ES2351251T3 - Elemento de filtrado para un filtro de aceite. - Google Patents

Elemento de filtrado para un filtro de aceite. Download PDF

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Abstract

Elemento (4) de filtrado para el filtrado de aceite, en especial, en el circuito de aceite de cajas de cambio y motores de combustión interna, que comprende una primera capa (1) de filtrado y una segunda capa (3) de filtrado, comprendiendo la primera capa (1) de filtrado un elemento de filtrado grueso abierto y estando dispuesta sobre la segunda una capa (3) de filtrado, que comprende un elemento de filtrado fino denso, estando dispuesto entre la primera capa (1) y la segunda capa (3) de filtrado un elemento de marco, de modo que la primera capa (1) y la segunda capa (3) de filtrado están separadas una de otra en el sentido del filtrado con una separación fija, formando el elemento de marco varias cámaras (5) intermedias que se disponen unas junto a otras en la superficie entre la primera capa (1) de filtrado y la segunda capa (3) de filtrado, y estando dispuesto en cada cámara (5) intermedia un orificio (6) de paso en cada caso en la segunda capa (3) de filtrado que comprende un elemento de filtrado fino denso.

Description

La presente invención se refiere a un elemento de filtrado para el filtrado de aceite, en especial, en el circuito de aceite de cajas de cambio y motores de combustión interna, que comprende una primera y una segunda capa de filtrado, comprendiendo la primera capa de filtrado un elemento de filtrado abierto y estando dispuesta sobre la segunda capa de filtrado que comprende un elemento de filtrado denso. La invención se refiere además a un filtro de succión con un elemento de filtrado de este tipo.
En los elementos de filtrado conocidos hasta el momento en el sector de los filtros de aceite, resulta desventajoso, por una parte, que el uso de elementos de filtrado eficaces, en especial a bajas temperaturas (elementos de filtrado a presión), conlleve considerables pérdidas de presión con una capacidad de captación de impurezas que oscila entre reducida y media. Por el contrario, los elementos de filtrado en profundidad que presentan realmente una pérdida de presión aceptable con una elevada capacidad de captación de impurezas, no presentan una elevada eficacia de filtrado. También los tejidos conocidos con fines de filtrado presentan solo una reducida capacidad de captación de impurezas y, además, no alcanzan una elevada eficacia. En especial en el área de los filtros de succión (subpresión máxima alcanzable equivalente a 1 bar), los problemas antes indicados impiden resultados de filtrados eficaces y duraderos.
Por tanto, el objetivo de la invención es presentar un elemento de filtrado que supere las desventajas antes indicadas y sea especialmente adecuado para el uso en el área de los filtros de succión. Un dispositivo similar se da a conocer en el documento EP1994974 publicado posteriormente.
El objetivo se alcanza con un elemento de filtrado según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican variantes ventajosas. Asimismo, un uso especialmente ventajoso consiste en el empleo del elemento de filtrado según la invención en un filtro de succión.
Según la invención, para alcanzar el objetivo, entre la primera y la segunda capa de filtrado se dispone una cámara intermedia de modo que la primera y la segunda capa de filtrado están separadas una de otra en el sentido de filtrado en la zona de la cámara intermedia. Por tanto, la idea fundamental de la invención consiste en la estructura a modo de sándwich del elemento de filtrado, estando separada una primera capa de filtrado respecto a una segunda capa de filtrado mediante un espacio intermedio que durante el funcionamiento se llena de aceite. En este sentido, resulta fundamental que el espacio intermedio no se obtenga por una mera superposición de la primera y la segunda capa de filtrado, sino que las dos capas tengan una separación previamente determinada en el sentido de filtrado que se mantiene durante el uso operativo. En este sentido, la primera capa de filtrado comprende un elemento de filtrado abierto y la segunda capa de filtrado, un elemento de filtrado denso. Por tanto, la segunda capa de filtrado está compuesta por un elemento de filtrado más denso que la primera capa de filtrado.
