DE3784256T2

DE3784256T2 - Selbstreinigender filter fuer fluide.

Info

Publication number: DE3784256T2
Application number: DE8787301820T
Authority: DE
Inventors: Benedict R Gerulis
Original assignee: CIB Inc
Current assignee: CIB Inc
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2007-03-03
Also published as: AU584057B2; BR8700961A; EP0236115B1; DE3784256D1; CA1294223C; KR870008600A; ATE85898T1; MX160852A; JPS62210013A; SU1556530A3; CN87102298A; KR900005520B1; US4645591A; AU6953487A; JPH0156809B2; EP0236115A2; EP0236115A3; CN1006281B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Fluidfilter. Sie bezieht sich insbesondere auf Filterpatronen, die im allgemeinen bei Brennkraftmaschinen und ähnlichen Maschinen verwendet werden, um partikelförmige Bestandteile aus dem Schmieröl zu entfernen. Aufgrund der automatischen Selbstreinigung des Filterelements nach dem Gebrauchsbeginn wird eine große Verlängerung der Lebensdauer des Filters erzielt.
Filterpatronen werden im allgemeinen zum Entfernen partikelförmiger Bestandteile aus den Schmierölen verwendet, und sie sind an der Maschine montiert, um ständig das Öl zu filtern, wenn die Maschine arbeitet. Die Filter werden verbreitet bei Kraftfahrzeugen verwendet und werden nach 100 bis 300 Stunden weggeworfen, da sie verstopfen. Erhältliche Filterpatronen werden auch bei anderen industriellen Produkten wie bei Gaskompressoren und hydraulischen Systemen verwendet, um ölige und hydraulische Fluids zu reinigen.
Die US-PS 3 232 085 mit dem Titel "Filter Unit Having Dual Purpose Valve Assembly" zeigt ein Beispiel einer derartigen Filterpatrone. Die Filterpatrone nach dem US-Patent ist einer Filterpatrone, die immer geschlossen ist. Ein derartiges Filter muß ersetzt werden, wenn es verstopft ist.
Eine andere Aufgabe zur Verwendung einer Filterpatrone besteht in der Entfernung partikelförmiger Bestandteile aus dem Wasser. So kann man beispielsweise solche Filter in Privathäusern und in der Industrie finden, um Sand, Kies, Rost und chemische Reinigungsmittel aus kommunalen Wasserversorgungen zu entfernen.
Die übliche Lebensdauer solcher Filter ist durch das Maß begrenzt, mit dem der Druckabfall am Filterelement aufgrund einer Verstopfung durch die partikelförmigen Bestandteile sich erhöht. Die partikelförmigen Bestandteile, die durch das Filterelement entfernt werden, verbleiben im oder auf dem Element, das nur eine kleine Speicherkapazität für solche Verunreinigungen aufweist. Demnach ist die Lebensdauer des Filters gering.
Übliche verfügbare Filterpatronen bestehen aus zylinderförmig geformten Patronen mit einem Einlaß und einem Auslaß am oberen Ende oder Anschluß. Der Filterauslaß weist eine Kupplung mit Innengewinde auf, die mittig im Anschluß angeordnet ist, und wird auf einem mit einem Gewinde versehenen Nippel eines Aufnahmeteils für das Filter geschraubt, das für einen Motor oder für andere Fluid-verwendende Vorrichtungen verwendet wird. Filtereinlaßöffnungen umgeben kreisförmig den Filterauslaß und nehmen das verunreinigte Fluid über entsprechende Durchlässe im Filterbehälter auf, das von der Maschine aus herkommt. Eine elastomere Dichtung auf der Filteroberfläche umgibt kreisförmig die Einlaßöffnungen. Wenn der Filterauslaß auf den entsprechenden Nippel geschraubt wird, wird die Dichtung zwischen den angrenzenden Flächen zusammengedrückt, um ein Lecken von Fluid zu verhindern.
Das Filterelement ist im allgemeinen kreisförmig, wobei das Fluid von der äußeren Fläche in Richtung auf die Hauptachse fließt. Es können verschiedene geeignete Filtermaterialien verwendet werden, wobei diese an die Art des zu filternden Materials angepaßt werden können.
Nach der Erfindung ist ein selbstreinigendes patronenartiges Filter zur Beseitigung von partikelförmigen Verunreinigungen aus einem Fluid vorgesehen, mit:
(a) einem Patronengehäuse, das eine Innenwandoberfläche aufweist und einen Einlaß an einem Ende hat, um ein unter Druck stehendes, verunreinigtes Fluid aufzunehmen, und einen Auslaß, um ein gefiltertes Fluid abzugeben;
(b) einem Filter zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, um eine Filteroberfläche zu bilden, die eng gegenüber der Innenwandoberfläche beabstandet ist, um partikelförmige Verunreinigungen aus dem Fluid zu entfernen; und
(c) einem inneren Hohlzylinder, der mit dem Auslaß in Verbindung steht, der sich abwärts in das Gehäuse der Patrone ausdehnt und der eine Zylinderbüchse umfaßt, die eine Vielzahl von Öffnungen hat, durch die das gefilterte Fluid von der stromabwärtigen Seite des Filters zum Auslaß geführt wird;
dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Patronengehäuses ein Einlaß angeordnet ist und daß das Filter zusätzlich umfaßt:
(d) einen Sumpf im unteren Bereich des Patronengehäuses zum Sammeln von partikelförmigen Verunreinigungen;
