KR20120080180A - 필터장치 - Google Patents

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KR20120080180A
KR20120080180A KR1020127007591A KR20127007591A KR20120080180A KR 20120080180 A KR20120080180 A KR 20120080180A KR 1020127007591 A KR1020127007591 A KR 1020127007591A KR 20127007591 A KR20127007591 A KR 20127007591A KR 20120080180 A KR20120080180 A KR 20120080180A
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KR1020127007591A
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알프레드 그뢰너
게르하르트 슈타이너
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말레 인터내셔널 게엠베하
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Abstract

본 발명은 필터장치(1), 특히 유체 필터장치, 바람직하게는 오일 필터장치로서, 필터 하우징(3)에서 미정제부(4)와 청정부(5)를 분리하는 하나 이상의 필터 요소(2)와, 하나 이상의 필터 요소(2)를 우회하는 바이패스(9)를 조절하는 바이패스 밸브(8)를 구비하고 있는 필터장치에 관한 것이다. 상기 바이패스 밸브(8)는 바이패스 개구(11)를 조절하는 밸브부재(10)를 구비하며, 바이패스 개구는 미정제부(4)와 유체가 흐르도록 연결되어 있는 바이패스 밸브(8)의 연결챔버(15)를 청정부(5)에 유체가 흐르도록 연결시킨다. 바이패스 밸브(8)는 밀폐 스프링(17)을 포함하고, 밀폐 스프링은 밸브부재(10)를, 바이패스 개구(11)를 닫는 밀폐 위치에 놓이게 한다. 필터장치(1)를 여러가지 작동조건에 맞추어 사용하기 위해, 바이패스 밸브(8)는 밸브부재(10)에 작용하는 선응력을 바꾸는 작동장치(18)를 포함하고 있다.

Description

필터장치{FILTER DEVICE}
본 발명은 필터장치에 관한 것으로서, 구체적으로 유체필터장치, 특히 오일필터장치로서, 청구범위 제1항의 전제부의 특징을 갖고 있는 필터장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 필터장치는 예를 들어 유압회로 내의 산업시설에 설치될 수 있는데, 유체물질로부터 불순물을 필터링하기 위해 설치된다. 유체물질은 윤활유나 냉각제일 수 있다. 바람직하게는 냉각제/윤할유이다. 냉각기능도 함께 발휘하는 윤활유는 예를 들어 가공장치에서 사용할 수 있다. 이러한 경우, 가공장치는 개방된 유압회로에 관한 것으로서 냉각제/윤활유의 적어도 일부가 처리영역으로 직접 유입된다. 기계가공 처리를 하는 경우, 냉각제/윤활유는 매우 심하게 오염된다. 이러한 오염물질은 본 문서에서 제시하는 필터장치를 통해서 제거할 수 있다. 그런 후에 정제된 냉각제/윤활유를 다시 사용할 수 있다.
필터링 작업에 의해, 각 필터장치 내에서 미정제부와 청정부를 분리하는 필터요소는 분리된 불순물에 의해 점점 막히게 된다. 소위 필터 케이크(filter cake)라고 하는 것이 필터요소의 미정제부에 형성된다. 이렇게 쌓임으로서, 필터요소의 관통저항이 증가된다. 동시에, 여과효과에 대한 큰 개선이 발생한다.
필터요소 또는 필터장치에 대한 손상을 막기 위해, 필터요소에서 압력이 너무 높게 증가하는 경우, 필터요소를 우회하도록 바이패스를 제공할 수 있는데, 이는 바이패스 밸브에 의해 제어할 수 있다. 바이패스 밸브는 미정제부와 청정부 사이에서 허용할 수 없는 높은 압력차이가 일어나는 경우 개방된다.
한 필터장치가 독일특허공보 DE 101 05 612 A1에 기재되어 있는데, 필터요소는 필터 하우징 내에서 미정제부와 청정부를 분리시키고, 바이패스 밸브는 필터요소를 우회하는 바이패스를 제어한다. 이를 위해, 바이패스 밸브는 바이패스 개구를 제어하는 밸브부재를 구비하고 있어, 유체가 흐르도록 미정제부에 연결된 바이패스 밸브의 연결챔버를 청정부에 연결시켜 유체가 흐르게 된다. 밸브부재는 밀폐 스프링이 만들어 내는 선응력(pretension)에 의해 닫힌 위치로 움직이게 되어, 바이패스 개구를 닫는다. 밸브부재에 작용하는 선응력은 작동장치에 의해 바뀔 수 있다. 공지의 필터장치의 경우, 필터장치를 설치하기 전에, 선응력을 작동장치에 의해 원하는 개방압력으로 변동 없이 설정할 수 있고, 이는 필터장치의 각각의 사용목적에 따라 달라진다.
바이패스 밸브가 열리는 개방압력을 각각의 경우에 대하여 변동 없이 설정할 수 있는 또 다른 필터장치가 독일실용신안공보 DE 20 2007 013 216 U1 및 독일특허공보 DE 14 36 289 A에 알려져 있다.
프랑스특허공보 FR 15 75 877 A1에는, 막힘 표시장치를 구비한 밸브기구를 포함하는 필터장치가 설명되어 있다. 막힘 표시장치는 미정제부와 청정부 사이에 장착된 막과 연결된 표시소자를 구비하고 있다. 필터요소가 막히게 되면 미정제부에서 압력이 상승하게 되고, 따라서 이에 대응하여 막이 조절되어 이동되고, 결국 이에 대응하여 표시소자가 조절되어 이동된다.
