PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004006277T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001658121
Titel FILTERANORDNUNG MIT ENTLÜFTETEM FILTERELEMENT
Anmelder Parker-Hannifin Corp., Cleveland, Ohio, US
Erfinder CLAUSEN, Michael D., Turlock, California 95350, US;
JENSEN, Russell D., Modesto, California 95356, US
Vertreter Becker und Kollegen, 40878 Ratingen
DE-Aktenzeichen 602004006277
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.07.2004
EP-Aktenzeichen 047789383
WO-Anmeldetag 21.07.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/US2004/023646
WO-Veröffentlichungsnummer 2005011838
WO-Veröffentlichungsdatum 10.02.2005
EP-Offenlegungsdatum 24.05.2006
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse B01D 29/21(2006.01)A, F, I, 20061114, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B01D 36/00(2006.01)A, L, I, 20061114, B, H, EP   F02M 37/22(2006.01)A, L, I, 20061114, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fluidfilter und -baueinheiten und insbesondere auf einen Kraftstofffilter und auf eine Kraftstofffilterbaueinheit für ein Fahrzeugkraftstoffsystem.

In bestimmten Kraftstoffsystemen wie etwa für Fahrzeuge ist eine Pumpe vorgesehen, um Kraftstoff wie etwa von dem Tank zu dem Motor durch das System zu bewegen. Gelegentlich ist auslassseitig (auf der Druckseite) der Pumpe ein Filterelement vorgesehen, um die auslassseitigen Komponenten zu schützen. Beim Start und während des Betriebs des Systems kann Luft in das Filtergehäuse gedrückt werden. Es ist erwünscht, die angesammelte Luft in dem Gehäuse zu entlüften, um zu verhindern, dass die Luft durch das Element gedrückt wird. Die Luft kann fehlerhafte Kraftstoffförderung erzeugen und die Leistung der auslassseitigen Komponenten beeinflussen.

Eine Lösung ist es, in dem oberen Teil des Gehäuses eine Entlüftungsöffnung vorzusehen. Eine solche Öffnung ermöglicht, dass die Luft langsam aus dem Gehäuse ausströmt, während das Gehäuse mit Kraftstoff gefüllt wird. Durch richtiges Bemessen der Öffnung und Anordnen der Öffnung in dem oberen Teil des Gehäuses lässt die Öffnung im Wesentlichen nur zu, dass Luft nach außen entlüftet wird. Jeglicher Verlust an Kraftstoff ist recht unbedeutend und kann gesammelt und mit der Luft zurück zum Tank geleitet werden.

Außerdem ist bekannt, die Entlüftungsöffnung in der Oberseite eines zentral angeordneten Fallrohrs anzuordnen und die Luft/den Kraftstoff durch das Fallrohr abzulassen. Dies erfordert zwischen der oberen Endkappe und dem Fallrohr eine Dichtung, um den ankommenden, schmutzigen Kraftstoff von dem abgehenden, sauberen und gefilterten Kraftstoff zu trennen.

Wie in FR 2822395 gezeigt ist, ist außerdem bekannt, eine Entlüftungsöffnung in einer oberen Endkappe eines Filterelements vorzusehen, wo das Element über einem zentral in dem Gehäuse angeordneten Fallrohr aufgenommen ist. Das Fallrohr besitzt ein unteres Ende, das an dem Gehäuse befestigt ist, und verläuft nach oben zu einem oberen Ende, das in der Nähe der Entlüftungsöffnung angeordnet ist und mit ihr in Verbindung steht, wenn das Element eingebaut ist.

Obgleich die obigen Lösungen im Markt einige Akzeptanz erhalten haben, erfordern sie allgemein zusätzliche Ventile, Dichtungen, Installationen und/oder verhältnismäßig komplizierte Komponenten, um richtig zu funktionieren. Dies kann die Kosten der Baueinheit erhöhen und außerdem zur Größe und zum Gewicht beitragen. Da die Entlüftungsöffnung Teil der Gehäusestruktur ist, muss die Öffnung außerdem periodisch untersucht werden, um auch sicherzustellen, dass sie nicht durch Schwebstoffe verstopft ist.