(e) einen unteren Zylinder, der an seinem oberen Ende koaxial und fest an der Zylinderbüchse angebracht ist;
(f) einen unteren Kolben, der verschiebbar innerhalb des unteren Zylinders angeordnet ist, um sich nach oben innerhalb des unteren Zylinders entgegen einer unteren Druckfeder als Antwort auf einen sich vergrößernden Fluiddruck im Sumpf zu bewegen;
(g) einen Kolben in der Zylinderbüchse, der fest am unteren Kolben durch Kolbenbefestigungsmittel befestigt ist und in der Zylinderbüchse verschiebbar angeordnet ist, um den Fluidstrom durch die Öffnungen der Zylinderbüchse zu unterbinden, wenn er nicht einem Druck unterworfen ist und nach oben durch den unteren Kolben verschoben wird, wenn die untere Druckfeder in ihre äußerste Stellung zusammengedrückt ist, um die Öffnungen der Zylinderbüchse für den durchtretenden Fluidstrom zu öffnen;
(h) einen oberen Zylinder, der radial von dem inneren Hohlzylinder beabstandet angeordnet ist, der mit dem Filtereinlaß in Verbindung steht und sich davon nach unten ausdehnt;
(i) ein Kolbenführungselement, das das obere Ende des Filters umschließt, das vertikal vom oberen Zylinder beabstandet ist und eine Öffnung aufweist; und
(j) einen oberen Kolben, der im oberen Zylinder verschiebbar angeordnet ist und ein Kolbenführungselement, um sich anwachsend nach unten durch die Öffnung im Kolbenführungselement entgegen einer oberen Druckfeder als Antwort auf einen anwachsenden Einlaß-Fluiddruck zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung sieht eine selbstreinigende Filterpatrone vor, um partikelförmige feste Bestandteile und andere filterbare Bestandteile aus Fluids zu entfernen. Obwohl die vorwiegende Verwendung in der Reinigung von Motoröl besteht, das in einer Brennkraftmaschine, in Gaskompressoren und dgl. zirkuliert, erstreckt sie sich auch auf das Filtrieren von Wasser, wäßrigen Fluids und organischen gasförmigen oder flüssigen Materialien.
Das Filterelement und die Vorrichtung dazu sind in einem Patronengehäuse eingeschlossen, das einen Einlaß und einen Auslaß für die Flüssigkeit hat. Im unteren Bereich des Patronengehäuses ist ein Sumpf vorgesehen, um die Verunreinigungen aufzunehmen, die von der Oberfläche des Filterelements gespült wurden. Der Selbstreinigungsvorgang wird jedes Mal dann durchgeführt, wenn das Filter den Arbeitsdruck durch den Eintritt des unter Druck stehenden verunreinigten Fluids erreicht. Der obere federbeaufschlagte Kolben, der nach unten durch eintretende Fluid gedrückt wird, arbeitet der Reihe nach wie folgt:
(i) Komprimierung des gefilterten Fluids im Filterelement von der stromabwärtigen Seite des Filterelements, um partikelförmige Verunreinigungen von der Filteroberfläche zu lösen;
(ii) Fließbeginn des unter Druck stehenden, verunreinigten Fluids an der Oberfläche des Filterelements vorbei, um die Oberfläche zu spülen und partikelförmige Verunreinigungen in den Sumpf sickern zu lassen; und (iii) Zulassen eines ausreichenden Flusses von unter Druck stehendem, verunreinigten Fluid in den Sumpf, um den unteren Kolben nach oben entgegen der unteren Druckfeder zu drücken, um die Öffnungen der Zylinderbüchse freizulegen, um es dem Fluß des gefilterten Fluids dadurch zu erlauben, den Auslaß zu passieren, um sich daran zu entladen, sowie Positionieren und Speichern der angesammelten partikelförmigen Verunreinigungen im Sumpf.
Die anfängliche Dauer, während der partikelförmige Verunreinigungen von der Filteroberfläche gespült werden, ist im allgemeinen kurz. Die Dauer ist durch die Fließgeschwindigkeit des Fluids an der Filteroberfläche und der Verstellung des unteren Kolbens von seiner unkomprimierten Stellung in eine Stellung bestimmt, bei der die Zylinderbüchse offen ist.
Obwohl der Selbstreinigungsvorgang von kurzer Dauer ist, hat er das Spülen der partikelförmigen Bestandteile von der Filteroberfläche zur Folge, um diese im Sumpf zu deponieren. Die Lebensdauer des Filters ist beträchtlich größer, und ein häufiges Stillegen einer Einrichtung, um das Filter zu wechseln, wird vermieden. Kraftfahrzeuge und andere Maschinen können eine viel längere Zeit zwischen den Filterwechseln betrieben werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Entlastung des Überdrucks in zwei voneinander unabhängigen Zuständen möglich ist. Im ersten Zustand treibt übermäßiger Einlaßflüssigkeitsdruck den oberen Kolben nach unten entgegen einer Feder in eine zusammengedrückte Position, wo die Einlaßflüssigkeit am oberen Kolben vorbei direkt in eine Filterflüssigkeitskammer und durch den offenen Zylinderbüchse zum Filterauslaß fließt. Wenn aus irgendeinem Grund die Zylinderbüchse nicht offen ist, öffnet ein zweites Entspannungsventil aufgrund eines übermäßigen Drucks stromabwärts des Filterelements. Das zweite Entspannungsventil weist ein elastomerisches Teil mit einem federbeaufschlagten Rücken auf, der gegen eine oder mehrere Entspannungslöcher im unteren Zylinderdruckkolben gedrückt wird. Ein übermäßiger Flüssigkeitsdruck drängt das elastomerische Teil vom Zylinder weg, um es dem Fluid zu erlauben, zum Filterauslaß zu fließen.
