,
- mit einem Filterelement (3), das in einem Filtergehäuse (2) eine Rohseite (4) von einer Reinseite (5) trennt,
- mit einer Differenzdruckmessvorrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
- wobei der erste Druckraum (14) mit der Reinseite (5) fluidisch verbunden ist,
- wobei der zweite Druckraum (15) mit der Rohseite (4) fluidisch verbunden ist.
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