Somit wird angenommen, dass ein Bedarf an einer Filterbaueinheit und an einem Filterelement für Fluidanwendungen besteht, die ein Entleeren von Luft erfordern, wo die Filterbaueinheit eine einfache, preiswerte Konstruktion besitzt und wo die Filteröffnung in regelmäßigen Intervallen ersetzt wird, um die Wahrscheinlichkeit der Verstopfung zu minimieren.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Filterelement geschaffen, das umfasst: einen Ring aus Filtermedien mit einem ersten Ende und mit einem zweiten Ende, der einen zentralen Hohlraum abgrenzt; eine erste nicht durchlochte Endkappe, die dichtend mit dem ersten Ende des Medienrings verbunden ist, wobei die erste Endkappe eine Entlüftungsöffnung in den zentralen Hohlraum des Medienrings enthält; eine zweite nicht durchlochte Endkappe, die dichtend mit dem zweiten Ende des Medienrings verbunden ist, wobei die zweite Endkappe einen ringförmigen Körperabschnitt besitzt, der eine zentrale Öffnung definiert; einen Stützkern, der in dem zentralen Hohlraum des Medienrings angeordnet ist und eine Innendimension des Medienrings unterstützt, wobei der Stützkern von einem ersten Ende zu der ersten Endkappe zu einem zweiten Ende zu der zweiten Endkappe verläuft und einen durchlochten Rahmen besitzt, der ermöglicht, dass eine Fluidströmung radial durch den Medienring geht, um radial durch den Kern in den zentralen Hohlraum zu gehen; einen rohrförmigen Fluiddurchlass in dem Stützkern von dem ersten Ende des Stützkerns in Fluidverbindung mit der Entlüftungsöffnung, der zu dem zweiten Ende des Stützkerns verläuft, wobei der Fluiddurchlass getrennt und unabhängig von der Strömung durch die Medien und durch den Rahmen des Kerns ist; und eine ringförmige elastische Dichtungsvorrichtung, die von der zweiten Endkappe getragen ist und die zentrale Öffnung darin begrenzt, wobei die Dichtungsvorrichtung den rohrförmigen Fluiddurchlass von der Fluidströmung durch den Medienring und durch den Rahmen fluidisch trennt und wenigstens einen Durchgangs-Durchlass enthält, der den rohrförmigen Fluiddurchlass mit der zentralen Öffnung in der zweiten Endkappe fluidisch verbindet.

Die vorliegende Erfindung schafft eine neue und einzigartige Filterbaueinheit und ein neues und einzigartiges Filterelement für Fluidanwendungen, die ein Entleeren von Luft erfordern, und besitzt eine einfache, preiswerte Konstruktion. Der Ablassweg für die entlüftete Luft ist zentral durch das Element und insbesondere durch einen getrennten und unabhängigen Fluidkanal, der vorzugsweise einteilig mit einem zentralen Stützkern für das Element gebildet ist, vorgesehen. Der Fluidkanal leitet Luft aus einer Entlüftungsöffnung in einer oberen Endkappe des Filterelements – zu einem Ablassweg durch ein zentrales Fallrohr oder auf andere Weise durch das untere Ende des Gehäuses zu einem Ablassanschluss. Um das Risiko des Verstopfens zu verringern, ist die Entlüftungsöffnung einteilig mit dem Element und wird dadurch ersetzt, wenn das Element ersetzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Filterbaueinheit einen Gehäusekanister mit einem unteren, geschlossenen Ende und mit einem oberen, offenen Ende; eine abnehmbare Abdeckung für das offene Ende des Kanisters; und einen Einlassanschluss, um zu filterndes Fluid in das Gehäuse zu leiten. Um einen leichten Zugang zu einem Filterelement zu ermöglichen, kann die Abdeckung auf den Kanister aufgeschraubt oder von ihm abgeschraubt werden. Ferner enthält das Gehäuse ein zentrales Fallrohr, das von dem geschlossenen Ende des Kanisters zu dem offenen Ende nach oben vorsteht. Durch das Fallrohr und durch das untere Gehäuseende sind ein Paar fluidisch getrennte Strömungskanäle definiert. Ein erster der Strömungskanäle ist zu dem distalen oberen Ende des Fallrohrs geöffnet und verläuft durch das Fallrohr zu einem Auslassanschluss in dem oberen Ende des Gehäuses, um gefiltertes Fluid aus dem Gehäuse zu leiten. Ein zweiter der Strömungskanäle verläuft von einer oder von mehreren Öffnungen entlang der Länge des Fallrohrs durch einen getrennten Strömungsweg in dem Fallrohr zu einer Ablassöffnung in dem unteren Ende des Gehäuses, um Luft (und irgendwelchen zugeordneten Fluidsickerverlust) aus dem Gehäuse in den Tank zu leiten. Alternativ könnte der zweite Strömungskanal getrennt von dem Fallrohr wie etwa in dem unteren Ende des Gehäuses gebildet sein.

Das Filterelement enthält einen Ring aus Filtermedien mit einem ersten, oberen Ende und mit einem zweiten, unteren Ende, der einen zentralen Hohlraum abgrenzt. Mit dem ersten Ende des Medienrings ist dichtend eine erste nicht durchlochte Endkappe verbunden, die eine zentral angeordnete Entlüftungsöffnung enthält. Mit dem zweiten Ende des Medienrings ist dichtend eine zweite nicht durchlochte Endkappe verbunden, die einen ringförmigen Körperabschnitt besitzt, der eine zentrale Öffnung definiert.