Folglich sieht die Erfindung eine Langzeitfiltrierung vor, die nicht durch bekannte Filterpatronen erreicht werden kann, und sie sieht einen kontinuierlichen Fluidfluß sogar dann vor, wenn der Fluiddruck übermäßig hoch wird. Die Filteroberfläche wird automatisch beim Starten gereinigt, wobei kein Personal oder eine Steuerung erforderlich ist.
Um die Erfindung besser zu verstehen und um zu zeigen, wie sie ausgeführt werden kann, wird nun auf ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, bei denen:
Fig. 1 eine Ansicht auf die Oberseite des selbstreinigenden Filters der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht im Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Ansicht auf den Querschnitt von oben entlang der Linie 3-3 von Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht im Querschnitt ähnlich Fig. 2 mit einigen Elementen ist, die in einer zweiten komprimierten Position gezeigt sind; und
Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 4 ist, wobei Elemente in einer dritten komprimierten Position gezeigt sind.
Fig. 1 zeigt nun eine Ansicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Abschlußplatte 2 erstreckt sich über dem oberen Ende des Filters. Ein Auslaß 6 für den Fluidfluß aus dem Filter ist mittig angeordnet. Eine Vielzahl von Einlaßöffnungen 4 ist radial vom Auslaß 6 beabstandet angeordnet, um ein verunreinigtes Fluid einzulassen, das gefiltert werden soll. Eine elastomere Ringdichtung 8 bildet eine ringförmige Dichtung um die Einlaßöffnungen 4 herum, um das Filter mit einem Filterbehälter beispielsweise mit einer Brennkraftmaschine abzudichten.
Wie in der Seitenschnittansicht von Fig. 2 gezeigt ist, besteht das Patronengehäuse 3 aus einem vorzugsweise zylinderförmigen, dünnwandigen Gefäß, dessen oberes Ende an der Peripherie mit der Abschlußplatte 2 dicht verbunden ist. Ein zentraler röhrenförmiger Hohlzylinder 10, dessen oberes Ende einen Auslaß 6 aufweist, ist über ein Innengewinde 58 mit einem Filterbehälter verbunden. Der Aufbau der Einlaßöffnungen 4 und des Auslasses 6 entspricht üblichen gebräuchlichen Filtern, so daß das Filter 1 an eine vorhandene Einrichtung paßt, ohne den Behälter zu modifizieren.
Der zentrale ringförmige Zylinder 10 ist kraftschlüssig mit der Abschlußplatte 2 verbunden und erstreckt sich nach unten in das Patronengehäuse 3, um eine Zylinderbüchse 11 in seinem unteren Bereich zu bilden. Öffnungen 12 in der Zylinderbüchse 11 verbinden den normalen Pfad des gefilterten Fluids mit dem Auslaß 6 über das Filterelement 14. Der Zylinderbüchsenkolben 23 ist ein offenes röhrenförmiges Teil, der gleitend in der Zylinderbüchse 11 montiert ist und der kraftschlüssig mit einem unteren Kolben 18 verbunden ist, der gleitend im unteren Zylinder 16 montiert ist. Der Zylinder 16 ist an seinem Ende kraftschlüssig mit der Zylinderbüchse 11 verbunden. Der untere Kolben 18 ist im unteren Zylinder mittels einer Feder befestigt, so daß er durch den Fluiddruck gegen die untere Druckfeder 28 nach oben angetrieben wird.
Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform sind der untere Kolben 18 und der Zylinderbüchsenkolben 23 über eine aufrechte Säule 20 miteinander verbunden, die mehrere Flügel 22 hat, die sich radial in Richtung des Zylinderbüchsenkolbens 23 ausdehnen, mit dem sie verbunden sind. Es können jedoch andere Verbindungsmittel verwendet werden, die zwei Kolben miteinander starr verbinden und den Fluß durch den Zylinderbüchsenkolben nicht behindern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die untere Druckfeder 24 eine konische Spiralfeder, die einen größeren Außendurchmesser an ihrem unteren Ende hat.
Der Sumpf 5 besteht aus einem Zwischenraum im unteren Teil des Patronengehäuses. Vorzugsweise beträgt das Sumpfvolumen 10 bis 50% des Gesamtvolumens des Patronengehäuses, um partikelförmige Bestandteile aufzunehmen und zu speichern, die vom Filterelement 14 gespült sind. Das Volumen des Sumpfs 5 muß groß genug sein, so daß die partikelförmigen Bestandteile, die am Boden sich abgesetzt haben, nicht allzusehr durch das eintretende Fluid während des Beginns oder während des Verlassens des Fluids gestört werden. Die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit vom und zum Sumpf 5 während dieser Perioden hängt von der Viskosität des Fluids, dem Druck des hereinkommenden Fluids und dem Reinigungszwischenraum 46 für das Fluid zwischen dem Filterelement 14 und der Innenwandfläche 9 des Patronengehäuses 3 ab.
