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1. WO2020104260 - FILTERVORRICHTUNG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]
Filtervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einem Filtergehäuse und einem darin aufgenommenen Filterelement, dessen Elementmaterial sich zur Filtrierung einer Flüssigkeit zwischen zwei Endkappen erstreckt, von denen zumindest eine Endkappe an einer Elementaufnahme gelagert ist, wobei mittels einer mehr als einen Freiheitsgrad zur Verfügung stellenden Lagerung das Filterelement über seine eine Endkappe gelenkig an der Ele mentaufnahme gelagert ist.

Filtervorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt, vgl. beispielsweise DE 101 42 774 A1 . Bei solchen Filtervorrichtungen, bei denen, wie bei dem erwähnten Dokument, Elementaufnahmen in formschlüssiger Verbin dung mit Gehäuseteilen, wie Gehäusestutzen und/oder Stutzen am Gehäu sedeckel sind, müssen bei der Fertigung von Filtergehäuse und Filtergehäu seteilen äußerst enge Toleranzen eingehalten werden, um sicherzustellen, dass die Achsen jeweiliger Elementaufnahmen der Endkappen mit den Ach sen der gehäuseseitigen und/oder deckelseitigen Halteelemente, wie Stut zen, genau fluchten. Fertigungstoleranzen bei der Gehäuseherstellung, na mentlich bei Gehäusekonstruktionen in mehrteiliger Bauweise mit mehre ren aneinandergesetzten Gehäuseteilen, können zu Fluchtungsfehlern füh ren, durch die es zu Verspannungen im Filterelement kommt, die Fehlfunk tionen oder gar Beschädigung zur Folge haben. Insbesondere Filtervorrich- tungen mit langen Filterelementen sind von dieser Problematik betroffen, da hier bereits kleinste Winkelfehler und Positionsabweichungen großen Ver satz am gegenüberliegenden Halteelement bedeuten.

Weitere Filtervorrichtungen gehen aus der WO 02/076570 A1 , der WO 2007/00351 7 A2 und der DE 10 2014 002 241 A1 hervor.

Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die rationell und kostengünstig herstellbar ist und sich zugleich durch ein sicheres Betriebsverhalten auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 besteht eine we sentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Lagerung eine konvex verlaufende Lagerfläche aufweist, die in einer konkav verlaufenden Lager fläche geführt ist, und dass die jeweilige Lagerfläche Bestandteil einer Scha le ist, von denen mindestens eine einen Durchlass für Flüssigkeit aufweist.

Unter einer Schale im Sinne der Erfindung und im Sinne der Definition in der technischen Mechanik wird dabei ein flächiges Tragwerk verstanden, das doppelt räumlich gekrümmt ist, und dass insbesondere Belastungen sowohl senkrecht als auch in seiner Ebene aufnehmen kann. Schalen nut zen Ihre Tragfähigkeit durch das Verteilen von Lasten über Membran kräfte, die über die Dicke der Schale konstant sind, optimal aus, so dass die Scha len bei geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweisen.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausbildung der Lagerung über Schalen besteht darin, dass der Durchlass gegenüber der Rohseite der Filtervorrichtung auf der Außenseite des Filterelements abgedichtet ist.

Es ist ferner vorgesehen, dass mittels einer mehr als einen Freiheitsgrad zur Verfügung stellenden Lagerung das Filterelement über seine eine Endkappe gelenkig an der Elementaufnahme gelagert ist. Dadurch steht eine Aus gleichsmöglichkeit für mögliche Versatzfehler zur Verfügung, so dass eine Reduzierung der engen einzuhaltenden Toleranzgrenzen für die Fertigung ermöglicht ist und somit Filtervorrichtungen auch mit lang bauenden Filter elementen oder mit zusammengesetzten Filtergehäusen betriebssicher und mit günstigen Herstellungskosten fertigbar sind.

Mit Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass die Lagerung mindestens eine konvex verlaufende Lagerfläche aufweist, die in mindes tens einer konkav verlaufenden Lagerfläche geführt ist. Dergestalt ist eine sphärische Lagerung ausgebildet, die eine Art Kugelgelenk zwischen der jeweiligen Endkappe und der Elementaufnahme bildet, so dass Fluchtungs fehler verspannungsfrei ausgleichbar sind.