In dem zentralen Hohlraum des Medienrings ist ein zentraler Stützkern angeordnet, der eine Innendimension der Medien unterstützt. Der Kern enthält radiale Strömungsdurchlässe, um zu ermöglichen, dass eine durch die Medien radial nach innen gehende Strömung ins Innere des Kerns geht. Der Kern verläuft zwischen der ersten und der zweiten Endkappe und enthält einen getrennten und unabhängigen axialen Fluiddurchlass, der von der ersten Endkappe in Fluidkommunikation mit dem Entlüftungsanschluss zu der zweiten Endkappe verläuft. Von der zweiten Endkappe ist eine elastische Ringdichtung getragen, die die zentrale Öffnung darin begrenzt. Wenn das Element in dem Gehäuse angeordnet ist, nimmt die Ringdichtung das Fallrohr und/oder das untere Ende des Gehäuses auf und dichtet sie fluidisch ab. Die Dichtung enthält wenigstens einen und vorzugsweise mehrere Durchgangs-Durchlässe, die den axialen Fluiddurchlass in dem Kern fluidisch mit der zweiten Öffnung bzw. mit den zweiten Öffnungen zu dem zweiten Strömungskanal in dem Fallrohr verbinden. Ein Mittelabschnitt der Dichtung ist etwas gegenüber dem Fallrohr und/oder gegenüber dem Gehäuse versetzt, um einen Umfangsströmungsspalt vorzusehen, sodass die Strömung unabhängig von der Umfangsausrichtung der Durchgangs-Durchlässe in der zweiten Dichtung auf die zweiten Öffnungen in dem Fallrohr zu der zweiten Öffnung bzw. zu den zweiten Öffnungen durchgelassen wird.

Die oben beschriebene Dichtungsvorrichtung trennt fluidisch i) die schmutzige Einlassströmung zu den Medien von der sauberen Auslassströmung von den Medien; und ii) den Fluiddurchlass in dem Stützkern von der Strömung durch die Medien. Außerdem wird durch die die Konfiguration der Dichtungsvorrichtung und des Fallrohrs das Filterelement axial richtig in dem Gehäuse angeordnet.

Somit schaffen die oben beschriebene Filterbaueinheit und das oben beschriebene Filterelement für Fluidanwendungen, die ein Entleeren von Luft erfordern, eine neue und einzigartige Filterbaueinheit und ein neues und einzigartiges Filterelement, die eine einfache, preiswerte Konstruktion besitzen. Das Element besitzt eine einteilige Entlüftungsöffnung, die ersetzt wird, wenn das Element ersetzt wird, um das Risiko der Verstopfung zu verringern.

Die Erfindung ist graphisch beispielhaft in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht, in der:

1 eine Querschnittsseitenansicht einer gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierten Filterbaueinheit ist;

2 eine Explosionsdarstellung der Filterbaueinheit ist;

3 eine Querschnittsseitenansicht des Filterelements für die Filterbaueinheit aus 1 ist;

4 eine perspektivische Aufrissansicht, teilweise im Querschnitt, des Stützkerns für die Filterbaueinheit ist;

5 eine perspektivische Aufrissansicht, teilweise im Querschnitt, der Dichtungsvorrichtung für die Filterbaueinheit ist; und

6 eine Querschnittsseitenansicht der Filterbaueinheit ist, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Anhand der Zeichnung und anfangs anhand von 1 ist eine gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierte Filterbaueinheit allgemein bei 10 gezeigt. Die Filterbaueinheit 10 kann zum Entfernen von Schwebstoffen und anderen Verunreinigungen aus einem Fluidsystem nützlich sein und ist in einer Anwendung besonders nützlich als eine Filterbaueinheit zum Entfernen von Schwebstoffen und weiteren Verunreinigungen aus einem Kraftstoffstrom in einem Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug. In einer solchen Anwendung kann die Filterbaueinheit auslassseitig, auf der Druckseite einer Pumpe zum Bewegen von Kraftstoff durch das System, z. B. von dem Tank zu dem Motor, angeordnet sein.

Allerdings wird angemerkt, dass dies nur ein geeigneter Ort für die Filterbaueinheit ist und dass weitere Orte und Anwendungen möglich sind.