Ein Innengehäuse 40 ist mit dem unteren Zylinder 16 verbunden, beispielsweise durch Rasthaken 42, die den Rand 44 auf dem unteren Zylinder festspannen. Eine Öffnung 45 im Innengehäuse 40 erlaubt es dem verunreinigten Fluid, gegenüber dem Kolben 18 einen Druck auszuüben, um ihn nach oben entgegen der Druckfeder 24 zu bewegen, um Zylinderbüchsenöffnungen 12 zu öffnen. Eine Vielzahl von Versteifungen 48 erstreckt sich nach oben von der Peripherie des Innengehäuses 40 aus, um das Filterelement 14 abdichtend zu lagern, wobei diese mit einem Führungsteil 34 für den oben Kolben verbunden sind, wie danach beschrieben. Das Innengehäuse, die Versteifungen und das Führungsteil für den oberen Kolben dienen dazu, den Fluß des Fluids einzuschränken, so daß unter normalen Filterbedingungen das in das Filter 1 gelangende Fluid völlig durch das Filterelement 14 laufen muß, um entladen zu werden.
Das Filterelement 14 kann aus einer großen Vielzahl von Materialien bestehen. Es werden Materialien bevorzugt, die die gefilterten Bestandteile in einer dünnen Schicht auf der Filteroberfläche 15 zurückhalten. Das Element 14 muß ausreichend steif sein, um den auf ihm ausgeübten Druck auszuhalten. Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform zeigt ein dünnes Filterelement 14, das aus vier separaten Filtersegmenten besteht, die dicht mit dem Innengehäuse 40, den vier Versteifungen 48 und dem Führungsteil 34 des oberen Kolbens verbunden sind.
Andere konstruktive Ausbildungen sind möglich. So kann beispielsweise das Filterelement 14 eine Einzeleinheit oder ein Filter sein, das auf seiner Innenfläche durch Versteifungen 48 gelagert ist. Es kann eine beliebige Anzahl von Versteifungen verwendet werden.
Wenn man erneut Fig. 2 betrachtet, so ist dort ein oberer Zylinder 28 dargestellt, der mit der Abschlußplatte 2 verbunden ist und der sich nach unten koaxial mit dem zentralen Hohlzylinder 10 erstreckt. Vorzugsweise weist ein ringförmiger, nach oben gerichteter Bereich der Abschlußplatte 2 Einlaßöffnungen 4 auf und sorgt so für eine zusätzliche Festigkeit der Abschlußplatte 2. Der obere Zylinder 28 arbeitet mit den Einlaßöffnungen 4 zusammen, um somit einen Weg des verunreinigten Fluids in dem Filter vorzusehen. Ein oberer Kolben 30 weist eine ringförmige Form auf, wenn man ihn von oben betrachtet, und ist gleitend im ringförmigen Zwischenraum zwischen dem zentralen Hohlzylinder und dem oberen Zylinder angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben abgedichtet mit dem oberen Kolbenführungsteil 34 verbunden, in welchem er läuft, um verunreinigtes Fluid auf der Einlaßseite des Filterelements 14 zurückzuhalten und um zu verhindern, daß verunreinigtes Fluid am Filter vorbei strömt.
Der obere Kolben 30 steht durch eine obere Druckfeder 32 unter Federdruck. Ein verunreinigtes Fluid, das durch die Einlaßöffnungen 4 unter Druck strömt, drückt den oberen Kolben 30 entgegen der oberen Druckfeder 32 nach unten. Wenn der Kolben 39 aufgrund der Bewegung nach unten eine Einlaßventilöffnung 64 zwischen dem oberen Zylinder 28 und dem Kolbenführungsteil 34 erreicht, strömt verunreinigtes Fluid zur Einlaßoberfläche 15 des Filterelements 14 und an der Einlaßoberfläche 15 vorbei über den Reinigungszwischenraum 46 zum Sumpf 5. Folglich arbeiten der obere Zylinder 28 und der obere Kolben 30 als Ventil, um verunreinigtes Fluid mit einem Druck zuzulassen, der durch die Kennlinie der oberen Druckfeder 32 festgelegt ist. Eine Abwärtsbewegung des Kolbens 30 hat ebenfalls eine Kompression des Fluids innerhalb einer Kammer zur Folge, die durch das Filterelement 14 und dem Rückspülen des Filters bestimmt ist, um verunreinigte Bestandteile von der Filteroberfläche 15 abzuheben und diese in den Sumpf zu befördern.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Entlastungsventilaufbau im Führungsteil 34 des oberen Kolbens, um es einem verunreinigten Fluid zu ermöglichen, am Filterelement 14 vorbeizuströmen, wenn der Druck zu hoch ist. Dies kann beispielsweise dann vorkommen, wenn das Fluid eine Temperatur aufweist, die unter der Betriebstemperatur liegt, so daß eine hohe Viskosität die Folge ist, oder wenn das Filterelement 14 durch das verunreinigte Material verstopft ist.
Die Öffnung 61 des Kolbenführungsteils steht normalerweise mit dem oberen Kolben 30 an seinem oberen Ende, ob unter Druck oder drucklos, in einem abdichtenden Kontakt. Eine Erweiterung 62 in der Öffnung 61 des Kolbenführungsteils 34 sorgt für einen abgeschwächten Strom des einströmenden Fluids zwischen dem Kolben 30 und dem Führungsteil 34, wenn ungewöhnlich hoher Fluiddruck den Kolben 30 durch das Führungsteil 34 in die Erweiterung 62 drängt. Das entspannte Fluid strömt direkt zur stromabwärtigen Seite des Filterelements 14 und durch die Zylinderbüchsenöffnungen 12 zum Filterauslaß 6.
Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt die obere Druckfeder 32 auf einem Federteller 35, der wiederum durch eine zentrale Druckfedereinrichtung 38 abgestützt wird. Der Federteller 35 ist ein ringförmiges Teil, das auf der Zylinderbüchse 11 gleitend angeordnet ist. Obwohl er durch einen flachen Teller gebildet sein kann, ist er vorzugsweise becherförmig wie in Fig. 2 gezeigt geformt, wobei er eine vertikale Seite 36 aufweist, die als Halteelement für den oberen Kolben 30 dient, wenn dieser Kolben sich in einer zusammengepreßten Position befindet, um es dem Fluid zu ermöglichen, von den Einlaßöffnungen 4 über die Einlaßventilöffnungen 64 zum Filterelement 14 zu fließen. Der becherförmige Teller 35 dient auch dazu, die obere Druckfeder 32 vor einem Schaden aufgrund eines Überdrucks zu schützen.
Vorzugsweise ist der obere Kolben 30 größtenteils hohl, wobei er eine umgekehrte becherförmige Form aufweist, um einen vertikalen Zwischenraum für die Feder 32 vorzusehen. Es ist eine Feder mit einer ausreichenden vertikalen Länge erforderlich, um ein angemessenes Rückflußvolumen für das Fluid durch das Filterelement 14 bereitzustellen, um feste Bestandteile von seiner Oberfläche 15 zu lösen. Der obere Kolben 30 und der Federteller 35 sorgen für den notwendigen Zwischenraum.
Eine weitere Bewegung des Kolbens 30 nach unten, um ungewöhnlich hohe Fluiddrücke abzubauen, erfordert ein Zusammendrücken der zentralen Druckfedereinrichtung 38.
Die obere Druckfeder 32 dient dazu, den oberen Kolben 30 in seine oberste oder völlig geschlossene Position zurückzustellen, wenn der Strom des Fluids zum Filter unterbrochen wird, um den Rückfluß des gefilterten Fluids durch das Filterelement für einen nachfolgenden Wiederbeginn zu erleichtern. Aus diesem Grund ist die Drucklast auf die Feder 32, um das Filter für einen normalen Fluidstrom zu öffnen, klein im Vergleich zur Last auf die zentrale Druckfedereinrichtung 38. Das Kraft-Wegverhältnis der Federeinrichtung 38 ist entweder größer als das der oberen Druckfeder 32 oder niedriger als das der unteren Druckfeder 24. Da die Federeinrichtung 38 eine einzige spiralförmige Druckfeder aufweisen kann, durch die die Zylinderbüchse 11 verläuft, verwendet die bevorzugte Ausführungsform drei oder mehr vertikal ausgerichtete Spiralfedern, die gleichmäßig in einem Kreis voneinander beabstandet sind, die den Zylinder 11 umgeben. Die Feder oder Federn weisen eine Federeinrichtung 38 auf, die auf dem oberen Verschluß 52 des unteren Zylinders 15 ruht, der fest mit dem Zylinder 11 verbunden ist.
Die untere Druckfeder 24 wird ebenfalls bei einem Druck völlig zusammengepreßt, der niedriger als der Druck ist, der erforderlich ist, um die zentrale Druckfedereinrichtung 38 zusammenzudrücken, um einen übermäßigen Druck abzubauen. Das Volumen des Fluids, das die Filteroberfläche 15 spült, hängt nur von der Verstellung des oberen Kolbens 18 ab, wenn er sich nach oben bewegte um die Zylinderbüchsenöffnungen 12 zu öffnen. Das Volumen ist von der Federkennlinie unabhängig. Die Feder 24 jedoch, die bei einem niedrigeren Druck öffnet, sorgt für einen höheren Druckabfall von der Einlaßventilöffnung 64 zum Sumpf 5, was eine höhere Fluidgeschwindigkeit hinter der Filteroberfläche 15 zur Folge hat. Folglich hat eine Feder 24, die eine höhere Kraft zum Zusammendrücken braucht, eine niedrigere Fluidgeschwindigkeit hinter der Oberfläche 15 zur Folge, wodurch die Spüldauer verlängert wird, wobei das Spülen jedoch bei einer niedrigeren Fluidgeschwindigkeit geschieht. Das Filterelement wird im allgemeinen am besten mit der höchsten Fluidgeschwindigkeit gereinigt, so daß die Feder 24 vorzugsweise einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul und/oder Querschnitt aufweist.
Um eine wirkungsvollen Reinigung der Filteroberfläche 15 zu erleichtern, sollte das Volumen des reinigenden Fluids und des Rückspülfluids den Reinigungszwischenraum 46 zwischen der Innenwandoberfläche 9 der Patrone und der Filteroberfläche 15 übersteigen, um verunreinigtes Material von der Filteroberfläche zum Sumpf 5 zu befördern.
Aufgrund des notwendigen Fluidstroms im Reinigungszwischenraum 46 zwischen dem Filterelement 14 und der Innenwandfläche 9 des Patronengehäuses 3 sieht man, daß ein solcher Zwischenraum vorhanden sein muß. Es können alle geeigneten Mittel für dessen Ausgestaltung verwendet werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht in einem zweiten Entspannungsventilaufbau, der es dem Fluidstrom erlaubt, an den Zylinderbüchsenöffnungen 12 vorbeizuströmen, wenn aus irgend einem Grund ein übermäßiger Druck stromabwärts des Filters 14 vorkommt und der Zylinderbüchsenkolben 23 in der unteren geschlossenen Position verbleibt. Die unteren Entspannungslöcher 50 im oberen Verschluß 52 des unteren Zylinders 16 sind von unten normalerweise durch eine elastomere Entspannungsdichtungsmembran 54 verschlossen, die ein steifes hinteres Teil 56 aufweist, das durch die untere Druckfeder 24 nach oben gedrückt wird. Ein übermäßiger Druck auf den oberen Verschluß 52 zwingt die Membran 54 und das hintere Teil 56 nach unten, um einen Fluidstrom durch die Entspannungslöcher 50 zu ermöglichen.