Die jeweils konvex verlaufende Lagerfläche kann Teil der Elementaufnahme sein, wobei die jeweils konkav verlaufende Lagerfläche Teil der einen End kappe ist. Bei der kugeligen Form der Elementaufnahme ist dadurch das Filterelement mit seiner Lagerfläche einfach auf die Lagerfläche der Ele mentaufnahme aufschiebbar.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die beiden in der Art einer Steck- oder Clipverbindung miteinander in Anlage befindlichen Lagerflä chen sphärisch ausgebildet. Die miteinander korrespondierenden Wölbun gen bilden dadurch eine axiale Sicherung des mit seiner Endkappe auf die Elementaufnahme aufgesteckten Filterelements.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Elementaufnahme im Filter gehäuse vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung festgelegt, wobei das Filterelement abschnittsweise mit seiner Längsachse aus der Längsachse der Elementaufnahme heraus in alle Richtungen um einen vorgebbaren Schwenkwinkel mittels der sphärischen Lagerung ausschwenkbar ist.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist eine Blockiereinrich tung vorgesehen, die den maximal möglichen Ausschwenkwinkel des Fil terelements begrenzt, die zwischen der Endkappe des Filterelements und der Elementaufnahme wirkt und durch diese beiden gebildet ist. Die Be grenzung der maximalen Schrägstellung der Einheit aus Filterelement und Elementaufnahme erleichtert die Handhabung beim Einsetzen des Filter elements in das Filtergehäuse.

Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass eine weitere Blockiereinrichtung vorhanden ist, die beim Aufschrauben des Fil terelements mit seiner Elementaufnahme auf eine im Inneren des Filterge häuses angeordnete Gehäuseaufnahme die Schwenkbewegung aus der Grundstellung heraus unterbindet, bei der die Längsachsen von der einen Endkappe und der zugeordneten Elementaufnahme deckungsgleich mitei nander sind, und dass bei festgelegter Elementaufnahme an der Gehäuse aufnahme und bei weiterer rotatorischer Drehbewegung der einen Endkap pe gegenüber der Elementaufnahme, vorzugsweise in Aufschraubrichtung, die weitere Blockiereinrichtung die Schwenkbewegung aus der Grundstel lung heraus freigibt. Mit im wirksamen Zustand befindlicher weiterer Blo ckiereinrichtung steht somit für den Einbauvorgang des Filterelements in das Filtergehäuse das Filterelement mit Elementaufnahme als starre Einheit mit fluchtenden Achsen zur Verfügung. Dies bildet eine besonders wirksa me Montagehilfe beim Montagevorgang, bei dem die Elementaufnahme mit dem Gewinde der im Gehäuseinneren schlecht zugänglichen Gehäuseauf nahme in Eingriff gebracht werden muss. Da die Blockiereinrichtung im Zuge der Aufschraubdrehung des Filterelements deaktiviert wird, ist gleich zeitig sichergestellt, dass mit Abschluss des Einbau-Schraubvorgangs die sphärische Lagerung für den Ausgleich möglicher Fluchtungsfehler wirksam ist.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die weitere Endkappe des Filter elements an einer weiteren Gehäuseaufnahme im Inneren des Filtergehäu ses festgelegt, wobei die weitere Gehäuseaufnahme vorzugsweise Bestand teil eines Gehäusedeckels ist, der auf einen Filterkopf als Teil des Filterge häuses, insbesondere mittels mindestens einer Schraubverbindung, festge legt ist. Die weitere Gehäuseaufnahme kann durch einen Stutzen des Ge häusedeckels gebildet sein, der in eine Öffnung der zugeordneten Endkap pe des Filterelements eingreift. Der Stutzen kann einen Verschluss dieser Endkappe oder einen Fluidweg bilden, der vom Filterkopf ins Innere des Filterelements führt.

Mit Vorteil kann die eine Gehäuseaufnahme mindestens ein federbelastetes Bypassventil aufweisen, das in seiner geöffneten Stellung, unter zumindest teilweiser Umgehung des Filterelements, den Fluidweg aus dem Inneren des Filtergehäuses an dessen Auslass freigibt. Der Fluidweg kann über eine von der einen Endkappe gebildete, an der Gehäuseaufnahme abgedichtete Kavität geführt sein, die ein Siebgewebe enthält, das bei geöffnetem Bypass ventil durchströmt ist.

