Filtereinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung mit einem einen Filtergehäusetopf und einen damit verschweißten Filtergehäusedeckel aufweisenden Filtergehäuse aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines eine Längsachse aufweisenden Filtergehäuses aus Kunststoff.
Moderne Filtergehäuse werden in der Regel aus Kunststoff gefertigt und sind zum Einbau eines Filterelements, beispielsweise eines Ringfilterelements, in einen Filtergehäusetopf und einen Filtergehäusedeckel aufgeteilt. Zur dichten Verbindung der beiden Teile werden diese nach dem Einbau des Filterelements üblicherweise miteinander verschweißt. Bei stark unter Druck stehenden Filtereinrichtungen ist es jedoch möglich, dass eine einfache Kunststoffschweißnaht die auftretenden Kräfte nicht aufnehmen kann und dadurch im ungünstigsten Falle reißt und undicht wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Filtereinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere auch höhere Drücke aushalten kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine bislang rein stoffschlüssige Schweißverbindung eines Filtergehäusetopfes mit einem Fil-
tergehäusedeckel eines Filtergehäuses nunmehr um eine formschlüssige Verbindung zu ergänzen, wobei für die formschlüssige Verbindung der beim Verschweißen der beiden Teile entstehende Schweißaustrieb verwendet wird. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung besitzt dabei in bekannter Weise einen Filtergehäusetopf und einen damit verschweißbaren Filtergehäusedeckel, die beide aus Kunststoff ausgebildet sind. Das Filtergehäuse selbst besitzt eine Längsachse und ist üblicherweise zylindrisch. Erfindungsgemäß ist nun im Filtergehäusedeckel und im Filtergehäusetopf jeweils ein Nutabschnitt ausgebildet, die zusammen eine Aufnahmenut für den beim Verschweißen entstehenden Schweißaustrieb bilden. Der Schweißaustrieb wiederum bildet bei verschweißtem Filtergehäuse zusammen mit den beiden Nutabschnitten eine in Richtung der Längsachse formschlüssige Verbindung in Form eines Ringwulstes (Kunststoffring) und ermöglicht dadurch auch die Aufnahme von höheren Drücken. Selbstverständlich wird neben der formschlüssigen Verbindung beim Verschweißen des Filtergehäusedeckels mit dem Filtergehäusetopf auch wie bislang eine stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Teilen durch Aufschmelzen eines üblicherweise am Filtergehäusedeckel angeordneten aufschmelzbaren Schweißabschnitts hergestellt. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung liegt somit darin, neben der rein stoffschlüssigen Verbindung nunmehr beim Verschweißen gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung des Filtergehäusetopfes mit dem Filtergehäusedeckel herzustellen, wodurch eine hochfeste Verbindung der beiden Teile erzeugt werden kann.
Zweckmäßig weisen die beiden Nutabschnitte das gleiche Volumen und/oder dieselben geometrischen Abmessungen auf. Der eine Nutabschnitt ist dabei auf einer Außenmantelfläche des Filtergehäusetopfes angeordnet, wogegen der andere Nutabschnitt auf einer gegenüberliegenden Innenmantelseite des Filtergehäusedeckels angeordnet ist. Die beiden Nutabschnitte sind dabei bezüglich ihres Volumens derart ausgestaltet, dass sie den beim Verschweißen erzeugten Schweiß-
austrieb vollständig aufnehmen können. Die beiden Nutabschnitte besitzen dabei üblicherweise einen rinnenförmigen Querschnitt, wobei dieser Querschnitt eckig oder rund ausgebildet sein kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist am Filtergehäusedeckel ein aufschmelzbarer Schweißabschnitt vorgesehen, der bei verschweißtem Filtergehäuse als Schweißaustrieb zumindest teilweise in der Aufnahmenut aufgenommen ist. Der aufschmelzbare Schweißabschnitt liefert somit beim Verschweißen der beiden Teile miteinander das Schweißmaterial, welches einerseits eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Filtergehäusedeckel und dem Filtergehäusetopf und zugleich durch Austreten in die Aufnahmenut die erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung bildet. Selbstverständlich kann der genannte Schweißabschnitt alternativ auch am Filtergehäusetopf angeordnet sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zumindest auf der Außenmantelseite des Filtergehäusetopfes eine Fase vorgesehen, die die Aufnahmenut mit dem Schweißabschnitt verbindet und dadurch ein Zuführen des aufgeschmolzenen Schweißmaterials des Schweißabschnitts in die Aufnahmenut ermöglicht. Sowohl das Herstellen der beiden Nutabschnitte, als auch das Herstellen der Fase am Filtergehäusetopf kann durch eine entsprechende Gestalt eines Kunststoffspritzgusswerkzeugs auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden. Rein theoretisch ist es auch denkbar, dass zumindest einer der Nutabschnitte nachträglich in den Filtergehäusetopf beziehungsweise den Filtergehäusedeckel eingebracht, beispielsweise eingefräst, wird.
