WO2003098011A1 - Filter zum einsatz in einem strömenden, viskosen medium - Google Patents

Filter zum einsatz in einem strömenden, viskosen medium Download PDF

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Udo Diehl
Simon Kieser
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Robert Bosch Gmbh
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D27/00—Cartridge filters of the throw-away type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D27/00—Cartridge filters of the throw-away type
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    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/10—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant venting or purifying means, e.g. of filters

Definitions

  • the invention relates to a filter for use in a flowing, viscous medium, in particular in the flow of a hydraulic oil pump for an electrohydraulic valve control, according to the preamble of claim 1.
  • the high-pressure hydraulic oil for controlling the hydraulic actuators actuating the gas exchange valves in the combustion cylinders of the internal combustion engine is made available by a high-pressure pump that works with hydraulic oil from a Hydraulic oil reservoir is supplied either directly by suction or indirectly via a pre-feed pump.
  • a hydraulic oil filter is usually arranged on the inlet side of the high-pressure pump in order to separate dirt particles contained in the hydraulic oil.
  • the filter according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the viscous flowing through the filter element of the filter by the electric heating device
  • the filter housing has a pot shape and is divided by the filter element into a hollow cylindrical, outer filter chamber and into a cylindrical, inner filter chamber.
  • a preferably ring-shaped electrode for applying a voltage potential of a heating voltage is arranged on each end face of the filter housing, from which electrically conductive current bars spaced apart from one another extend axially over the filter element.
  • the heating device has a plurality of heating wires, which are arranged on the surface of the filter element and in each case between the Current bars of one electrode and the current bars of the other electrode are spanned.
  • FIG. 1 is a perspective view of a filter for an electro-hydraulic valve control
  • FIG. 2 shows a detail of a plan view in the direction of arrow II in FIG. 2 of a development of a heating device integrated in the filter
  • FIG. 3 shows a section of the filter along the line III - III in FIG. 2.
  • the filter shown in Fig. 1 is used in an electro-hydraulic valve control of gas exchange valves in internal combustion engines, as described for example in DE 198 26 047 AI.
  • hydraulic oil is clamped to high pressure by a high-pressure pump.
  • the hydraulic oil is from a hydraulic oil reservoir sucked.
  • the high-pressure pump is often preceded by a pre-feed pump which conveys the hydraulic oil from the hydraulic oil reservoir to the high-pressure pump.
  • the filter shown in FIG. 1 is arranged on the inlet side of the high-pressure pump, that is to say between the prefeed pump and the high-pressure pump.
  • the filter has a cup-shaped filter housing 11 with an inlet 12 and an outlet 13, which are identified in FIG. 1 by flow arrows
  • FIG. 3 shows sections of the jacket of the filter housing 11 is double-walled and the annular cavity between the two housing walls 111 and 112 is filled with a heat insulating material 14. Inside the filter housing 11 is a
  • Filter element 15 arranged concentrically, which separates the inlet 12 from the outlet 13.
  • the filter element 15 consists of a flat, band-shaped filter material, which lies folded in a star shape in a circular shape in the filter housing 11 and divides the filter housing 11 into a hollow cylindrical outer filter chamber 16 and a cylindrical inner filter chamber 17.
  • the outer filter chamber 16 is connected to the inlet 12 on the filter housing 11 and the inner filter chamber 17 is connected to the outlet 13 on the filter housing 11.
  • the filter element 15 is provided with an electric heating device 18, to which a heating voltage 19, here a direct voltage, is applied, which is taken off, for example, in a control unit 20 for the electro-hydraulic valve control.
  • the electric heater 18 includes a plurality of heater wires 25, which are distributed over the filter element 15 and are arranged on the surface of the filter element 15, specifically on the side of the filter element 15 facing the outer filter chamber 16.
  • the heating device 18 has an upper electrode 21, which is at the plus potential of the heating voltage 19, and a lower electrode 22, which is at the minus or ground potential of the heating voltage 19 lies.
  • Current bars 23, 24 are arranged so that they are approximately the same distance apart as seen in the circumferential direction.
  • the two electrodes 21, 22 are designed as electrically conductive ring surfaces which are arranged on the end faces of the filter housing 11.
  • the current webs 23, 24 striving at right angles to this are designed in the exemplary embodiment shown as rods with a circular cross section, but can also have a flat cross section.
  • the two electrodes 21, 22 are preferably manufactured with their current bars 23, 24 in one piece as a lead frame. Between each of the current bars 23, 24 of the upper and lower electrodes 21, 22, a heating wire 25 is stretched, which - as shown in FIG. 2 - runs in a zigzag shape between the two current bars 23, 24. The peaks or vertices of the heating wire 25 are electrically contacted on the one hand on the power web 23 and on the other hand on the power web 24. Alternatively, it is possible to give the heating wires 25 a meandering course between the current bars 23, 24, the apices of the meandering arches again being fixed in an electrically conductive manner on the current bars 23, 24.
  • the hydraulic oil is very viscous, so it has a high viscosity.
  • the electrical heating device 18 in the filter is switched on together with the high-pressure pump in a preliminary phase. The current flows from the top
  • the discharged from the hydraulic oil reservoir cold hydraulic oil flow is heated by the heating wires 25 and filtered by the lying behind filter element 15 so that can be supplied by an appropriate heating time of the filtered and heated volume flow without pressure loss • by increased filter resistance of the high-pressure pump.
  • the heat-insulating material 14 in the double-walled jacket of the filter housing 11 improves the heating power of the electric heating device 18.
  • the filter described is not limited to use with an electro-hydraulic valve control. So it can be used wherever viscous media
  • Liquids or gases that have a viscosity that depends on the operating temperature.
  • An example of a further use is the use as a fuel filter for diesel injection systems.