Preferiblemente, para mantener la cámara intermedia, el elemento de filtrado presenta un elemento de marco que está dispuesto entre la primera y la segunda capa de filtrado. En este sentido, el elemento de marco está diseñado con unas dimensiones tales que, durante el funcionamiento del elemento de filtrado, la primera y la segunda capa de filtrado no se disponen una encima de otra, por ejemplo, debido a posibles dilatabilidades eventuales, sino que más bien también durante el funcionamiento se mantiene la separación de las dos capas de filtrado una respecto a otra. El elemento de marco puede estar compuesto, naturalmente, por una pieza o por varias piezas.
En relación con la fiabilidad y la eficacia destaca el uso de un elemento de marco que forme varias cámaras intermedias. Por tanto, en este caso, el elemento de filtrado comprende varias cámaras intermedias que se disponen unas junto a otras en la superficie. Esto permite obtener, en especial, superficies de filtrado especialmente grandes y variables en su contorno con el elemento de filtrado según la invención.
Preferiblemente, por cada cámara intermedia está dispuesto en cada caso un orificio de paso en la segunda capa de filtrado que comprende un elemento de filtrado denso. Esta posibilidad básica conocida del estado de la técnica permite el uso del elemento de filtrado a en un amplio intervalo de viscosidad dado que, especialmente en el caso de elevadas viscosidades, tal como es el caso, por ejemplo, en caso de temperaturas reducidas, el aceite no se filtra totalmente a través de la segunda capa de filtrado densa.
El elemento de filtrado según la invención manifiesta sus efectos ventajosos de forma especialmente impresionante al utilizarse en un filtro de succión con un elemento de filtrado según una de las reivindicaciones precedentes.
De forma resumida, la disposición especial según la invención conduce como resultado a las siguientes ventajas:
1.
Menor pérdida de presión en caso de reducidas velocidades de flujo y elevadas viscosidades (por ejemplo, -30ºC).
2.
Elevada eficacia en caso de reducidas viscosidades (<0,01 Pas) y mayor velocidad de flujo.
3.
Carga no homogénea del elemento de filtrado abierto y carga homogénea del elemento de filtrado denso.
4.
Posibilidad de alturas estructurales reducidas aproximadamente 100%-300% (en comparación con los elementos de filtrado convencionales de varias capas en el área de los filtros de aceite) hasta aproximadamente 2-3 mm con un rendimiento igual o incluso
mejorado.
5.
El comportamiento preciso del elemento de filtrado puede diseñarse de forma optimizada adaptado individualmente al caso de aplicación correspondiente (deseo del cliente). Para ello es necesaria y posible una hábil elección de los diferentes elementos de filtrado, diámetros de orificio y diseños de la rejilla de separación así como sus relaciones. Mediante capas de filtrado adicionales con orificios y rejillas de separación adicionales puede optimizarse adicionalmente la capacidad y la eficacia de filtrado.
6.
La estructura en forma de sándwich perfecciona considerablemente la evacuación del aire en el filtro y, con ello, efectos de cavitación no deseados para la bomba. En especial, esto sucede debido al chorro de propulsión en cada campo o cámara intermedia que procura la velocidad necesaria para la evacuación del aire a través de la primera capa. La evacuación del aire puede optimizarse adicionalmente mediante la unión de la primera capa con la rejilla de separación. La unión impide un flujo transversal entre las distintas cámaras intermedias y no puede dar lugar a una acumulación de aire debajo de la primera capa. Esta unión no tiene ninguna influencia en el filtrado.
7.
La forma estructural compacta permite la fabricación como producto superficial.
8.
La forma estructural compacta permite el diseño de un filtro como filtro de bolsas.
9.
La forma estructural compacta permite el diseño como filtro plisado.
A continuación, se describe adicionalmente la invención mediante un ejemplo de
realización mostrado en los dibujos. Muestra de forma esquemática:
la fig. 1, una vista lateral en perspectiva a través de un elemento de filtrado en la que se muestran las piezas detalladas;
la fig. 2, una vista en planta de la rejilla de separación y la primera capa de filtrado del elemento de filtrado de la figura 1;
la fig. 3, una vista en corte a través del elemento de filtrado de la figura 1;
la fig. 4, una contraposición de la reducción de partículas respecto al tamaño de partícula; y
la fig. 5, una contraposición de la caída de presión respecto al caudal.