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist am oberen Kolben 30 eine obere Kolbendichtung 60 befestigt, um einen Fluidverlust zwischen dem Kolben 30 und dem zentralen Hohlzylinder 10 oder dem oberen Zylinder 28 zu verhindern. Ebenso weist der untere Kolben 18 eine untere Kolbendichtung 26 auf, die an der unteren Seite des Kolbens aufgrund der Feder 24 angeordnet ist.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht von oben entlang der Linie 3-3 von Fig. 2. Innerhalb des zylindrisch geformten Patronengehäuses 3 ist ein Filterelement 14 angeordnet, das eine Einlaßfilteroberfläche 15 aufweist, die von der Patroneninnenwand 9 durch einen Reinigungszwischenraum 46 eng davon beabstandet ist. Das Innengehäuse 40 und vier senkrechte Versteifungen 48 sind abdichtend mit dem Filterelement 14 verbunden, und das Gehäuse 40 ist kraftschlüssig durch einen Rasthaken 42 mit dem unteren Zylinderrand 44 verbunden, der Teil des unteren Zylinders 16 ist. Bei dieser Ausführungsform weist die zentrale Druckfedereinrichtung 38 drei senkrechte Druckfedern auf, die vom Zylinderbüchsenzylinder gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Die Federn 38 lagern auf dem oberen Verschluß 52 des unteren Zylinders 16. Der obere Verschluß 52 enthält weiter eine Vielzahl von unteren Entspannungslöchern 50 rund um den Zylinderbüchsenzylinder 11.
Fig. 3 zeigt ebenfalls die Säule 20, die mit dem unteren Kolben 18 verbunden ist und die eine Vielzahl von Flügeln 22 aufweist, die die Verbindungssäulen 20 mit dem Zylinderbüchsenkolben 23 kraftschlüssig verbinden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Bewegung der Kolben 30 und 18, um die Reinigung des Filterelements 14 erfindungsgemäß durchzuführen. Wie in Fig. 4 gezeigt tritt unter Druck stehendes verunreinigtes Fluid anfangs in die Einlaßöffnungen ein und zwingt den oberen Kolben 30 gegen die obere Druckfeder 32 nach unten, bis der Kolben 30 sich unterhalb der Einlaßventilöffnung 64 befindet. Wenn der Kolben 30 heruntergedrückt ist, zwingt er das gefilterte Fluid stromabwärts des Filterelements 14 durch das Filterelement 14 zurückzufließen, um die Verunreinigungen davon zu entfernen. Das zurückströmende Fluid strömt durch das Filterelement 14 und nach unten in den Sumpf 5, wobei der untere Kolben leicht angehoben wird. Die Ventilöffnungen 12 bleiben geschlossen.
Wenn der obere Kolben 30 nach unten gedrängt wurde, um die Einlaßventilöffnungen 64 genügend zu öffnen, strömt das unter Druck stehende Fluid schnell durch den Reinigungszwischenraum 46, um Verunreinigungen von der Filteroberfläche zu spülen und diese im Sumpf 5 zu deponieren. Während das Fluid weiter in den Sumpf eintritt, fährt der untere Kolben 18 fort, sich nach oben zu bewegen.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird das Spülen solange fortgesetzt, bis der untere Kolben 18 nach oben bis zu einem Niveau bewegt wird, wo die Zylinderbüchsenöffnungen 12 offen sind (d. h. daß der Zylinderbüchsenkolben 23 über die Öffnungen 12 hinaus angehoben ist). Hier beginnt nun das normale Filtern. Eintretendes verunreinigtes Fluid strömt durch das Filterelement 14, um die Verunreinigungen zu beseitigen, und strömt durch die Öffnungen 12 zum Filterauslaß. Die Druckkräfte des Fluids, die auf die Kolben 30 und 18 wirken, werden jeweils durch die Federn 32 und 24 im Gleichgewicht gehalten, um die Einlaßventilöffnung 64 und die Zylinderbüchsenöffnungen 12 für den Fluidstrom offen zu halten.
Der Reinigungszyklus geschieht jedes Mal dann, wenn das Filtern in einem drucklosen Zustand beginnt. Das Reinigen kann durch plötzliches Schließen eines Ventils in der Leitung für das verunreinigte Fluid beginnen, die zum Filter führt. Bei den meisten Anwendungen wird eine ein Fluid verwendende Maschine oft genug angehalten, um die erforderliche Häufigkeit bezüglich der Reinigung zu gewährleisten. Die Speicherung der partikelförmigen Materie im Sumpf 5 hat eine größere Lebensdauer der Filter verglichen zu den bekannten Filtern zur Folge, die vorwiegend bisher verwendet werden.
Das Filter nach dieser Erfindung ist an zahlreiche Anwendungen anpaßbar, die verschiedene Fluidströmungsgeschwindigkeiten der Verunreinigungen und Fluiddrücke haben. Um spezielle Bedingungen zu erfüllen, kann besonderes Filtermaterial verwendet und die Filteroberfläche kann variiert werden. Wenn Federn verschiedener Elastizitätsmodule und/oder Dicken verwendet werden, kann der Arbeitsdruckbereich für einen großen Anwendungsbereich modifiziert werden.
Das äußere Aussehen des Filters stimmt mit vorhandenen Filterbehältern überein, wodurch ein unmittelbarer Ersatz der früher verfügbaren Filter möglich ist, ohne die Behälter zu modifizieren.

