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Die
Erfindung betrifft eine neue Verwendung einer Filtereinheit mit
einer Sollbruchstelle.
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In
der
EP 0 955 474 A2 ist
ein Getriebe mit einem Druckölsystem
offenbart, das eine Filtereinheit zum Reinigen von Öl aufweist.
Zwischen einem Öleingang
und einem Ölausgang
der Filtereinheit ist ein Filterelement angeordnet, das von dem
zu reinigenden Öl
durchströmt
wird und dabei Schmutzpartikel etc. auffängt. Des Weiteren weist die
Filtereinheit einen Bypass auf, durch den Öleingang und Ölausgang
ohne Zwischenschaltung des Filterelements verbunden sein können. Der
Bypass ist dabei mit einem Ventilelement ausgestattet, das einen
Strom durch den Bypass zulässt,
wenn sich ein zu großer Druckabfall über dem
Filterelement einstellt bzw. wenn eine bestimmte Druckdifferenz
zwischen Öleingang
und Ölausgang überschritten
wird. Das Ventilelement ist als federbelastetes Kugelsitzventil
ausgebildet.
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Auch
in der
DE 102 42 872
A1 ist ein federbelastetes Ventil beschrieben, das Bestandteil
eines Filters ist. Das Ventil öffnet
bei Überschreiten
eines bestimmten Druckgrenzwertes und stellt sicher, dass bei einer
zu großen
Verschmutzung des Filterelements der Strömungswiderstand des Filters
nicht unzulässig
hoch ansteigt.
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Neben
der Möglichkeit,
ein federbelastetes Ventil in einem Filter zu integrieren, ist ebenso
bekannt, über
eine Blende einen möglicherweise
zu großen
Druck zwischen Eingang und Ausgang der Filtereinheit abzubauen.
Bei Verwendung einer Blende nimmt die Reduzierung der Schmutzpartikel
im Öl eine
längere
Zeit in Anspruch, da immer ein Teilstrom über die Blende am Filterelement
vorbeifließt.
Dies ist zwar gegenüber
einem Überdruckventil
bzw. einem federbelasteten Kugelsitzventil die kostengünstigere Variante,
birgt jedoch die Gefahr, dass schädigende Schmutzpartikel zu
spät aus
dem Öl
filtriert werden und somit das Druckölsystem schädigen. Setzt man stattdessen
ein Überdruckventil
ein, wird der Nebenstrom zu Null gesetzt, bis ein gewisser Beladungszustand
oder Verschmutzungsgrad des Filterelements oder die Viskosität des Öls so gering
wird, dass der maximal zulässige
Druckabfall erreicht ist und das Ventil den Bypass für den Nebenstrom
freigibt. Derartige Überdruckventile
sind jedoch, wie oben bereits ausgeführt, vergleichsweise teuer,
da mehrere Bauteile eingesetzt werden. Zudem muss in der Regel zusätzlicher
Bauraum in Anspruch genommen werden.
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In
der
DE 10 2004
041 290 A1 als nicht veröffentlichter Stand der Technik
ist eine Filteranordnung für
einen Hydraulikkreislauf in einem Kraftfahrzeug bekannt, das eine
Kappe aus elastischem Kunststoff umfasst. Aufgrund ihrer Elastizität nimmt die
Kappe eine geöffnete
Stellung ein, wenn die Filteranordnung von einem Öleingang
in Richtung eines Ölausgangs
durchströmt
wird. Wird die Filteranordnung in entgegen gesetzter Richtung durchströmt, wird
die Kappe gegen einen Ventilsitz gedrückt und nimmt eine geschlossene
Stellung ein. Somit ist ein Rückschlagventil
realisiert, was einfach aufgebaut und kostengünstig ist.
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Die
US 2005/0145558 A1 zeigt
eine Filteranordnung mit einem Ventilelement, das es gestattet, die
Filteranordnung in unterschiedlichen Richtungen durchströmen zu lassen.
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Die
DE 102 00 274 A1 zeigt
einen Kraftstofffilter mit einer Sollbruchstelle, die sich öffnet, wenn bedingt
durch Ausflockungen im Kraftstoff eine Druckdifferenz im Kraftstofffilter
zu groß wird.
Wenn die Temperatur des Kraftstoffes ansteigt und somit sich die
Ausflockungen auflösen,
verschließt
eine Dichtlippe die gebrochene Sollbruchstelle, damit nicht ungehindert
Verunreinigungen den Kraftstofffilter passieren können.