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Abstract

Es wird ein Filter zum Einsatz in einem strömenden, viskosen Medium, insbesondere im Förderstrom einer Hydrauliköl fördernden Pumpe für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung, angegeben, der ein Filtergehäuse (11) mit einem Ein- und Auslass (12, 13) sowie ein im Filtergehäuse (11) zwischen Ein- und Auslass (12, 13) angeordnetes Filterelement (15) ausweist. Zur Aufrechterhaltung einer guten Filterwirkung und Reduzierung des Strömungswiderstands im Filter bei tiefen Temperaturen ist das Filterelement (15) mit einer elektrischen Heizvorrichtung (18) versehen.

Description

Filter zum Einsatz in einem strömenden, viskosen Medium
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Filter zum Einsatz in einem strömenden, viskosen Medium, insbesondere im Förderstrom einer Hydrauliköl fördernden Pumpe für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung, wie sie beispielsweise in der DE 198 26 047 AI beschrieben ist, wird das unter Hochdruck stehende Hydrauliköl zur Ansteuerung der die Gaswechselventile in den Verbrennungszylindern der Brennkraftmaschine betätigenden, hydraulischen Aktoren von einer Hochdruckpumpe zur Verfügung gestellt, die mit Hydrauliköl aus einem Hydraulikölreservoir entweder direkt durch Ansaugen oder indirekt über eine Vorförderpumpe versorgt wird. Auf der Einlaßseite der Hochdruckpumpe ist in der Regel ein Hydraulikölfilter angeordnet, um in dem Hydrauliköl enthaltene Schmutzpartikel auszuscheiden. Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die elektrische Heizvorrichtung das das Filterelement des Filters durchströmende, viskose
Medium, insbesondere das Hydrauliköl, erwärmt und so die bei tiefen Temperatur zunehmende Viskosität des Mediums deutlich reduziert wird. Dadurch sinkt der Durchflußwiderstand des Filters und Druckverluste im Förderstrom werden vermieden. Die Filterfunktion bleibt auch bei tiefen Temperaturen erhalten. Die Integration der Heizvorrichtung in den Filter spart einerseits zusätzlichen Einbauraum für die Heizung im Mediumstrom und gewährleistet andererseits durch die große Fläche des Filterelements einen intensiven Wärmeübergang, so daß die Heizvorrichtung einen sehr guten Wirkungsgrad aufweist .
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Filters möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Filtergehäuse Topfform auf und ist durch das Filterelement in eine hohlzylindrische, äußere Filterkammer und in eine zylindrische, innere Filterkammer unterteilt. An jeder Stirnseite des Filtergehäuses ist eine vorzugsweise ringförmige Elektrode zum Anlegen eines Spannungspotentials einer Heizspannung angeordnet, von der aus sich voneinander beabstandete, elektrisch leitende Stromstege axial über das Filterelement erstrecken. Die Heizvorrichtung weist eine Vielzahl von Heizdrähten auf, die auf der Oberfläche des Filterelements angeordnet sind und jeweils zwischen den Stromstegen der einen Elektrode und den Stromstegen der anderen Elektrode aufgespannt sind. Durch diese Maßnahmen wird eine konstruktiv und 'fertigungstechnisch einfache Ausführung des Filters mit Heizvorrichtung erzielt, die einen sehr guten Wärmeübergang von der Heizvorrichtung zu dem das Filterelement durchströmenden Medium gewährleistet.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Filters für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung,
Fig. 2 ausschnittweise eine Draufsicht in Richtung Pfeil II in Fig. 2 einer Abwicklung einer im Filter integrierten Heizvorrichtung,
Fig. 3 ausschnittweise einen Schnitt des Filters längs der Linie III - III in Fig. 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der in Fig. 1 dargestellte Filter findet in einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen Verwendung, wie sie beispielsweise in der DE 198 26 047 AI beschrieben ist. Zur Druckversorgung der die Gaswechselventile betätigenden, hydraulischen Aktoren wird von einer Hochdruckpumpe Hydrauliköl auf Hochdruck gespannt. Das Hydrauliköl wird aus einem Hydraulikölreservoir angesaugt. Häufig ist der Hochdruckpumpe eine Vorförderpumpe vorgeschaltet, die das Hydrauliköl aus dem Hydraulikölreservoir zur Hochdruckpumpe fördert. Auf der Einlaßseite der Hochdruckpumpe, also zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe, ist der in Fig. 1 dargestellte Filter angeordnet .
Der Filter weist ein topfförmiges Filtergehäuse 11 mit einem Einlaß 12 und einem Auslaß 13 auf, die in Fig. 1 durch Strömungspfeile kenntlich gemacht sind.. Wie die
Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 ausschnittweise zeigt, ist der Mantel des Filtergehäuses 11 doppelwandig ausgeführt und der ringförmige Hohlraum zwischen den beiden Gehäusewände 111 und 112 ist mit einem wärmeisolierenden Material 14 ausgefüllt. Im Innern des Filtergehäuses 11 ist ein
Filterelement 15 konzentrisch angeordnet, das den Einlaß 12 vom Auslaß 13 trennt. Das Filterelement 15 besteht aus einem flachen, bandförmigen Filterwerkstoff, der sterngefaltet in Kreisform im Filtergehäuse 11 einliegt und das Filtergehäuse 11 in eine hohlzylindrische äußere Filterkammer 16 und eine zylindrische innere Filterkammer 17 unterteilt. Im gezeigten Ausführungsbeispiels des Filters steht die äußere Filterkammer 16 mit dem Einlaß 12 am Filtergehäuse 11 und die innere Filterkammer 17 mit dem Auslaß 13 am Filtergehäuse 11 in Verbindung.
Das Filterelement 15 ist mit einer elektrischen Heizvorrichtung 18 versehen, an der eine Heizspannung 19, hier eine Gleichspannung, anliegt, die beispielsweise in einem Steuergerät 20 für die elektrohydraulische Ventilsteuerung abgenommen ist. Die elektrische Heizvorrichtung 18 umfaßt eine Vielzahl von Heizdrähten 25, die über das Filterelement 15 verteilt sind und auf der Oberfläche des Filterelements 15, und zwar auf der der äußeren Filterkammer 16 zugekehrten Seite des Filterelements 15, angeordnet sind. Wie in der Abwicklung der elektrischen Heizvorrichtung 18 gemäß Fig. 2 zu sehen ist, weist die Heizvorrichtung 18 eine obere Elektrode 21, die an dem Pluspotential der Heizspannung 19 liegt, und eine untere Elektrode 22 auf, die an dem Minus- oder Massepotential der Heizspannung 19 liegt. Von der oberen Elektrode 21 erstrecken sich voneinander beabstandete, elektrisch leitende Stromstege 23 axial über das Filterelement 15, und von der unteren Elektrode 22 erstrecken sich gleiche Stromstege 24, die wiederum in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, ebenfalls axial über das Filterelement 15. Die paralell verlaufenden Stromstege 23, 24 sind so angeordnet, daß sie in Umfangsrichtung gesehen etwa einen gleichen Abstand voneinander aufweisen. Die beiden Elektroden 21, 22 sind, wie dies in Fig. 3 für die untere Elektrode 22 zu sehen ist, als elektrisch leitenden Ringflächen ausgeführt, die an den Stirnseiten des Filtergehäuses 11 angeordnet sind. Die davon rechtwinklig abstrebenden Stromstege 23, 24 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stäbe mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet, können jedoch auch einen Flachquerschnitt aufweisen. Bevorzugt werden die beiden Elektroden 21, 22 mit ihren daran einstückigen Stromstegen 23, 24 als Stanzgitter gefertigt. Zwischen jeweils den Stromstegen 23, 24 der oberen und unteren Elektrode 21, 22 ist ein Heizdraht 25 aufgespannt, der - wie in Fig. 2 dargestellt ist - zickzackförmig zwischen den beiden Stromstegen 23, 24 verläuft. Die Spitzen oder Scheitelpunkte des Heizdrahts 25 sind einerseits an dem Stromsteg 23 und andererseits an dem Stromsteg 24 elektrisch kontaktiert. Alternativ ist es möglich, den Heizdrähten 25 zwischen den Stromstegen 23, 24 einen mäanderförmigen Verlauf zu geben, wobei wiederum die Scheitelpunkte der Mäanderbögen an den Stromstegen 23, 24 elektrisch leitend festgelegt sind.
Bei niedrigen Temperaturen (z.B. -30°C) ist das Hydrauliköl sehr dickflüssig, hat also eine große Viskosität. Beim Start der Brennkraftmaschine wird in einer Vorphase zusammen mit der Hochdruckpumpe die elektrische Heizvorrichtung 18 im Filter eingeschaltet. Der Strom fließt von der oberen
Elektrode 21 über die Heizdrähte 25 und über die untere Elektrode 22 . Der aus dem Hydraulikölreservoir entnommene kalte Hydrauliköl-Volumenstrom wird durch die Heizdrähte 25 erwärmt und durch das dahinterliegende Filterelement 15 gefiltert, so daß nach einer entsprechenden Erwärmungszeit der gefilterte und erwärmte Volumenstrom ohne Druckverlust • durch erhöhten Filterwiderstand der Hochdruckpumpe zugeführt werden kann. Das wärmeisolierende Material 14 in dem doppelwandig ausgeführten Mantel des Filtergehäuses 11 verbessert die Heizleistung der elektrischen Heizvorrichtung 18.
Der beschriebene Filter ist nicht auf den Einsatz bei einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung beschränkt. So kann er überall dort eingesetzt werden, wo viskose Medien
(Flüssigkeiten oder Gase) gefiltert werden müssen, die eine von der Betriebstemperatur abhängige Viskosität besitzen. Ein Beispiel für eine weitere Verwendung ist der Einsatz als Kraftstoffilter für Dieseleinspritzsysteme.