Claims

1. Selbstreinigendes patronenartiges Filter zur Beseitigung von partikelförmigen Verunreinigungen aus einem Fluid, mit:

(a) einem Patronengehäuse (3), das eine Innenwandoberfläche (9) aufweist und einen Einlaß (4) an einem Ende hat, um ein unter Druck stehendes, verunreinigtes Fluid aufzunehmen, und einen Auslaß (6), um ein gefiltertes Fluid abzugeben;

(b) einem Filter (14) zwischen dem Einlaß (4) und dem Auslaß (6), um eine Filteroberfläche (15) zu bilden, die eng gegenüber der Innenwandoberfläche (9) beabstandet ist, um partikelförmige Verunreinigungen aus dem Fluid zu entfernen; und

(c) einem inneren Hohlzylinder (10), der mit dem Auslaß (6) in Verbindung steht, der sich abwärts in das Gehäuse (3) der Patrone ausdehnt und der eine Zylinderbüchse (11) umfaßt, die eine Vielzahl von Öffnungen (12) hat, durch die das gefilterte Fluid von der stromabwärtigen Seite des Filters zum Auslaß (6) geführt wird; dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Patronengehäuses (3) ein Einlaß (4) angeordnet ist und daß das Filter zusätzlich umfaßt:

(d) einen Sumpf (5) im unteren Bereich des Patronengehäuses (3) zum Sammeln von partikelförmigen Verunreinigungen;

(e) einen unteren Zylinder (16), der an seinem oberen Ende koaxial und fest an der Zylinderbüchse (11) angebracht ist;

(f) einen unteren Kolben (18), der verschiebbar innerhalb des unteren Zylinders (16) angeordnet ist, um sich nach oben innerhalb des unteren Zylinders (16) entgegen einer unteren Druckfeder (24) als Antwort auf einen sich vergrößernden Fluiddruck im Sumpf (5) zu bewegen;

(g) einen Kolben (23) in der Zylinderbüchse, der fest am unteren Kolben durch Kolbenbefestigungsmittel (20, 22) befestigt ist und in der Zylinderbüchse (11) verschiebbar angeordnet ist, um den Fluidstrom durch die Öffnungen (12) der Zylinderbüchse zu unterbinden, wenn er nicht einem Druck unterworfen ist und nach oben durch den unteren Kolben (18) verschoben wird, wenn die untere Druckfeder (24) in ihre äußerste Stellung zusammengedrückt ist, um die Öffnungen (12) der Zylinderbüchse für den durchtretenden Fluidstrom zu öffnen;

(h) einen oberen Zylinder (28), der radial von dem inneren Hohlzylinder (10) beabstandet angeordnet ist, der mit dem Filtereinlaß (4) in Verbindung steht und sich davon nach unten ausdehnt;

(i) ein Kolbenführungselement (34), das das obere Ende des Filters (14) umschließt, das vertikal vom oberen Zylinder (28) beabstandet ist und eine Öffnung (61) aufweist; und

(j) einen oberen Kolben (30), der im oberen Zylinder (28) verschiebbar angeordnet ist und ein Kolbenführungselement (34), um sich anwachsend nach unten durch die Öffnung (61) im Kolbenführungselement (34) entgegen einer oberen Druckfeder (32) als Antwort auf einen anwachsenden Einlaß- Fluiddruck zu bewegen.

2. Filter nach Anspruch l, wobei das Patronengehäuse aus einem geschlossenen Zylinder besteht, dessen Einlaß (4) und Auslaß (6) in einem Abschlußblech gebildet sind, das ein Ende des Zylinders verschließt.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der obere Zylinder (28) einen größeren Durchmesser als die Zylinderbüchse (11) hat und radial davon beabstandet ist, um einen ringförmigen Spalt zu bilden, und wobei der obere Kolben (30) ein ringförmiges Element bildet, das verschiebbar in dem ringförmigen Spalt angeordnet ist, um die Umgebung des oberen Zylinders (28) gegenüber der Zylinderbüchse (11) abzudichten.

4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin ein Federhalteelement (35) unterhalb des oberen Kolbens (30) aufweist, das die obere Druckfeder (32) abstützt, und eine zentrale Druckfedereinrichtung (38), die das Federhalteelement (35) abstützt.