유압시스템에서, 특히 냉각제/윤활유 회로에서, 상이한 시스템 압력을 사용하게 된다. 예를 들어, 부하 또는 작동하는 작업 및 정지상태의 작업은 서로 구별될 수 있다. 정지상태 작업의 경우에는, 예를 들어 유압회로에 연결된 기계의 윤활상태를 유지할 수 있도록 유량을 최소로 할 필요가 있다. 가능한 한 최소의 에너지를 소비하기 위해, 작업이 정지상태인 동안에 유압 시스템 내의 압력은 비교적 낮다. 오염된 필터요소의 경우 정지상태의 낮은 압력을 보장할 수 있도록, 바이패스 밸브는 비교적 낮은 압력에서 미리 개방될 수 있어야만 한다. 작동상태 또는 부하가 걸리는 작업이 진행되는 동안, 유압시스템은 또한 윤활기능뿐만 아니라 원하는 냉각기능을 실현할 수 있어야만 한다. 따라서, 더 많은 유량이 필요하다. 또한, 작동하고 있는 작업의 경우, 냉각제/윤활유의 오염이 일어나고, 따라서 필터요소의 완전히 여과시키는 효과가 소진된다. 따라서, 유동 전체를 여과할 수 있는 시스템 압력을 사용하는 것이 바람직하다. 결국, 바이패스 밸브는 비교적 높은 개방 압력에서, 작동하는 작업을 위해 개방되어야 한다. 따라서, 바이패스 밸브에 대하여 요구되는 사항들이 서로 충돌하게 된다. 덧붙여, 예를 들어 유압시스템을 처음 가동할 때와 같은 특별한 작동조건이 있는데, 이러한 조건에서는 각각의 사용된 유압물질, 특히 오일은 작동 온도에서보다 점성이 더 높다.
본 발명은 앞에서 설명한 유형의 필터장치에 대하여 더욱 개선된 실시예를 제공하고자 하며, 특히 변하는 시스템 압력에서 바이패스 밸브에 대하여 상이한 개방압력을 제공하는 점에 특징이 있다.
이러한 문제점은 본 발명의 독립항의 구성에 의해 해결할 수 있다. 바람직한 실시예는 종속항에 기술되어 있다.
본 발명은 특히 작동장치를 바이패스 밸브에 설치하여, 설치된 상태 또는 필터장치가 작동하는 동안에 선응력을 바꿀 수 있고, 밸브부재를 닫힌 위치에 있게 하는 개념에 기초하고 있다. 작동장치에 의해, 특히 하나 이상의 제어 인자에 따라 힘을 생성할 수 있고, 예를 들어 밀폐 스프링을 닫는 힘을 증가시키거나 줄여서, 개방압력을 변화시키거나 개방압력의 차이를 변화시킬 수 있게 하고, 이로부터 바이패스 밸브는 바이패스를 개방하게 된다. 이러한 작동장치에 의해, 개방압력의 차이값은 상이한 작동조건에 대해 달라질 수 있다. 선응력은 변하는 작동조건에 동적으로 맞추어질 수 있다. 특히, 낮은 시스템 압력에서 낮은 개방압력을 제공할 수 있고, 동시에 높은 시스템 압력에 대해 증가된 개방압력을 제공할 수 있다. 따라서, 작동조건에 대해, 즉 작동하지 않는 경우와 부하가 걸리는 작동의 경우, 바이패스 밸브에 대해 매우 다른 개방압력들을 실현할 수 있는데, 이는 각각의 작동조건에 대해 원하는 기능이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이 동적으로 작동하는 작동장치를 실현하기 위해, 즉, 필터장치가 작동하는 동안, 작동장치는 제어챔버와 연결될 수 있고 제어챔버에 작용하는 제어압력에 따라 밸브부재에 작용하는 선응력을 바꿀 수 있다.
매우 바람직한 실시예로서, 작동장치가 작동부재를 구비하고, 작동부재는 제어챔버를 연결챔버와 유체의 흐름과 관련하여 분리할 수 있고, 또한 작동부재는 밸브부재에 작용하는 선응력을 바꾸기 위해 연결챔버와 제어챔버 사이의 압력차에 따라 조절될 수 있다. 따라서, 연결챔버와 제어챔버 사이의 압력차이를 구동인자 또는 제어 매개변수로서 이용하여, 작동부재를 조절할 수 있고 결국 선응력을 조절할 수 있게 된다.
예를 들어, 바람직한 다른 실시예에 의하면, 제어챔버는 필터 하우징의 주위환경과 연결될 수 있고, 따라서 제어압력은 주위환경의 압력에 기초하여 주위환경의 압력에 따라 변한다. 또는, 제어챔버는 제어압력을 설정하기 위해 제어장치와 연결되어, 제어압력을 변경하거나 제어압력에 맞추어지도록, 거의 임의로 되어 있는 제어 매개변수를 얻을 수 있다. 구체적으로, 외부 매개변수도 고려할 수 있는데, 이 외부 매개변수는 예를 들어 필터장치가 설치된 기계의 작동조건과 연계되어 있다. 또는, 제어챔버는 밀폐될 수도 있고, 이 경우 제어압력은 변화없이 미리 정해진 절대압력으로 설정될 수 있다. 이 경우, 제어압력을 동적으로 맞추는 일은 일어나지 않는다. 대신, 다른 해결책을 고려하게 되는데, 적용하는 경우에 따라, 제어챔버 내의 제어압력을 고정되도록 또는 절대적으로 특정한다.
바람직한 실시예에 의하면, 밀폐 스프링은 연결막대를 통해 간접적으로 또는 작동부재에 직접적으로 지지될 수 있다. 예를 들어 스트로크가 조절되는 작동부재의 위치를 바꿈으로써, 밀폐 스프링은 가압되거나 가해진 압력이 해제될 수 있는데, 이에 대응하여 선응력이 바뀐다. 이러한 작동부재는 스프링 선응력에 대하여 원하는 변화를 줄 수 있도록 매우 간단하게 구성될 수 있다.