Según la figura 1, el elemento 4 de filtrado comprende una primera capa 1 de filtrado compuesta por un elemento de filtrado abierto, una rejilla 2 de separación que forma las cámaras 5 intermedias en la superficie del elemento 4 de filtrado y una segunda capa 3 de filtrado compuesta por un elemento de filtrado denso, estando dispuesta en cada cámara intermedia una abertura 6 de paso en la segunda capa 3 de filtrado. La primera capa 1 de filtrado, la rejilla 2 de separación que forma las cámaras 5 intermedias y la segunda capa 3 de filtrado están dispuestas unas encima de otras a modo de sándwich, estando dispuesta la rejilla de separación entre las
dos capas 1 y 3 de filtrado y las separada una de otra.
Esta estructura de sándwich se observa especialmente bien en la figura 3. Mediante la disposición de la rejilla 2 de separación entre las dos capas 1 y 3 se forman las cámaras 5 intermedias, a través de las cuales el aceite que fluye a través del elemento 4 de filtrado llega desde una capa de filtrado a la otra capa de filtrado. En el ejemplo de realización concreto, el aceite fluye, según las figuras 1 y 3, a través del elemento 4 de filtrado, procedente de la segunda capa 3 de filtrado, y atraviesa primero el elemento de filtrado denso, a continuación, la cámara 5 intermedia, y finalmente sale del elemento 4 de filtrado a través de la capa 1 de filtrado. No obstante, básicamente también es posible realizar el flujo del elemento de filtrado en sentido contrario.
La figura 2 ilustra la configuración de la rejilla 4 de separación. Esta está compuesta por travesaños longitudinales y transversales que forman juntos las cámaras 5 transversales cuadrangulares. La figura 2 ilustra además la colocación de las aberturas 6 de paso respecto a las cámaras 5 intermedias. Por cada cámara 5 intermedia está prevista una abertura 6 de paso en la segunda capa 3 de filtrado, que está dispuesta en cada caso de forma centrada respecto a la cámara 5 intermedia en la segunda capa 3 de filtrado.
La figura 4 ilustra la reducción superior de partículas del elemento de filtrado según la invención (“Smart-Media”) respecto a un elemento de filtro de succión estándar (“V-Pore 98”). En este caso, queda claro que, especialmente en el reducido intervalo de tamaño de partículas indicado de entre 5 y 40 µ(c), se obtienen reducciones de partículas considerablemente mejoradas.
La figura 5 ilustra finalmente las propiedades ventajosas del elemento de filtrado según la invención respecto a la reducción de presión en relación con el caudal, realizándose de nuevo en la figura 5 la comparación con un elemento de filtrado de succión estándar (“V-Pore 98”) y a temperaturas de 24 ºC y -26 ºC.
A continuación, se explica de forma detallada el modo de funcionamiento físico del elemento de filtrado según la invención.
A) Estado de reducida viscosidad del aceite, elevada velocidad de flujo (aceite caliente). A través del elemento de filtrado abierto (primera capa 1 de filtrado) se transmite la presión prácticamente sin pérdidas directamente a la cámara intermedia (véase la ley de Darcy). La presión en la cámara 5 intermedia viene dada por el chorro de propulsión de la presión dinámica que se origina a partir del orificio, la pérdida de presión en el orificio (flujo a través de un tubo) y la pérdida en la cámara 5 intermedia ("flujo entre 2 placas"). En este estado, la presión dinámica determina considerablemente la subpresión en la cámara 5 intermedia. Cuando menor sea el orificio, mayor es la presión dinámica y mayor la subpresión en la cámara 5 intermedia. Esta subpresión en la cámara 5 intermedia se ocupa de que una parte correspondiente fluya a través del elemento de filtrado denso (segunda capa 3 de filtrado) (“Ley de Darcy”). Por tanto, el diámetro del orificio (presión dinámica) determina la proporción que fluye a través del elemento de filtrado denso (segunda capa 3 de filtrado). La relación no es lineal sino cuadrática.