Zweckmäßig ist die Filtereinrichtung als Kraftstofffilter, als Ölfilter oder als Hydraulikfilter ausgebildet. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, wie vielfältig die Einsatzmöglichkeiten für ein erfindungsgemäß hergestelltes
Filtergehäuse sind, wobei das erfindungsgemaß hergestellte Filtergehäuse insbesondere für stark druckbelastete Systeme, wie beispielsweise Hydrauliksysteme, zum Einsatz kommen kann.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Herstellen eines eine Längsachse aufweisenden Filtergehäuses aus Kunststoff anzugeben, bei welchem zunächst ein Filtergehäusedeckel auf einen damit zu verschweißenden Filtergehäusetopf aufgesetzt wird. Selbstverständlich wird zuvor ein entsprechendes Filterelement im Filtergehäuse angeordnet. Anschließend wird ein am Filtergehäusedeckel angeordneter Schweißabschnitt aufgeschmolzen und das aufgeschmolzene Schweißmaterial des Schweißabschnitts als Schweißaustrieb zumindest teilweise in eine durch in dem Filtergehäusedeckel und dem Filtergehäusetopf angeordnete Nutabschnitte gebildete Aufnahmenut verdrängt. Der in die Aufnahmenut verdrängte Schweißaustrieb erstarrt dort zu einer Ringwulst und bildet dadurch eine in Richtung der Längsachse wirksame formschlüssige Verbindung. Neben der rein stoffschlüssigen Verbindung des Filtergehäusedeckels mit dem Filtergehäusetopf durch das aufgeschmolzene Schweißmaterial wird somit zusätzlich und gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile miteinander hergestellt, wodurch insgesamt eine deutlich stärker belastbare, hochfeste Verbindung erzeugt werden kann, die ca. 15% mehr Kraft aufnehmen kann als herkömmliche Verbindungen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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 den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung, Fig. 2 eine Detaildarstellung aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch bei einer leicht anderen Ausfüh- rungsform mit einer Verdrehsicherung,
Fig. 4 eine Detaildarstellung aus Fig. 3 im Bereich der Verdrehsicherung,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B,
Fig. 6 eine Detaildarstellung C aus Fig. 5,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene D-D.
Entsprechend den Fig. 1 bis 4 , weist eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung 1 , die beispielsweise als Kraftstofffilter, als Ölfilter oder als Hydraulikfilter ausgebildet sein kann, einen Filtergehäusedeckel 2 sowie einen damit verschweißbaren beziehungsweise verschweißten Filtergehäusetopf 3 auf. Sowohl der Filtergehäusedeckel 2 als auch der Filtergehäusetopf 3 sind dabei aus Kunststoff ausgebildet. Zusammen bilden diese das eigentliche Filtergehäuse 4 der Filtereinrichtung
1 . Üblicherweise ist das Filtergehäuse 4 zylindrisch aufgebaut und/oder besitzt eine Längsachse 5, die im Falle eines zylindrischen Aufbaus die Zylinderachse bildet. Erfindungsgemäß ist nun im Filtergehäusedeckel 2 und im Filtergehäusetopf 3 jeweils ein Nutabschnitt 6, 7 angeordnet, die zusammen eine Aufnahmenut 8 für Schweißaustrieb 9 bilden. Der beim Verschweißen des Filtergehäusedeckels
2 mit dem Filtergehäusetopf 3 durch Aufschmelzen eines Schweißabschnitts 10 entstehende Schweißaustrieb 9 bildet bei verschweißtem Filtergehäuse 4 zusammen mit den beiden Nutabschnitten 6, 7 eine in Richtung der Längsachse 5 wirksame formschlüssige Verbindung. Neben der rein stoffschlüssigen Verbindung durch die Verschweißung kann somit gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung hergestellt werden, wodurch eine hochfeste Verbindung zwischen dem Filtergehäusedeckel 2 und dem Filtergehäusetopf 3 realisierbar ist.
Betrachtet man die Figur 1 , so kann man erkennen, dass die beiden Nutabschnitte 6, 7 das gleiche Volumen und dieselben geometrischen Abmessungen besitzen. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass diese ein unterschiedliches Volumen beziehungsweise unterschiedliche geometrische Abmessungen aufweisen, wobei das Volumen beider Nutabschnitte 6, 7 zur Aufnahme des beim Aufschmelzen des Schweißabschnitts 10 entstehenden Schweißaustriebs 9 ausreicht.
Der Nutabschnitt 6 ist dabei auf einer Außenmantelseite des Filtergehäusetopfes
3 angeordnet, wogegen der Nutabschnitt 7 auf der gegenüberliegenden Innen- mantelseite des Filtergehäusedeckels 2 angeordnet ist.