작동부재는 예를 들어 연결챔버와 제어챔버를 분리시키는 막을 고려할 수 있다. 이러한 막은 한쪽이 필터 하우징에 대해서는 고정되는 반면, 다른 쪽은 필터 하우징에 대하여 움직일 수 있도록 되어 연결막대를 통해 간접적으로 또는 직접적으로 밀폐 스프링의 지지부분을 조절할 수 있다. 연결챔버와 제어챔버 사이의 압력차이에 따라 막을 조절한다. 연결챔버가 미정제부와 연결되어 있기 때문에, 제어챔버 내의 압력은 개방 압력의 차이를 제공한다. 이와 관련하여, 선응력은 미정제부의 압력에 의해 조절된다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 제어챔버는 압력 셀 내에 있을 수 있고, 압력 셀에 막이 설치된다. 이러한 유형의 구성을 통해서, 제어챔버는 특히 완전히 밀폐된 챔버일 수 있고, 따라서 절대압력이 고정된 상태로 제공되고, 이에 대항하여 연결챔버 내의 압력이 작용하여 막을 조절하게 된다.
또 다른 실시예에서, 작동부재는 실린더 내에서 스트로크를 조절할 수 있는 피스톤으로 구성될 수 있다. 필터 하우징에 대하여 피스톤을 조절할 수 있으면, 밀폐 스프링의 지지부를 조절할 수 있게 되고, 결국 선응력을 바꿀 수 있게 된다. 피스톤은 또한 실린더 내에서 연결챔버와 제어챔버를 분리할 수도 있다. 제어챔버는 -앞에서 설명한 압력 셀의 경우와 같이- 외부에 대하여 밀폐될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 연결 개구를 통해서, 제어챔버를 필터 하우징의 주위환경, 특히 대기환경과 연결시켜, 연통되도록 할 수 있다. 이 경우, 연결챔버 내의 압력은 주위환경의 압력에 대항하여 작용한다. 또한, 다른 실시예의 경우, 제어압력 연결부를 통해 제어압력을 제어챔버에 가할 수 있다. 이러한 제어압력은 거의 임의적으로 특정할 수 있다. 예를 들어, 대응하는 제어압력 펌프에 의해 연결된 제어장치를 제공하여, 크기가 다른 제어압력을 생성할 수 있고, 이 압력은 제어챔버에 공급될 수 있다. 제어장치는 예를 들어 하나 이상의 압력센서를 통해 유압 시스템에, 특히 필터하우징의 미정제부 또는 필터 하우징의 청정부에 연결될 수 있고, 따라서 측정된 압력에 따라 제어압력을 설정할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 중요한 특징은 하위 청구항과 도면 그리고 도면과 관련된 설명내용으로부터 이해할 수 있다.
위에서 설명한 특징과 아래에서 더욱 구체적으로 설명하는 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서, 개별적으로 설명된 조합뿐만 아니라 다른 조합으로도 사용될 수 있으며, 또는 분리하여 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 도면에서 볼 수 있고 아래에서 더욱 구체적으로 설명하며, 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 또는 기능적으로 일치하는 요소를 나타낸다.
각각의 경우에 대하여 도면으로 도시하였다:
도 1 내지 도 7은 여러가지 실시예에 대하여 바이패스 밸브의 영역에 있는 필터장치의 길이방향 단면을 각각 매우 간단히 도시하고 있는데, 각각의 도면에서, 밀폐된 상태(a)는 좌측에 도시하고 있고 열린 상태(b)는 우측에 도시하고 있다.
도 1 내지 도 7에 의하면, 필터장치(1)는 바람직하게 유체 필터장치이며 특히 오일 필터장치로서, 필터 하우징(3) 내에 있고 미정제부(raw side)(4)와 청정부(clean side)(5)를 분리하는 하나 이상의 필터 요소(2)를 포함하고 있다. 이 실시예에서, 필터 요소(2)는 링 필터 요소로 이루어져 있으며, 길이방향 중앙축(6)에 대하여 원통형으로 형성되어 있다. 화살표(7)의 방향으로, 바깥에서 안쪽으로 반경방향으로 필터 요소(2)를 통과하게되며, 미정제부(4)는 외부에 배치되어 있고 청정부(5)는 안쪽에 배열되어 있다. 또한, 필터장치(1)에는 바이패스 밸브(8)가 장착되어 있고, 바이패스 밸브는 필터 요소(2)를 우회하는데, 즉 개방된 바이패스 밸브(8)는 미정제부(4)를 청정부(5)에 연결시킨다. 바이패스 밸브(8)는 밸브부재(10)를 구비하고 있고, 밸브부재에 의해 바이패스 개구(11)를 조절할 수 있다. 이 경우, 밸브부재(10)는 좌측에 도시된 것처럼 닫힌 위치에서 바이패스 개구(11)를 밀폐하고, 개방 위치에서는 우측에 도시된 것처럼 바이패스 개구(11)를 약간 열어 놓는다. 방벽(barrier) 효과를 원하는 대로 실현하기 위해, 밸브부재(10)는 비교적 단단한 강성의 밸브 판(12)을 구비할 수 있고, 밸브 판은 바이패스 개구(11) 쪽으로 향하는 측면에 밀봉부(13)를 구비하며, 밀봉부는 예를 들어 밀봉 판으로 이루어져 있다. 바이패스 개구(11)는 또한 비드(bead)와 같은 개구 엣지(14)를 구비할 수 있으며, 이 엣지는 밸브 시트를 형성하고, 밸브부재(10)의 밀봉부(13)는 닫힌 위치에서 밸브 시트와 함께 작동한다. 개방된 밸브부재(10)에 의해, 바이패스 개구(11)는 바이패스 밸브(8)의 연결챔버(15)를 청정부(5)와 연결시키는데, 즉 이 경우에는 필터 요소(2)의 내부와 연결시킨다. 따라서, 연결챔버(15)는 연결 개구(16)를 통해서 미정제부(4)와 연통한다.