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Aus
der
DE 102 06 805
A1 ist ein Rußfilter mit
Mitteln zur Reduzierung eines in dem Rußfilter herrschenden Abgasgegendrucks
bekannt, wobei die Mittel eine Sollbruchstelle in einem Filterkörper des
Filters oder in einem Bypass umfassen. Ist die Sollbruchstelle gebrochen
oder gerissen, gelangt das zu reinigende Abgas ungefiltert in die
Umgebung. Entsprechend schlägt
die
DE 102 06 805
A1 Mittel vor, den Bruch der Sollbruchstelle zu erkennen,
um so schnell den Störzustand
zu beheben.
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In
der
US 2005/0125178
A1 wird ebenfalls eine Lösung vorgeschlagen, um erkennen
zu können,
wenn ein Flüssigkeitsfilter
sich zugesetzt hat und ausgetauscht werden muss. Hier dient ein
Ventilelement in Form eines Überdruckventils
dazu, das im offenen Zustand im Flüssigkeitsfilter einen Flüssigkeitsstand
zulässt,
der als eine visuelle Anzeige zum Austausch des Flüssigkeitsfilters
verwendet wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinheit mit einer
Sollbruchstelle einer neuen Verwendung zuzuführen, wobei die Filtereinheit für eine möglichst
gute Filterung sorgt und einfach und preiswert herstellbar ist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit der Verwendung
einer Filtereinheit gemäß Anspruch
1 gelöst.
Die Filtereinheit weist das Merkmal auf, dass das Ventilelement
vor einem erstmaligen Überschreiten
einer bestimmten Druckdifferenz zwischen Öleingang und Ölausgang
den Bypass geschlossen hält
und nach erstmaligem Überschreiten der
Druckdifferenz dauerhaft freigibt. Ein derartiges Ventilelement
kann vorzugsweise als dünne
Wand oder Membran aufgebildet werden, die bricht oder reißt, wenn
die bestimmte Druckdifferenz zwischen Öleingang und Öl-ausgang überschritten
wird. Vor dem Überschreiten
der Druckdifferenz verschließt das
Ventilelement den Bypass, so dass das gesamte durch den Öleingang
eintretende Öl
durch das Filterelement strömt.
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Gegenüber den
bekannten Bypassventilen in Form von Überdruckventilen lässt sich
das erfindungsgemäße Ventilelement
wesentlich kostengünstiger
herstellen. Im Vergleich zu einer Filtereinheit mit einer Blende
im Bypass weist die Erfindung den Vorteil auf, dass durch die Filtereinheit
die in Getrieben von Kraftfahrzeugen festzustellende Initialverschmutzung
durch Einlaufverschleiß usw.
durch die Filtereinheit schnell abgebaut wird, da anfänglich kein Ölstrom an
dem Filterelement vorbei möglich
ist. Ein Großteil
dieser Initialverschmutzung findet noch im Werk des Kraftfahrzeugherstellers
statt. Erst nachdem das Filterelement durch die Beladung der Schmutzteilchen
im Öl einen
zu großen
Strömungswiderstand
aufweist, bricht die Wand oder die Membran auf.
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Das
Ventilelement weist eine Sollbruchstelle auf. Somit kommt es bei
entsprechenden Druckverhältnissen
zu einem kontrollierten Brechen oder Einreißen des Ventilelements. Zudem
wird durch das Vorsehen der Sollbruchstelle erreicht, dass bei einer Vielzahl
von gefertigten Filtereinheiten etwaige Abweichungen in der Druckdifferenz,
die zu einer dauerhaften Freigabe des Bypass bzw. zum Öffnen des Ventilelements
führt,
klein gehalten werden können.
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Die
Ausführungen
beziehen sich auf eine Filtereinheit zum Reinigen von Öl. Der Begriff „Öl” soll hier
stellvertretend für
Fluide verstanden werden, die Schmutzpartikel, Späne oder
dergleichen aufnehmen und transportieren können und sich durch Filtereinheiten
reinigen lassen.
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Die
Druckdifferenz zwischen Ölausgang
und Öleingang
soll dem Druckabfall entsprechen, der sich über dem Filterelement einstellt.
Der Einfluss von etwaigen Bauteilen in der Filtereinheit, die zwischen Öleingang
und Ölausgang
angeordnet sein können
und durch ihren Strömungswiderstand
einen Druckabfall bewirken, soll hier nicht weiter betrachtet werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
das Filterelement durch wenigstens ein Halteteil fixiert. Vorzugsweise
ist dabei das Halteteil einstückig mit
dem Ventilelement ausgebildet und wird zweckmäßigerweise aus Kunststoff gefertigt.