Gemäß dem Patentanspruch 1 1 ist Gegenstand der Erfindung auch ein Fil terelement, das insbesondere für eine Filtervorrichtung nach einem der Pa tentansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine mit zentraler, vertikaler Schnittebene aufgeschnittene per spektivische Schrägansicht des Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen Filtervorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößert gezeichnete, mit zentraler Vertikalebene aufge schnittene perspektivische Schrägansicht der einen Endkappe

und der dieser zugeordneten Elementaufnahme des Filterele ments des Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 weiter vergrößerte perspektivische Schräg ansicht, die den Bereich zweier Blockiereinrichtungen des Aus führungsbeispiels zeigt, die beide in der Blockierstellung darge stellt sind; und

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung, wobei von den Blo ckiereinrichtungen eine in der Freigabestellung dargestellt ist.

Unter Bezug auf die Zeichnungen ist die Erfindung am Beispiel einer sog. In-Tank-Filtervorrichtung erläutert, die ein Filtergehäuse 2 in Form eines am unteren Ende 4 offenen Rohrkörpers aufweist. Die Erfindung ist gleicherma ßen vorteilhaft bei einer Filtervorrichtung realisierbar, bei der ein Filterge häuse in die Form eines bodenseitig geschlossenen Filtertopfes vorgesehen ist. In der Nähe des unteren Endes 4 ist eine Gehäuseaufnahme 6 an der Innenseite des Rohrkörpers des Filtergehäuses 2 festgelegt. Die Gehäuse aufnahme 6 ist durch einen zweiteiligen Ringkörper mit koaxialem innerem Durchgang 8 gebildet. Am Oberteil 10 setzt sich der Durchgang 8 mit ei nem nach oben vorstehenden Gewindestutzen 12 fort, mit dessen Außen gewinde das Innengewinde eines Gewinderinges 26 einer Elementaufnah me 14 für die Lagerung eines Filterelements 1 5 verschraubbar ist. Über das Innengewinde ist die Elementaufnahme 14 lösbar im Filtergehäuse 2 fest legbar. Im Unterteil 1 6 der Gehäuseaufnahme 6 sind um die Außenseite des zentralen Durchgangs 8 verteilt angeordnete Ventilkammern 18 für By passventile gebildet, die Fluiddurchgänge von einer oberen Kreisringfläche 20 des Oberteils 10 zu Fluiddurchgängen 22 am Unterteil 16 aufweisen. Die Fluiddurchgänge 22 sind durch federbelastete Schließkörper 24 norma lerweise geschlossen.

Die Fig. 1 zeigt das Filterelement 1 5 in der eingebauten Funktionsposition, bei der der von der Elementaufnahme 14 koaxial nach unten vorstehender Gewindering 26 mit dem Gewindestutzen 12 der Gehäuseaufnahme 6 ver schraubt ist, wobei bei festgezogener Verschraubung der Gewindering 26 mit seinem Ende 28 (s. Fig. 2) an der Kreisringfläche 20 des Oberteils 10 anliegt. Wie am deutlichsten der Fig. 2 entnehmbar ist, erstreckt sich der Gewindering 26 von der Unterseite einer in einer Radialebene verlaufen den, ebenen, ringförmigen Deckfläche 30 der Elementaufnahme 14, von deren Außenumfang sich ein glockenartiger Mantel 32 in Richtung des Ge winderings 26 erstreckt. Der Mantel 32 weist Wanddurchbrüche 34 auf und begrenzt zwischen sich und dem Gewindering 26 einen Ringraum 36. Bei der verschraubten, in Fig. 1 gezeigten Funktionsposition steht der Mantel 32 mit seinem unteren Ringrand 38, ebenso wie das Ende 28 des Gewinde rings 26, an der Kreisringfläche 20 des Oberteils 10 der Gehäuseaufnahme 6 an.