바이패스 밸브(8)는 또한 밀폐 스프링(17)을 구비하고 있다. 밀폐 스프링(17)은 탄성력 또는 밀폐하는 힘으로 밸브부재(10)에 선응력(pretension)을 가하거나 개별적으로 밸브부재가 닫힌 위치에 있게 되도록 한다. 도 1에서, 탄성력은 FD로 표시하였다. 도시된 실시예에서, 밀폐 스프링(17)은 각각 나선형 스프링으로 구성되어 있다. 그러나, 당연히 다른 스프링도, 예를 들어 판 스프링과 같은 것도 고려할 수 있다. 도 1 내지 도 3의 실시예에서, 밀폐 스프링(17)은 인장 스프링으로 이루어져 있어서, 밀폐시키는 방향으로 작용하는 인장력을 밸브부재(10)에 가한다. 이와 대조적으로, 도 4 내지 도 7의 실시예에서는, 밀폐 스프링(17)은 압축 스프링으로 이루어져 있어서, 밀폐시키는 방향으로 밸브부재에 압축력을 가한다.
또한, 바이패스 밸브(8)에는 작동장치(18)가 장착되어 있는데, 작동장치에 의해 선응력을 바꿀 수 있고, 이 선응력은 밸브부재(10)를 닫힌 위치에 있게 만들고 또한 밀폐 스프링(17)의 탄성력에 의해 완전히 또는 부분적으로 생성된다. 이를 위해, 작동장치(18)는 바람직하게 작동부재(19)를 구비하고 있고, 작동부재는 전체적으로 또는 작동영역에서만 조절될 수 있는데, 특히 스트로크를 조절할 수 있다. 밀폐 스프링(17)은 이 작동부재(19)에 지지된다. 도 1 내지 도 3의 실시예와 같이, 밀폐 스프링(17)은 작동부재(19)에 직접 지지될 수 있다. 또는, 밀폐 스프링(17)은 도 4 내지 도 7의 실시예와 같이, 연결막대(20)를 통해 작동부재(19)에 간접적으로 지지될 수도 있다.
도 1 내지 도 3은 또한, 밀폐 스프링(17)의 한쪽은 작동부재(19)에 지지되고 다른 쪽은 바이패스 개구(11)에 대하여 고정되어 있는 받침부(21)에 지지되는 실시예를 보여주고 있다. 이러한 실시예에서, 연결막대(20)는 작동부재(19)를 밸브부재(10)에 견고히 연결시키는 역할을 한다. 따라서, 작동부재(19)를 조절하면 직접적으로 밸브부재(10)를 조절하게 된다. 작동부재(19)에 가하는 힘은 또한 연결막대(20)를 통해서 밸브부재(19)에 직접적으로 전달되고, 따라서 밸브부재(10)에 작용하는 선응력이 바뀌게 된다.
이와 대조적으로, 도 4 내지 도 7의 실시예에서는, 밀폐 스프링(17)이 한쪽은 밸브부재(10)에 지지되고 다른 쪽은 연결막대(20)에 지지되어 있다. 또한, 이 실시예에서는, 연결막대(20)가 작동부재(19)와 견고히 연결되어 있어서, 작동부재(19)를 조절하면 연결막대(20)를 조절하게 되어, 연결막대 측에서 밀폐 스프링(17)의 지지부분의 위치가 바뀌고, 따라서 밀폐 스프링(17)의 선응력을 직접적으로 바꾸게 된다. 여기에 도시된 실시예에서, 밸브부재(10)는 연결막대(20)를 따라 스트로크를 조절하도록 되어 있다. 이를 위해, 연결막대(20)는 각각의 밸브부재(10)를 관통한다. 또한, 이 실시예에서, 밀폐 스프링(17)은 작동부재(19)에서 멀어지는 방향으로 밸브부재(10)의 한쪽에 배치되어 있다. 이와 달리, 앞서 기술한 도 1 내지 도 3의 실시예에서는, 밸브부재(10)와 관련하여 작동부재(19)가 놓여 있는 쪽과 같은 쪽으로 밀폐 스프링(17)이 배치되어 있다.
도 1 및 도 4의 실시예에서, 작동부재(19)는 막(22)으로 이루어져 있다. 막(22)은 한쪽이 연결막대(20)와 견고히 연결되어 있고, 다른 쪽이 필터 하우징(3)에 대하여 고정되어 있다. 연결막대(20)에 견고히 연결되어 있는 막(22)의 중앙의 작동 영역이 필터 하우징(3)에 대하여 조절될 수 있는 한, 특히 스트로크가 조절될 수 있는 한, 막은 가요성이 있다. 예를 들어, 막(22)은 금속 시트로 제조된다. 유사하게, 막(22)은 플라스틱으로 제조될 수도 있다. 연결챔버(15)와 제어챔버(23)의 압력차이가 막(22)에 작용하여 조절이 이루어지도록 하기 위해, 막(22)은 압력에 견딜 수 있도록 연결챔버(15)와 제어챔버(23)를 분리시키고 있다.