Somit lässt sich
das Ventilelement besonders kostengünstig herstellen.
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Das
Filterelement kann hohlzylindrisch ausgebildet sein und stirnseitig
jeweils durch ein Halteteil in Form einer ersten Endkappe bzw. in
Form einer zweiten Endkappe gehalten sein. Dabei kann der Ölausgang
an der ersten Endkappe angeordnet sein, während bevorzugt an der zweiten
Endkappe das Ventilelement angeordnet ist. Bei hohlzylindrischer Ausbildung
des Filterelements strömt
dabei vorzugsweise das zu reinigende Öl radial durch das Filterelement
in das Innere des Hohlzylinders und wird dann in axialer Richtung
in gereinigter Form durch den stirnseitig angebrachten Öl- ausgang geleitet.
Wenn das Ventilelement an der zweiten Endkappe nach erstmaligem Überschreiten
der Druckdifferenz geöffnet
ist, kann zumindest ein Teilstrom des Öls an dem Filterelement vorbei
durch das Ventilelement an der zweiten Endkappe in das Innere des
Hohlzylinders gelangen, um dann wieder in axialer Richtung fließend durch
den Ölausgang
aus dem Inneren des Hohlzylinders zu treten.
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Vorzugsweise
sind Filterelement und Ventilelement in einem gemeinsamen Filtergehäuse untergebracht.
Damit ist die Filtereinheit in einem Bauteil zusammengefasst und
lässt sich
einfach beispielsweise in ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges einsetzen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit,
dass die Filtereinheit aus separaten Teilen besteht, die lediglich
durch Leitungen, Kanäle
oder dergleichen strömungstechnisch
miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise
kann nach dem erstmaligen Überschreiten
der Druckdifferenz zwischen Öleingang
und Ölausgang,
die das Ventilelement dauerhaft öffnet,
die Ventilelement die Funktion einer Blende erfüllen. Ist beispielsweise das
Ventilelement als Membran ausgebildet, die nach erstmaligem Überschreiben
der Druckdifferenz gerissen ist, so kann die gerissene Membran wie
eine Blende aufgrund eines nur kleinen Strömungsquerschnitts einen großen Strömungswiderstand
aufweisen. Durch entsprechende Formgebung des Ventilelements in
Verbindung mit einer Sollbruchstelle lässt sich der Strömungsquerschnitt
nach erfolgtem Aufreißen
der Membran auf einen gewünschten
Wert hinreichend genau einstellen.
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Anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Filtereinheit mit einem geschlossenen Ventilelement;
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2 die
Filtereinheit der 1 mit einem geöffneten
Ventilelement; und
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3 eine
weitere Filtereinheit in Explosionsdarstellung.
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1 zeigt
schematisch eine Filtereinheit im Schnitt, die in ihrer Gesamtheit
mit 1 bezeichnet wird. Die Filtereinheit 1 weist
ein Filterelement 2 auf, das in Form eines Hohlzylinders
ausgebildet ist und zum Reinigen von Öl ausgelegt sein soll, das
in einem Kraftfahrzeug-Getriebe in einem Druckölsystem verwendet wird.
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Das
Filterelement 2 besteht dabei aus zickzackförmig gefaltetem
Filtervlies oder Filterpapier, das zu dem Hohlzylinder geformt wird.
Das Filterelement 2 wird durch eine erste bzw. obere Endkappe 3 und
durch eine untere bzw. zweite Endkappe 4 an den jeweiligen
Stirnseiten des Hohlzylinders gehalten. Die obere Endkappe 3 bildet
einen Ausgang 5 für das Öl aus, das
durch die Filtereinheit 1 gefiltert werden soll.
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Des
weiteren ist in 1 ein Gehäuse 6 dargestellt,
das die Endkappen 3, 4 fixiert. Das Gehäuse 6 weist
zwei Gehäusehälften 6a, 6b auf,
die an einer gemeinsamen Schnittstelle 7 (nur schematisch
dargestellt) miteinander verbunden sind. Die Gehäusehälften 6a, 6b können beispielsweise
verklebt, verschraubt oder verrastet sein.
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Das
Gehäuse
weist zwei Öffnungen 8,
die als Eingänge
der Filtereinheit 2 dienen und durch die das zu reinigende Öl oder Schmutzöl zum Filterelement 2 gelangt.