Das Filterelement 15 weist in üblicher weise ein zwischen Endkappen 40 und 42 verlaufendes Elementmaterial 44 in Form eines Hohlzylinders auf. Von den Endkappen 40, 42 ist die eine, in Fig. 1 untenliegende Endkappe 40 an der Elementaufnahme 14 gelagert. Zur Bildung der Lagerung weist die Elementaufnahme 14, s. Fig. 2 bis 4, von der Deckfläche 30 ausgehend, einen koaxial nach oben vorstehenden Rohrkörper 48 auf, dessen radial außenliegende Wand eine Lagerfläche 46 in Form einer konvex gewölbten Ringfläche bildet. Die Endkappe 40 weist, ausgehend vom radial inneren Rand einer ebenen Anlagefläche 50 für das stirnseitige Ende des Element materials 44 einen nach oben und nach unten vorstehenden Rohrkörper 52 auf, dessen radial innenliegende Wand die zweite Lagerfläche 54 in Form einer konkav gewölbten Ringfläche bildet.

Die Figuren, siehe insbesondere Fig. 2, zeigen den Lagerungszustand, bei dem die Endkappe 40 mit ihrem Rohrkörper 52 auf den Rohrkörper 48 der Elementaufnahme 14 aufgesteckt ist, wobei die Lagerung mit den aneinan- derliegenden Lagerflächen 46, 54 aufgrund elastischer Nachgiebigkeit ins besondere des auf der Deckfläche 30 freistehenden Rohrkörpers 48 ver-clipst ist. Durch die Anlage der konvexen Lagerfläche 46 an der konkaven Lagerfläche 54 ist eine sphärische Lagerung in der Art eines Kugelgelenks zwischen Endkappe 40 und Elementaufnahme 14 gebildet. Die jeweilige Lagerfläche 46, 54 ist Bestandteil einer membranartigen Schale 55a, 55b, von denen mindestens eine 55b einen Durchlass 55c für Flüssigkeit auf weist, der mit einem Hohlraum 55d im Filterelement fluidführend verbun den ist. Die Einfassung für das auf der Anlagefläche 50 der Endkappe 40 anstehende Elementmaterial 44 ist radial innen durch den Rohrkörper 52 und radial außen durch eine Mantelfläche 56 gebildet, die sich nach oben hin in Radialrichtung zu einer Schale 58 erweitert, die den Endabschnitt des Elementmaterials 44 in einem radialen Abstand umgibt.

Die gebildete sphärische Lagerung erlaubt eine Auslenkung der Längsach sen von Elementaufnahme 14 relativ zum Filterelement 1 5 aus der fluch tenden Grundstellung heraus, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Bei dieser fluchtenden Stellung befindet sich der untere Rand 61 des Rohrkörpers 52 der Endkappe 40 in einem Abstand von der Deckfläche 30 der Elementauf nahme 14. Die Fig. 3 und 4 zeigen demgegenüber einen ausgelenkten Zu stand, genauer gesagt, die maximal mögliche Auslenkung, bei der der unte re Rand 60 des Ringkörpers 52 an der einen Anschlag bildenden Deckflä che 30 der Elementaufnahme 14 anliegt. Dadurch ist eine die maximale Auslenkung begrenzende Blockiereinrichtung gebildet.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen nähere Einzelheiten einer weiteren Blockiereinrich tung, die durch Ausgestaltungen am oberen Endrand 60 des Rohrkörpers 48 der Elementaufnahme 14 und des oberen Endrandes 62 des Rohrkörpers 52 der Endkappe 40 gebildet ist. Wie gezeigt, weist diese Blockiereinrichtung einen Sperrblock 64 auf, der in Form einer rechteckförmigen kurzen Rippe an der Innenseite des Endrandes 62 des Rohrkörpers 52 radial nach innen vorsteht. An dem anderen, innenliegenden Rohrkörper 48 ist am Endrand

60 eine Aussparung 66 gebildet, die sich in Stufen 68 und 70 (siehe insbe sondere Fig. 3 und 4) über jeweils einen Umfangsabschnitt des Rohrkörpers 48 erstreckt. Mit der ersten Stufe 68 bildet die Aussparung 66 eine axiale Vertiefung des Endrandes 62, die der axialen Dicke des Sperrblockes 64 entspricht und ist in Umfangsrichtung durch einen aus der Stufenfläche ge ringfügig vorstehenden Vorsprung 72 auf eine Umfangslänge begrenzt, die nur geringfügig größer ist als die in Umfangsrichtung gemessene Länge des Sperrblockes 64, siehe Fig. 3. An die erste Stufe 68 schließt sich anschlie ßend an den Vorsprung 72 die zweite Stufe 70 an, mit der der Endrand 62 in Axialrichtung weiter vertieft ist und die eine größere Umfangslänge be sitzt als die erste Stufe 68.