도 1 및 도 4의 실시예에서, 제어챔버(23)는 압력 셀(24) 내에 구성되어 있으며, 압력 셀에 막(22)이 설치되어 있다. 압력 셀(14)은 막(22)과 함께 제어챔버(23)를 완전히 둘러싸고, 따라서 제어챔버는 외부에 대하여 밀폐된다. 여기에 도시한 바람직한 실시예에 따르면, 압력 셀(24)은 또한 분할 벽(25)을 구비하고, 분할 벽은 바이패스 개구(11)를 포함한다. 또한, 연결챔버(15)는 압력 셀(24) 내부에 형성되어 있다. 이와 관련하여, 압력 셀(24)은 완전한 바이패스 밸브(8)를 포함하고 있다. 즉, 바이패스 밸브(8)는 압력 셀(24)에 통합되어 있다. 압력 셀(24)과 바이패스 밸브(8)는 밸브 조립체(26)를 형성하고, 밸브 조립체는 필터 하우징(3)에 대하여 별개의 요소이며 특히 필터 하우징(3)과 상관없이 독립적으로 장착될 수 있다. 도시된 도 1 및 도 4의 실시예에서, 이 밸브 조립체(26)는 필터 요소(2)에 배치되어 있다. 필터 요소(2)와 밸브 조립체(26)는 별개의 요소들을 형성하며, 이 요소들은 서로에 대하여 가깝게 설치되어 있다. 예를 들어, 필터 요소(2)는 내부 엣지(27)를 구비할 수 있고, 필터 물질(28)이 안쪽으로 방사상으로 내부 엣지에 안착되어 있다. 필터 물질(28)은 단부 디스크(20)에 축방향으로 배열되어 있고, 단부 디스크는 방사상으로 개방되어 있고 단부 디스크에 대항하여 밸브 조립체(26)가 설치되어 있다. 예를 들어, 분할 벽(25)을 갖고 있는 압력 셀(24)의 원통형 섹션으로, 밸브 조립체(26)는 축방향으로 단부 디스크(29)의 개구 안으로 또는 개별적으로 내부 엣지(27) 안으로 삽입되어 있다. 유사하게, 필터 요소(2)에 밸브 조립체(26)를 일체로 형성할 수 있다. 예를 들어, 단부 디스크(29)는 압력 셀(24)에 일체로 형성될 수 있다.
밸브 조립체(26)가 필터 요소(2)에 설치되든, 아니면 필터 요소에 일체로 형성되든, 밸브 조립체(26)와 필터 요소(2)는 밸브/필터 유닛(30)을 형성할 수 있고, 밸브/필터 유닛은 완전히 미리 조립될 수 있고 필터 하우징(3)에 하나의 유닛으로 통합될 수 있고, 또한 유닛으로서 교환될 수 있다. 이로써 밸브 장치(1)를 쉽게 장착할 수 있게 된다.
도 2, 도 3 및 도 5 내지 도 7의 실시예에서, 작동부재(19)는 피스톤(31)으로 이루어져 있다. 피스톤(31)은 실린더(32)에서 스트로크를 조절할 수 있도록 설치되어 있다. 이 예에서, 실린더(32)는 필터 하우징(3)에 일체로 형성되어 있다. 유사하게, 필터 하우징(3)에 통합되어 있는 별도의 하우징에 실린더(32)가 형성되어 있는 실시예를 고려할 수도 있다.
도 2, 도 5 및 도 6의 실시예에 따르면, 실린더(32)에서 피스톤(31)은 위에서 설명한 막(22)처럼 연결챔버(15)를 도면부호 23으로 표시된 제어챔버와 분리한다. 제어챔버(23)와 연결챔버(15) 사이의 압력차에 따라, 스트로크 또는 피스톤(31)의 각각의 작동시키는 힘이 생성되며, 이는 도 2 및 도 3의 실시예에서는 밸브부재(10)의 위치에 직접적인 효과가 있고, 또한 도 5 및 도 6의 실시예에서는 밀폐 스프링(17)의 선응력에 영향을 미친다.
도 2에 도시된 실시예에서, 제어챔버(23)는 하나 이상의 연결 개구(33)를 통해 연통하는 방식으로 필터 하우징(3)의 주위환경(23)과 연결되어 있다. 이 주위환경(23)은 보통 대기로 이루어져 있고, 따라서 약 1 바(bar)의 대기압이 형성되어 있다.
한편, 도 3, 도 5 및 도 6의 실시예에서는, 하나 이상의 제어압력 연결부(35)가 구비되어 있고, 이 연결부를 통해 제어챔버(23)는 제어압력의 영향을 받을 수 있다. 이를 위해, 도 5에 의하면, 제어압력 펌프(36)가 제공될 수 있고, 이 펌프는 적절히 제어압력 연결부(35)에 연결되어 있고 또한 흡입측에 연결, 예를 들어 주위환경(34)에 다시 연결되어 있다. 펌프(36)를 작동시키기 위해, 제어장치(37)를 제공할 수 있고, 제어장치를 통해서 제어압력 P3을 설정할 수 있다. 이를 위해, 제어장치(37)는 펌프(36)를 작동시키는 입력신호에 따라, 대응하는 제어라인을 통해 입력측에서 입력신호를 수신한다. 예를 들어, 제어장치(37)는 압력센서(38)에 연결될 수 있으며, 압력센서는 미정제부에서 압력을 감지한다. 이런식으로, 제어압력, 즉 제어챔버(23) 내의 압력은 미정제부의 압력에 따라 설정될 수 있다. 제어압력은 공압식으로 또는 유압식으로 생성될 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 5 내지 도 7의 실시예에서, 실린더(32)는 필터 하우징(3)에 일체로 형성되어 있고, 밀폐부(39)에 의해 밸브부재(10)와 이격되어 있거나 밸브부재에서 멀어지는 쪽에서 실린더(32)가 닫혀 있고, 이를 위해 밀폐부는 예를 들어 필터 하우징(3)에 나사결합식으로 고정될 수 있다. 여기에서 밀봉부는 도면부호 40으로 표시되어 있으며, 밀폐부(39)와 필터 하우징(3) 사이에 축방향으로 배열될 수 있다.
도 2에서, 연결 개구(33)는 필터 하우징(3)의 벽을 통해 가이드된다. 도 5 및 도 6의 실시예에서, 제어압력 연결부(35)는 필터 하우징(3)의 벽을 통해 가이드된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 제어압력 연결부(35)는 밀폐부(39)를 통해 가이드되며, 밀폐부(39)는 이중 기능을 가지고 있는데, 이는 한편으로는 밀폐부가 실린더(32)를 닫고 다른 한편으로는 밀폐부가 압력 연결부(35)를 구비하기 때문이다.