Claims

Ansprüche
1. Filter zum Einsatz in einem strömenden, viskosen Medium, insbesondere im Förderstrom einer Hydrauliköl fördernden Pumpe für eine elektrohydraulische Ventilsteuerung, mit einem einen Ein- und Auslaß (12, 13) aufweisenden Filtergehäuse (11) und einem im Filtergehäuse (11) zwischen Ein- und Auslaß (12, 13) angeordneten
Filterelement (15), dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (15) mit einer elektrischen Heizvorrichtung (18) versehen ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizvorrichtung (18) eine Vielzahl von Heizdrähten (25) aufweist, die über das Filterelement (15) verteilt sind.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdrähte (25) auf der Oberfläche des Filterelements (15) angeordnet sind.
4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdrähte (25) auf der dem Einlaß (12) zugekehrten Seite des Filterelements (15) angeordnet sind.
. Filter nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (11) Topfform aufweist und durch das Filterelement (15) in eine hohlzylindrische äußere Filterkammer (16) und eine zylindrische innere Filterkammer (17) unterteilt ist, daß an jeder Stirnseite des Filtergehäuses (11) eine Elektrode (21, 22) zum Anlegen eines Spannungspotentials einer Heizspannung angeordnet ist, von der aus sich voneinander beabstandete, elektrisch leitende Stromstege (23, 24) axial über das Filterelement (15) erstrecken, und daß die Heizdrähte (25) jeweils zwischen den Stromstegen (23) der einen Elektrode (21) und den Stromstegen (24) der anderen Elektrode (22) aufgespannt sind.
Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) ringförmig und die Stromstege (23, 24) stabförmig mit rundem oder flachen Querschnitt ausgebildet sind.
7. Filter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils einem Stromsteg (23) der einen Elektrode (21) und einem Stromsteg (24) der anderen Elektrode (22) ein Heizdraht (25) mäander- oder zickzackförmig verläuft und daß der Heizdraht (25) in den Scheitelpunkten seines mäander- oder zickzackförmigen Verlaufs elektrisch leitend an den Stromstegen (23, 24) festgelegt ist.
8. Filter nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (15) aus einem flachen, bandartigen Filterwerkstoff besteht und sterngefaltet in Kreisform im Filtergehäuse (11) einliegt .
9. Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstege (23) der einen Elektrode (21) längs der Sternspitzen und die Stromstege (24) der anderen Elektrode (22) im Sterngrund des Filterelements (15) verlaufen.
10. Filter nach einem der Ansprüche 5 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Filterkammer (16) von einem Mantel aus wärmeisolierendem Material (14) umschlossen ist.
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