B) Estado de elevada viscosidad del aceite, reducida velocidad de flujo (aceite frío). A través del elemento de filtrado abierto (primera capa 1 de filtrado) se transmite la presión con reducidas pérdidas a la cámara 5 intermedia (Ley de Darcy). La presión en la cámara 5 intermedia viene dada por el chorro de propulsión de la presión dinámica que se origina a partir del orificio, la pérdida en el orificio (flujo a través de un tubo) y la pérdida en la cámara 5 intermedia (flujo entre 2 placas). En este estado, el diámetro del orificio y la altura de la cámara determinan de forma determinante la subpresión en las cámaras intermedias. Cuanto menor sea el orificio y más plana la cámara, mayor será la pérdida de presión total del elemento de filtrado. En este estado, prácticamente se evita completamente el elemento (3) de filtrado denso (Ley de Darcy). Por tanto, el diámetro del orificio, la longitud del orificio y la altura de la cámara determinan la pérdida total de todo el elemento de filtrado.
Un campo de la primera capa cuya superficie se corresponde fundamentalmente con la superficie de una cámara 5 intermedia presenta, en este caso de aplicación como filtro de succión, preferiblemente un tamaño de 10 mm x 10 mm. Para el filtrado a presión ha de elegirse preferiblemente un tamaño de campo de 7 mm x 7 mm. Por tanto, el campo se construye preferiblemente de forma cuadrangular, pudiendo concebirse, no obstante, también otras formas, por ejemplo, un rectángulo. En estos tamaños de campo preferidos, la rejilla 2 de separación presenta una altura de rejilla de preferiblemente 1,5 a 2,5 mm. Se ha mostrado que en caso de una altura de rejilla demasiado reducida pueden presentarse pérdidas de flujo incrementadas.
Además, se ha mostrado que un diámetro de orificio entre 1 y 3 mm es suficiente para toda el área de filtrado de succión. Para la filtración a presión ha de elegirse preferiblemente un diámetro de orificio entre 0,1 y 3 mm.
Como elementos de filtrado fino se considera en principio cualquier material. Preferiblemente, se emplean elementos de filtrado con un valor beta en el intervalo de beta 5 mayor que 1000 a beta 35 mayor que 1000. También en el caso de medios de filtrado grueso existe una gran selección. En este sentido, son especialmente decisivos el componente que ha de protegerse y el tamaño de partícula crítico.
El intervalo de viscosidad se sitúa preferiblemente en 0,001 a 30 Pa*s. En este caso, se observan caudales entre 0 y 100 mm/s o superiores.
Como área de aplicación del elemento de filtrado según la invención se consideran especialmente entornos en los que se presentan fuertes oscilaciones de la viscosidad y caudal múltiple tales como, por ejemplo, cajas de cambio con válvulas (para la protección de la válvula, bomba, cojinete, cajas de cambio automáticas), cajas de cambios grandes (instalaciones de energía eólica), engranajes diferenciales, servodirección o filtración en el área de los motores, en el sector de la aviación y aeroespacial. También puede concebirse la filtración de agua, aún cuando en este caso se presentan reducidas oscilaciones de viscosidad.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Elemento (4) de filtrado para el filtrado de aceite, en especial, en el circuito de aceite de cajas de cambio y motores de combustión interna, que comprende una primera capa (1) de 5 filtrado y una segunda capa (3) de filtrado, comprendiendo la primera capa (1) de filtrado un elemento de filtrado grueso abierto y estando dispuesta sobre la segunda una capa (3) de filtrado, que comprende un elemento de filtrado fino denso, estando dispuesto entre la primera capa (1) y la segunda capa (3) de filtrado un elemento de marco, de modo que la primera capa
    (1) y la segunda capa (3) de filtrado están separadas una de otra en el sentido del filtrado con
    10 una separación fija, formando el elemento de marco varias cámaras (5) intermedias que se disponen unas junto a otras en la superficie entre la primera capa (1) de filtrado y la segunda capa (3) de filtrado, y estando dispuesto en cada cámara (5) intermedia un orificio (6) de paso en cada caso en la segunda capa (3) de filtrado que comprende un elemento de filtrado fino denso.
  2. 2.-Filtro de succión con un elemento (4) de filtrado según una de las reivindicaciones 15 precedentes.
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