도 6에 도시된 실시예는 도 5에 도시된 실시예와 다르며, 특히 작동부재 스프링(41)이 다르다. 작동부재 스프링은 밀폐 스프링(17)에 의해 생성되는 선응력을 증가시키는 방향으로 작동부재(19)에, 여기에서는 피스톤(31)에 선응력을 가한다. 이를 위해, 작동부재 스프링(41)은 제어압력 챔버(23)에 배치되어 있어서, 제어압력 챔버(23)로부터 피스톤(31)에 작용하는 힘을 증가시킨다. 도 7은 실린더(32) 내의 피스톤(31)이 제1 제어챔버(42)를 제2 압력챔버(43)와 분리시키는 실시예를 나타낸다. 여기에서, 두 제어챔버(42, 43)는 연결챔버(15)와 유체적으로 연결이 해제되어 있다. 이는 제어챔버(42, 43) 모두 연결챔버(16)와 연통하는 연결부를 갖고 있지 않다는 것을 의미한다. 이를 위해, 연결막대(20)는 가이드 보어(44)를 통과하며, 가이드 보어는 필터 하우징(3)의 베이스에 들어간다. 연결챔버(15)에 대하여 제1 제어챔버(42)를 밀봉하도록, 가이드 보어(44)의 영역에, 밀봉부(45)가 제공될 수 있다. 제1 제어챔버(42)는 제1 제어압력 연결부(51)를 통해 제1 제어압력에 의해 작동될 수 있다. 제2 제어챔버(43)는 제2 제어압력 연결부(52)를 통해 제2 제어압력에 의해 작동될 수 있다. 두 제어압력의 차이에 의해서, 피스톤(31)에 작용하는 힘이 설정될 수 있고, 이는 결국 밀폐 스프링(17)의 선응력을 증가시키거나 감소시킬 수 있도록 하기 위함이다. 기본적으로, 주위환경(34)에 대하여 두 제어압력 연결부(51, 52) 중 하나를 개방시켜 놓을 수 있고, 따라서 각각의 제어압력 연결부(51, 52)는 주위환경(34), 특히 대기환경(34)에 대하여 연결 개구의 역할을 한다.
도 4 내지 도 6의 실시예에서, 작동장치(18)에는 단부 정지부(46)가 설치되어 있고, 한편 이 단부 정지부를 아래에서는 제1 단부 정지부(46)로 지칭하도록 한다. 제1 단부 정지부(46)는 밸브부재(10)를 밀폐 위치에 놓이게 하는 선응력을 증가사키는 방향으로 작동부재(19)의 조절경로를 형성하는 역할을 한다. 도 4에서, 제1 단부 정지부(46)는 막(22)의 반대편에 있는 압력 셀(24)의 베이스에 의해 형성된다. 연결막대(20)는 제1 단부 정지부(46)에 대항하여 정면에 놓여 있게 된다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서, 제1 단부 정지부(46)는 밀폐부(39)에 개별적으로 형성되어 있고, 밀폐부에 대항하여 각각의 피스톤(31)은 정지 요소(47)를 통해 정지하게 된다. 또한, 도 4 내지 도 6의 실시예는 추가 단부 정지부, 즉 제2 단부 정지부(48)를 도시하고 있는데, 이 정지부는 반대방향, 즉 밸브부재(10)가 닫힌 위치에 있도록 만드는 선응력을 줄이는 방향으로, 작동부재(19)의 조절경로를 형성한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 제2 단부 정지부(48)는 슬리브(49)에 형성되어 있고, 슬리브는 연결막대(20)에 대하여 동축으로 배열되어 있고 필터 하우징(3)에 대하여 고정되어 있다. 예를 들어, 슬리브(49)는 분할 벽(25)에 의해 지지되며, 예를 들어 받침부(21)에 지지된다. 도 5 및 도 6의 실시예에서, 제2 단부 정지부(48)는 하우징에 고정되어 있는 받침부(21)에 의해 형성되며, 연결막대(20)는 환형 계단부(50)를 구비하고 있고, 환형 계단부는 받침부(21)와 함께 또는 개별적으로 제2 단부 정지부(48)와 협동한다.
여기에서 제시된 필터장치(1)는 다음과 같이 작동한다:
도 1에 의하면, 고정된 바이패스 밸브(8)가 필터요소(2)에 장착되어 있다. 바이패스 밸브(8)는 밸브 케이지에 의해 둘러싸여 있고, 밸브 케이지는 연결챔버(15)를 둘러싸며 연결 개구(16)를 구비하고 있다. 밸브 케이지의 베이스는 필터요소(2)에서 멀어지는 쪽으로 향하며, 압력 셀(24)에 의해 형성되어 있다. 막(22)은 연결막대(20)에 견고히 연결되어 있고, 이 연결막대(20)는 또한 밸브(8)의 샤프트로서 지정될 수도 있다. 연결막대(20)는 각각의 밸브 시트에 대한 밀폐 스프링(17)의 힘 FD에 의해 판으로 구성된 밸브부재(10)를 잡아당기고, 밸브시트는 바이패스 개구(11)의 개방 엣지(14)에 의해 형성된다. 밸브부재(10)는 밸브(8) 또는 바이패스 개구(11)를 계속 닫혀있게 한다. 압력 셀(24)은 제어챔버(23)에서 제어압력 P3의 영향을 받고, 제어압력은 예를 들어 1 바(bar) 정도일 수 있다. 일반적으로 작동할 때, 필터 하우징(3)은 미정제부에서 내부압력 P1에 의해 영향을 받고, 내부압력은 예를 들어 10 바(bar)일 수 있다. 내부압력 P1은 또한 압력 셀(24)에서, 연결챔버(15) 쪽을 향하여 막(22)의 바깥쪽에 작용한다. 이로써, 압력 FM이 생성되며, 압력은 힘의 차이값 FP1 - FP3으로부터 형성된다. 이러한 힘은 압력차 P1 - P3로부터 나오는 힘이다. 막(22)에 가해지는 이러한 힘 FM은 밸브부재(10)에 대한 밀폐 스프링(17)의 닫는 힘 FD에 작용한다. 시스템 압력이 변하면, 즉 미정제부에서의 압력 P1, 예를 들어 2.5 바(bar) 정도인 장치가 정지된 상태의 압력이 변하면, 연결막대(20)에서의 막의 힘 FM이 줄어들고 또한 바이패스 밸브(8)의 여는 압력도 줄어든다. 밸브(8)의 닫는 힘이 늘거나 줄어드는 것은, 밸브부재(10)의 표면에 대한 막의 표면의 비율로부터 계산할 수 있다. 압력이 필터요소(2)의 청정부(5)의 P2로부터 떨어지고 따라서 밸브부재(10)에서의 힘 FP4이 힘들 FP2, FD 및 FM의 합을 초과하는 경우, 바이패스 밸브(8)가 개방된다.