Bei dieser Anordnung ist die Funktion dieser weiteren Blockiereinrichtung wie folgt: Die Fig. 2 und 3 zeigen die Grundstellung, bei der die Achse von Filterelement 15 mit Endkappe 40 in Fluchtung mit der Längsachse der Elementaufnahme 14 ist. Der Sperrkörper 64 der Endkappe 40 befindet sich in der ersten Stufe 68 der Ausspannung 66 des Rohrkörpers 48 der Ele mentaufnahme 14. Da die axiale Erstreckung der ersten Stufe 68 der in Axialrichtung gemessenen Dicke des Sperrblockes 64 entspricht, ist die sphärische Lagerung gegen Auslenkung blockiert. Gleichzeitig behindert der Vorsprung 72 die Verschiebebewegung des Sperrblockes 64 in Um fangsrichtung, so dass bei dieser Grundstellung eine Drehverrastung zwi schen Filterelement 1 5 und Elementaufnahme 14 gebildet ist. In der Grund stellung ist daher beim Montagevorgang für den Einbau des Filterelements 15 in das Filtergehäuse 2 das Filterelement 15 mit der mit ihm eine starre Einheit bildenden Elementaufnahme 14 bequem und sicher an den Gewin dering 26 der Gehäuseaufnahme 6 ansetzbar und mit der gebildeten Dreh verrastung festsch raubbar. Bei gebildeter Verschraubung ist durch Weiter drehen die durch den Vorsprung 72 gebildete Drehverrastung überwindbar, so dass der Sperrblock 64 den Vorsprung 72 überläuft und in den durch die zweite Stufe 70 der Aussparung 66 gebildeten Freiraum gelangt. Aufgrund der größeren axialen Tiefe der Stufe 70 ist der Sperrblock 64 nicht mehr axial abgestützt, so dass die sphärische Lagerung freigeben und in den durch die erste Blockiereinrichtung gebildeten Grenzen für den Ausgleich von Fluchtungsfehlern auslenkbar ist.

Die andere, obere Endkappe 42 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 1 , mit einer Elementaufnahme in Eingriff, die durch einen Stutzen 74 gebildet ist, der mit der zentralen Öffnung 76 der Endkappe 42 in Ein griff ist. Anstelle dieses formschlüssigen Eingriffes könnte auch zwischen oberer Endkappe 42 und betreffender Elementaufnahme eine sphärische Lagerung der an der unteren Endkappe 40 gezeigten Art vorgesehen sein. Der beim gezeigten Beispiel vorgesehene Stutzen 74 ist Bestandteil eines Gehäusedeckels 78, der durch Schraubverbindungen 85 abnehmbar an einem Filterkopf 80 befestigt ist, der einen Unfiltrateingang 82 aufweist und, wie bei In-Tank-Filtervorrichtungen üblich, an einer Öffnung in einer nicht gezeigten Tankwand angebracht ist. Bei der in Fig. 1 gezeigten Funk tionsposition sind das Ende 28 des Gewinderinges 26 und der Endrand 38 der Elementaufnahme 14 in dichter Anlage an der Kreisringfläche 20 der Gehäuseaufnahme 6. Für den Zugang von Unfiltrat zu den Bypassventilen im Unterteil 16 der Gehäuseaufnahme 6 bildet der innerhalb des Mantels 32 befindliche Ringraum 36 einen Einströmraum, in den Unfiltrat über die Wanddurchbrüche 34 gelangt. In der Kreisringfläche 20, die den Boden dieses Ringraumes 36 bildet, sind Öffnungen 84 vorgesehen, die vom Schließkörper 24 des jeweiligen Bypassventils normalerweise geschlossen sind. An den Wanddurchbrüchen 34 des Mantels 32 können eingespritzte Siebgitter vorgesehen sein, die bei druckbetätigter Öffnung eines Bypass ventils eine Filtrierung des Unfiltratstroms bewirken. Bei einer nicht darge stellten Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit die vorgestellte sphärische Lagerung vom unteren an das obere Elementende zu verlegen, oder an beiden Elementenden eine solche Lagerung vorzusehen.