Darüber hinaus ist zumindest auf der Außenmantelseite des Filtergehäusetopfes 3 eine Fase 1 1 vorgesehen, die die Aufnahmenut 8 mit dem Schweißabschnitt 10 verbindet und dadurch ein Zuführen des aufgeschmolzenen Schweißmaterials des Schweißabschnitts 10 in die Aufnahmenut 8 ermöglicht. In der Aufnahmenut 8 erstarrt dabei das aufgeschmolzene Schweißmaterial zu einer Ringwulst und bil-
det dadurch zusammen mit den beiden Nutabschnitten 6, 7 der Aufnahmenut 8 die zuvor erwähnte formschlüssige Verbindung.
Rein theoretisch könnten selbstverständlich die beiden Gehäuseteile 2, 3 auch aus einem Metall ausgebildet sein, während der Schweißabschnitt 10 aus einem aufschmelzbaren Metall beziehungsweise auch aus Lot ausgebildet ist. Auch in diesem Fall könnte neben einer rein stoffschlüssigen Verbindung der beiden Teile 2, 3 miteinander zusätzlich und gleichzeitig eine formschlüssige Verbindung durch Zuführen des aufgeschmolzenen Materials des Schweißabschnitts 10 (Lotabschnitt) in die Aufnahmenut 8 und einem dortigen Erstarren zu einer Ringwulst erzeugt werden.
Betrachtet man insbesondere die Fig. 2 und 4, so kann man erkennen, dass die zumindest eine Fase 1 1 zwei Abschnitte 12,13 aufweist, wobei der erste Abschnitt 12 zwischen dem Nutabschnitt 6 und dem zweiten Abschnitt 13 angeordnet ist und eine größere Konizität aufweist, als der zweite Abschnitt 13. Der zweite Abschnitt 13 geht dabei über eine Ausrundung 14 in einen Radialkragen 15 und zum Schweißabschnitt 10 des Filtergehäusedeckels 2 über. Die Fase 1 1 ist dabei so gestaltet, dass der Strömungswiderstand für den Schweißaustrieb 9 reduziert ist und somit die gesamte Kammer, das heißt die Aufnahmenut 8, gefüllt wird und kein unkontrollierter Schweißaustrieb 9 stattfindet.
Um darüber hinaus eine Verdrehsicherung zwischen dem Filtergehäusedeckel 2 und dem Filtergehäusetopf 3 realisieren zu können, ist am Filtergehäusetopf 3 zumindest eine radial nach außen abstehende Rippe 16 vorgesehen (vgl. Fig. 4- 7), die in eine am Filtergehäusedeckel 2 angeordnete Ausnehmung 17 eingreift. Hierdurch kann auf konstruktiv einfache Art und Weise eine derartige Verdrehsicherung geschaffen werden. Die zumindest eine Rippe 16 grenzt dabei direkt an den Nutabschnitt 6 und die zumindest eine Ausnehmung 17 direkt an den Nutab-
schnitt 7 an. Vorzugsweise sind dabei über den Umfang verteilt insgesamt drei Rippen 16 und drei zugehörige Ausnehmungen 17 vorgesehen. Die Ausnehmungen 17 sind dabei derart ausgebildet, dass sie über die Aufnahmenut 8 einfach und zuverlässig mit Schweißaustrieb 9 befüllt werden kann und sich somit auch in diesem Bereich eine stoffschlüssige Verbindung herstellen lässt. Dies kann beispielsweise dadurch unterstützt werden, dass die Rippe 16 sich nach radial außen verjüngt, das heißt konisch ausgebildet ist (vgl. Fig. 7).
Generell kann das erfindungsgemäße Filtergehäuse 4 der Filtereinrichtung 1 wie folgt hergestellt werden: Zunächst wird der Filtergehäusedeckel 2 auf den damit zu verbindenden beziehungsweise zu verschweißenden Filtergehäusetopf 3 aufgesetzt. Anschließend wird der üblicherweise am Filtergehäusedeckel 2 angeordnete Schweißabschnitt 10 aufgeschmolzen und das hieraus resultierende, aufgeschmolzene Schweißmaterial als Schweißaustrieb 9 zumindest teilweise über die Fase 1 1 in eine durch in dem Filtergehäusedeckel 2 und dem Filtergehäusetopf 3 angeordnete Nutabschnitte 6, 7 gebildete Aufnahmenut 8 verdrängt. In der Aufnahmenut 8 erstarrt nun der Schweißaustrieb 9 zu einer Ringwulst und bildet dadurch die in Richtung der Längsachse 5 wirksame, formschlüssige Verbindung. Der Schweißaustrieb 9 bildet dabei eine Art Sicherungsring.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit dem erfindungsgemäßen Filtergehäuse 4 lassen sich somit auch Kunststoffgehäuse effektiv in mit starkem Druck belasteten Systemen, wie beispielsweise Hydrauliksystemen, langfristig einsetzen.