도 2의 실시예에서, 바이패스 밸브(8)는 필터 하우징(3)에 통합되어 있고, 따라서 필터 요소(2)와 교환되지 않는다. 압력 셀(24) 내에서 막(22)의 기능은 실린더(32) 내의 피스톤(31)에 의해 이루어진다.
도 3의 실시예에서, 제어압력 P3는 작동조건에 맞추어지도록 변할 수 있다. 제어압력 P3를 증가시키면 밸브 개방 압력이 낮아진다. 이것은 밸브부재(10)가 미정제부와 청정부 사이에 약간의 압력차이가 있는 경우에 벌써 개방되는 것을 의미한다. 제어압력 P3는 공압식으로 또는 유압식으로 가해질 수 있다.
도 4의 실시예에서, 밀폐 스프링(17)의 스프링 행정(travel)은 기계적인 정지부(46) 또는 기계적인 정지부(48)에 의해 각각 결정되거나 이루어진다. 정지 상태 또는 작동하지 않고 있는 상태에서, 막(22)은 밀폐 스프링(17)에 의해 상부 정지부 또는 제2 정지부(48)에 대항하여 끌려나온다. 스프링 행정 S1은 길고 따라서 탄성력 F1은 낮고, 그 결과 이 경우에는 밸브 개방 압력이 낮다. 이러한 상황은 도 4b에서 볼 수 있다. 미정제부의 시스템 압력은 P1 .1이다. 청정부의 압력은 P2 .1이다.
시스템 압력이 미정제부에서 증가하여 증가된 압력인 P1 .2가 되면, 막(22)은 압력 셀(24) 쪽으로 가압된다. 소정의 압력에서 출발하여, 하부 정지부 또는 제1 정지부(46)에서의 단부 위치에 도달하게 된다. 청정부의 압력은 P2 .2가 된다. 스프링 행정 S2는 이제 짧고 따라서 탄성력 F2는 높다. 따라서, 밸브 개방 압력도 높게 설정된다.
경로 S1과 경로 S2사이의 스프링 행정을 통해서, 밸브 개방 압력은 낮은 시스템 압력과 관련된 값으로 설정될 수 있다. 시스템 압력이 증가할 때, 밀폐 스프링(17)은 하부 정지부 또는 제1 정지부(46)에서, 막(22)의 특정 위치까지 선응력을 받을 수 있다. 따라서, 더 높은 밸브 개방 압력이 유효하다. 시스템 압력을 더 증가시킨다고 해서 밸브 개방 압력은 변하지 않는다.
도 5에 도시된 실시예는 도 4의 실시예와 거의 일치하지만, 압력제어가 막(22)을 통해 일어나지 않고, 피스톤(31)을 통해 이루어진다. 동시에, 이 실시예에서는, 제어압력 연결부(35)를 통해서 제어압력 P3를 특정한다.
도 6의 실시예에서, 피스톤(31)은 추가로 제공되는 작동부재 스프링(41)에 의해 구동되어 제2 단부 정지부(48)와 관련된 상단부 위치로 이동되어, 시스템 압력이 가하는 피스톤 힘이 작동부재 스프링(41)의 탄성력과 밀폐 스프링(17)의 탄성력을 초과할 때까지 고정되고, 피스톤(31)을 제1 단부 정지부(46)의 방향으로, 즉 여기서는 하부 위치로 구동시킨다. 밸브(8)의 변환 압력은 피스톤 표면과 작동부재 스프링(41)의 탄성력에 의해 결정된다. 낮은 압력으로부터, 증가된 밸브 개방 압력으로의 변화는 더 작아진다.
도 7의 실시예에서, 밀폐 스프링(17)의 선응력은 제어챔버(42, 43) 사이의 압력차에 의해 변한다. 압력차를 변화시킴으로써, 피스톤(31)의 위치 또는 피스톤의 힘과 밸브부재(10)에 작용하는 선응력을 설정할 수 있다.
이 실시예에서, 상술한 내용은 밀폐 스프링(17)의 장력을 증가시키거나 감소시킴으로써, 즉 탄성력을 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 또는, 이러한 유형의 구성에 있어서, 밀폐 스프링(17)이 필요 없을 수도 있고, 작동장치(18)를 통해서만 밸브부재(10)에서 작용하고 설정될 수 있는 선응력을 생성할 수 있다.
두 제어챔버(42, 43)에 대한 간단한 실시예에서, 각각의 제어챔버(42, 43)에 미리 정한 제어압력을 번갈아 가면서 가하고, 각각의 나머지 제어챔버(42, 43)는 주위환경(34) 쪽으로 압력이 경감된다. 따라서, 이러한 두 개의 설정상태 사이에서 밸브 개방 압력도 달라질 수 있다.