Der Fluss des Schmutzöls
soll durch die Pfeile 9 angedeutet werden. Das Schmutzöl wird dabei
radial gesehen von außen
an das Filterelement 2 herangeführt, um dann hauptsächlich in
radialer Richtung durch das Filterelement 2 in einen zylindrischen
Innenraum 10 zu strömen.
Beim Durchströmen
des Filterelementes 2 werden Schmutzpartikel oder dergleichen
ausgefiltert. Das durch das Filterelement 2 geströmte Öl oder Reinöl fließt nun in
axialer Richtung des hohlzylindrischen Filterelements 2 durch
den Ausgang 5 ab. Der Fluss des sauberen Öls wird
durch die Pfeile 11 dargestellt.
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Das
Filterelement 2 stützt
sich an einem zylindrisch ausgeformten Stützrahmen 12 ab. Der Stützrahmen 12 ist
dabei mit einer Vielzahl von Aussparungen 13 versehen,
so dass das gesäuberte Öl von dem
Filterelement 2 über
den Innenraum 10 zum Ausgang 5 gelangen kann.
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Die
untere Endkappe 4 weist einen ebenen Boden 14 mit
einem Bereich 15 auf, dessen Wandstärke deutlich geringer ist als
die Wandstärke
des übrigen
Bodens 14. Somit wird ein Ventilelement 16 in
Form einer dünnen
Wand oder einer Membran 21 ausgebildet. Über in die
Endkappe 4 eingeformte Kanäle 17 gelangt das
durch die Eingänge 8 tretende Schmutzöl auch bis
zur der Membran 21. Die Membran 21 trennt strömungstechnisch
gesehen die Eingänge 8 und
den Innenraum 10 voneinander. Bei derart geschlossener
Membran 21 strömt
das durch den Öleingang
in die Filtereinheit gelangende Öl 6 ausschließlich durch
das Filterelement 2 hindurch.
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2 zeigt
die Filtereinheit 1, wobei nun die Membran 21 nicht
mehr verschlossen ist, sondern aufgrund eines erstmaligen Auftretens
eines zu hohen Druckunterschiedes zwischen Eingängen 8 und Ausgang 5 gerissen
ist. Dadurch wird ein Strom des zu reinigenden Öls an dem Filterelement 2 vorbei
ermöglicht.
Dies soll durch die Pfeile 18 gekennzeichnet sein. Durch
Auslegung der Membran 21 (Wandstärke, Werkstoff, gegebenenfalls
Einbringen einer Sollbruchstelle) lässt sich einstellen, bei welcher Druckdifferenz
zwischen Öleingang
und Ölausgang die
Membran 21 reißt
und einen Strom des Öls
gemäß der Pfeile 18 an
dem Filterelement 2 vorbei zulässt. Dadurch wird sichergestellt,
dass auch bei einem hohen Verschmutzungsgrad des Filterelements 2 sich
kein zu hoher Druck vor der Filtereinheit 1 aufbaut bzw.
dass ein Durchfluss durch die Filtereinheit 1 jederzeit
gewährleistet
ist. Je nach Verschmutzgrad fließt ein Anteil des Schmutzöls dabei
weiterhin durch das Filterelement 2 (vgl. Pfeile 9).
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3 zeigt
in perspektivischer Explosionsdarstellung in einer leicht modifizierten
Ausführung das
Filterelement 2, den Stützrahmen 12 in
Form eines Zylinderkäfigs
sowie die Endkappen 3, 4. Die obere Endkappe 3 weist
eine Ringnut 19 zur Aufnahme eines Dichtringes 20 auf,
durch den eine dichte Verbindung zwischen obere Endkappe 3 und
Gehäuse 6 (in 3 nicht
dargestellt) sichergestellt ist.
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- 1
- Filtereinheit
- 2
- Filterelement
- 3
- erste
Endkappe
- 4
- zweite
Endkappe
- 5
- Ausgang
- 6
- Gehäuse
- 7
- Schnittstelle
- 8
- Öffnung
- 9
- Pfeil
(Strömungsrichtung)
- 10
- Innenraum
- 11
- Pfeil
(Strömungsrichtung)
- 12
- Stützrahmen
- 13
- Aussparung
- 14
- Boden
- 15
- Bereich
- 16
- Ventilelement
- 17
- Kanal
- 18
- Pfeil
(Strömungsrichtung)
- 19
- Ringnut
- 20
- Dichtring
- 21
- Membran