5. Filter nach Anspruch 4, wobei die zentrale Druckfedereinrichtung (38) wenigstens drei Spiralfedern aufweist, die gleichmäßig beabstandet rund um die Zylinderbüchse (11) angeordnet sind, um das Federhalteelement (35) abzustützen.

6. Filter nach Anspruch 5, bei dem drei Spiraldruckfedern (38) vorhanden sind.

7. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Kraft/Förderleistungsverhältnis der zentralen Druckfedereinrichtung (38) das der oberen Druckfeder (32) und das der unteren Druckfeder (24) übersteigt.

8. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Federhalteelement (35) ein nach oben hin geöffnetes becherförmiges Element mit einer vorwiegend vertikalen Umfangsseite (36) und einen Boden mit einer Zentralöffnung aufweist, das ringförmig verschiebbar auf der Außenseite der Zylinderbüchse (11) montiert ist, wobei die vertikale Umfangsseite (36) eine in vertikaler Richtung aufweisende Abmessung hat, um bei weiterer Abwärtsbewegung den oberen Kolben (30) zu berühren und anzuhalten, wenn der Einlaß (4) durch einen Fluidstrom beaufschlagt wird.

9. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die zentrale Druckfedereinrichtung (38) ein Kraft/Förderleistungsverhältnis hat, das eine weitere Bewegung des oberen Kolbens (30) nach unten durch das Kolbenführungselement (34) erlaubt, wenn sie durch einen besonders hohen Druck eines verunreinigten Fluids verschoben wird, um eine Vergrößerung der Öffnung zwischen dem oberen Kolben (30) und den Kolbenführungselement (34) für den Fluß von verunreinigtem Fluid zur stromabwärtigen Seite des Filters vorzusehen, um besonders hohen Druck abzubauen.

10. Filter nach Anspruch 2 oder einen der Ansprüche 3 bis 9, wenn diese auf den Anspruch 2 bezogen werden, wobei das Filter (14) zylinderförmig und koaxial bezüglich der Zylinderbüchse (11) und der zylinderförmigen Wand der Patrone ausgebildet ist.

11. Filter nach Anspruch 10, wobei der Fluidaufnahmeraum des Spaltes zwischen dem Filter (14) und der Innenwandoberfläche (9) des Patronengehäuses kleiner als der Zylinderinhalt des unteren Kolbens (18) ist, wenn dieser nach oben gedrückt wird, um die Öffnungen (12) der Zylinderbüchse vollständig zu öffnen, um ausreichend verunreinigtes Fluid einzulassen, um die Filteroberfläche (15) des Filters (14) völlig zu überfluten und die partikelförmigen Verunreinigungen in den Sumpfauszuscheiden.

12. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter ein inneres Gehäuse (40) enthält, das fest am unteren Zylinder (16) befestigt ist, um den unteren Kolben (18) darin zu stützen, und das fest durch vertikale Versteifungen (48) an dem Führungselement (34) des Kolbens zur Längsausrichtung des Führungselements (34) gegenüber dem oberen Kolben (30) befestigt ist.

13. Filter nach Anspruch 12, wobei das Filter (14) mit dem Innengehäuse (40), den vertikalen Versteifungen (48) und dem Führungselement (34) dicht verklebt ist.

14. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslaß (6) mit einem Innengewinde versehen ist, um ihn auf ein mit einem Außengewinde versehenes Rohr oder ein Leitungsverbindungsstück zu schrauben.

15. Filter nach Anspruch 14, das weiterhin eine elastomere Dichtung (8) aufweist, die den Filtereinlaß (4) umgibt, wobei durch Aufschrauben des Auslasses (6) auf das Rohr oder auf das Leitungsverbindungsstück die elastomere Dichtung (8) abdichtet, um ein Lecken von verunreinigtem Fluid aus dem Filter zu verhindern.

16. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Druckfeder (24) eine konische Spiralfeder ist, die an ihrem unteren Ende einen größeren äußeren Durchmesser aufweist.

17. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter elastomere Dichtungen (60, 26) aufweist, die an entsprechend druckbeaufschlagten Seiten des oberen Kolbens (30) und des unteren Kolbens (18) angeordnet sind, um entsprechend ein Lecken von Fluid zwischen den Kolben (30, 18) und dem entsprechenden oberen Zylinder (28) bzw. dem unteren Zylinder (16) zu verhindern.

18. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Entspannungsventil, um es dem gefilterten Fluid zu erlauben, durch den Filterauslaß zu fließen, wenn die Öffnungen der Zylinderbüchse verschlossen sind, wobei das Entspannungsventil aufweist:

(a) eine Vielzahl von Entspannungsöffnungen (50) im oberen Bereich (52) des unteren Zylinders (16); und

(b) eine elastomere Dichtungsmembran (54) und ein hinteres Metallstück (56), das gegen die Unterseite des genannten oberen Bereichs (52) des unteren Zylinders (16) aufgrund der unteren Druckfeder (24) drückt, um die Entspannungsöffnungen (50) zu verschließen und abzudichten, mit der Ausnahme, wenn-ein vorbestimmter Druck des gefilterten Fluids überstiegen wird.

19. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein unterer Bereich des oberen Kolbens (3) ein im wesentlichen hohlförmiges Gehäuse ist, um den oberen Bereich der oberen Druckfeder (32) aufzunehmen.