Claims (14)

  1. 필터장치, 특히 유체 필터장치, 바람직하게는 오일 필터장치로서,
    - 필터 하우징(3)에서 미정제부(4)과 청정부(5)를 분리하는 하나 이상의 필터 요소(2)와,
    - 하나 이상의 필터 요소(2)를 우회하는 바이패스(9)를 조절하는 바이패스 밸브(8)를 구비하고,
    - 상기 바이패스 밸브(8)는 바이패스 개구(11)를 조절하는 밸브부재(10)를 구비하며, 바이패스 개구는 미정제부(4)와 유체가 흐르도록 연결되어 있는 바이패스 밸브(8)의 연결챔버(15)를 유체가 흐르도록 상기 청정부(5)에 연결시키고,
    - 상기 밸브부재(10)는 밀폐 스프링(17)에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 선응력에 의해 바이패스 개구(11)를 닫는 밀폐 위치에 놓이도록 하고,
    - 상기 바이패스 밸브(8)는 밸브부재(10)에 작용하는 선응력을 바꾸는 작동장치(18)를 구비하고 있는 필터장치에 있어서,
    상기 작동장치(18)는 하나 이상의 제어챔버(23;42,43)와 연결되어 있고, 제어챔버(23) 내에서 작용하는 제어압력(P3)에 따라 밸브부재(10)에 작용하는 선응력을 설정하는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제어장치(18)는 작동부재(19)를 구비하며, 상기 작동부재에 의해 제어챔버(23)는 유체가 흐르지 않도록 연결챔버(15)와 분리되며, 상기 작동부재는 밸브부재(10)에 작용하는 선응력을 바꾸도록 연결챔버(15)와 제어챔버(23) 사이의 압력차이에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어챔버(23)는 밀폐되거나, 필터 하우징(3)의 주위환경(34)과 연통하거나, 제어압력(P3)을 설정하기 위해 제어장치(37)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  4. 제2항에 있어서,
    밀폐 스프링(17)은 연결막대(20)에 의해 간접적으로 지지되거나 작동부재(19)에 의해 직접적으로 지지되고, 특히 밀폐 스프링(17)은 한쪽이 작동부재(19)에서 지지되고 다른 쪽이 바이패스 개구(11)에 대하여 고정된 받침부(21)에서 지지되고,
    작동부재(19)를 조절하면 밸브부재(10)가 조절되도록 또는 밀폐스프링(17)의 한쪽이 밸브부재(10)에 지지되고 다른 쪽은 연결막대(20)에 지지되도록, 상기 연결막대(20)는 작동부재(19)를 밸브부재(10)에 견고히 연결시키고,
    작동부재(19)를 조절하면 밀폐스프링(17)의 선응력이 변하도록 상기 연결막대(20)는 작동부재(19)와 견고히 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밸브부재(10)는 연결막대(20)를 따라 스트로크가 조절되며, 밀폐 스프링(17)과 작동부재(19)는 밸브부재(10)를 기준으로 반대측에 배치되어 있거나, 작동부재(19)와 밀폐 스프링(17)은 밸브부재(10)를 기준으로 같은 쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 부재(19)는 연결챔버(15)와 제어챔버(23)를 분리시키는 막(22)인 것을 특징으로 하는 필터장치.
  7. 제6항에 있어서,
    - 상기 제어챔버(23)는 압력 셀(24) 내에 형성되어 있고, 압력 셀에는 막(22)이 배열되어 있고, 특히 제어챔버(23)는 압력 셀(24) 내에 밀폐되어 있고, 및/또는,
    - 상기 압력 셀(24)은 연결챔버(15)와, 바이패스 개구(11)를 포함하는 분할 벽(25)을 더 구비하고, 및/또는
    - 상기 압력 셀(24)과 바이패스 밸브(8)는 필터 하우징(3)에 대하여 별도의 밸브 조립체(26)를 형성하는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  8. 제7항에 있어서,
    - 상기 밸브 조립체(26)는 제1 필터 요소(2)에 배치되어 있고, 및/또는
    - 상기 밸브 조립체(26)와 상기 필터 요소(2)는 밸브/필터 유닛(30)을 형성하며, 상기 밸브/필터 유닛은 필터 하우징(3)에 교환식으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 부재(19)는 피스톤(31)이며, 상기 피스톤은 실린더(32) 내에서 스트로크를 조절하도록 배치되어 있고, 실린더(32) 내에서 연결챔버(15)를 제어챔버(23)와 분리하는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  10. 제9항에 있어서,
    - 상기 실린더(32)는 필터 하우징(3)에 일체로 형성되어 있고, 및/또는
    - 상기 제어챔버(23)는 연결 개구(33)를 통해 필터 하우징(3)의 주위환경(34), 특히 대기환경과 연통하도록 연결되거나, 제어 압력 연결부(35)를 통해 제어 압력에 의해 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  11. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동장치(18)는 작동부재(19)를 구비하고, 상기 작동부재는 밸브부재(10)에 작용하는 선응력을 변경시키도록 조절되고, 상기 작동부재는 실린더(32) 내에서 제1 제어챔버(42)와 제2 제어챔버(43)를 분리시키는 피스톤(31)으로 구성되어 있고, 제1 제어챔버와 제2 제어챔버는 모두 연결챔버(15)와 유체의 흐름과 관련하여 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  12. 제11항에 있어서,
    하나의 제어챔버(42)에는 제어압력 연결부(46)를 통해 제어압력이 가해지고, 다른 제어챔버(43)는 연결 개구를 통해 필터 하우징(3)의 주위환경(34), 특히 대기환경과 연통하도록 연결되어 있거나, 추가 제어압력 연결부(47)를 통해 동일한 제어압력 또는 다른 제어압력의 영향을 받는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  13. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    작동 부재 스프링(41)을 구비하며, 상기 스프링은 선응력을 증가시키는 방향으로 작동 부재(19)에 선응력을 가하는 것을 특징으로 하는 필터장치.
  14. 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    - (제1) 단부 정지부(46)가 선응력을 증가시키는 방향으로 작동 부재(19)의 조절 경로를 형성하도록 구비되어 있고,
    - (제2) 단부 정지부(48)가 선응력을 감소시키는 방향으로 작동 부재(19)의 조절 경로를 형성하도록 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 필터장치.
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