Die Filterbaueinheit 10 enthält ein Gehäuse, das einen zylindrischen Kanister 16 mit einem unteren, geschlossenen Ende 17 und mit einem oberen, offenen Ende 18 umfasst. An dem offenen Ende des Kanisters ist eine becherförmige Abdeckung 19 befestigt, die damit eine Innenkammer 20 definiert. Zwischen der Abdeckung und dem Kanister ist ein geeignetes Gewinde wie etwa bei 22 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Abdeckung leicht auf den Kanister aufgeschraubt und von ihm abgeschraubt wird. Entlang der Seite des Kanisters (oder in der Stirnwand 17) ist ein erster Anschluss (Kraftstoffeinlass) 23 vorgesehen, um zu filternden Kraftstoff (z. B. von der Pumpe oder vom Tank) in das Gehäuse zu leiten; währenddessen ist in der Stirnwand 17 ein zweiter Anschluss (Fluidauslass) 24 vorgesehen, um gefilterten Kraftstoff von dem Gehäuse zu einer auslassseitigen Komponente, z. B. zu dem Motor, zu leiten. Außerdem ist in der Stirnwand 17 ein dritter Anschluss (Ablass) 25 vorgesehen, um Luft und irgendwelchen zugeordneten Sickerkraftstoff zurück in den Tank oder in den Vorratsbehälter zu leiten. Der Kanister ist vorzugsweise unter Verwendung herkömmlicher Prozesse (z. B. Druckguss, spanabhebende Formgebung usw.) aus Metall oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff gebildet.

Nunmehr ebenfalls anhand von 2 ist in dem Gehäuse eine allgemein mit 30 bezeichnete zentral angeordnete und von dem geschlossenen Ende 17 des Gehäuses weg zu dem offenen Ende 18 axial nach oben verlaufende Fallrohrbaueinheit vorgesehen, die eine Grundplatte 32 und ein langgestrecktes Rohrglied 34 enthält. Das Fallrohr 34 ist innen in einen ersten Strömungskanal 35, der von dem oberen distalen Ende 36 des Fallrohrs zu der Grundplatte 32 verläuft, und in einem zweiten Strömungskanal 37, der von dem ersten Strömungskanal 35 fluidisch getrennt ist und von wenigstens einer und vorzugsweise mehreren zweiten Öffnungen 38 entlang der Länge des Fallrohrs zur Grundplatte 32 verläuft, unterteilt. Die zweiten Öffnungen 38 sind vorzugsweise in einem kegelstumpfförmigen abgeschrägten Abschnitt 39 gebildet, der einen oberen, radial engeren Abschnitt 40 des Fallrohrs mit einem unteren, radial erweiterten Abschnitt 41 verbindet. Die Grundplatte 32 enthält in ihrer unteren Oberfläche geeignete Kanäle 42, 43, die die Strömungskanäle 35, 37 in dem Fallrohr 34fluidisch getrennt mit dem Auslassanschluss 24 bzw. mit dem Ablassanschluss 25 in der Stirnwand 17 verbinden. Die Grundplatte 32 enthält Bohrungen wie bei 46, die Bolzen (nicht gezeigt) aufnehmen, um zu ermöglichen, dass die Grundplatte fest an der Stirnwand 17 befestigt wird.

Die Grundplatte 32 und das Fallrohrelement 34 sind vorzugsweise in einem Stück (einheitlich) aus einem herkömmlichen Werkstoff wie etwa Metall oder Kunststoff gebildet, wobei die Kanäle 35 und 37 während des Herstellungsprozesses leicht erzeugt werden. Außerdem ist es möglich, dass die Fallrohrbaueinheit leicht aus mehreren aneinander befestigten Stücken gebildet werden könnte. Zum Beispiel könnte das Fallrohrelement 34 in einem Stück gebildet sein und (wie etwa mit Klebstoff oder Presspassung) an der Grundplatte 32 befestigt sein. Wie im Folgenden anhand von 6 beschrieben wird, ist es ferner möglich, dass die gesamte Fallrohrbaueinheit 30 oder ein Abschnitt davon in einem Stück (einheitlich) mit der Stirnwand 17 gebildet sein könnte.

Nunmehr entsprechend den 1-3 enthält die Filterbaueinheit in jedem Fall ferner ein allgemein bei 50 gezeigtes Filterelement, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Element 50 enthält einen Ring aus Filtermedien 52, die eine zentrale Achse umgrenzen und einen zentralen Hohlraum 53 definieren. Der Medienring ist aus einem Werkstoff mit einer für die besondere Anwendung geeigneten Wirksamkeit und Struktur (gefaltet, geblasen usw.) gebildet.

Eine erste Endkappe 54 enthält einen nicht durchlochten kreisförmigen Körperabschnitt 56 und ist durch eine geeignete Vergussmasse dichtend mit einem ersten, oberen Ende des Medienrings verbunden. An der Außenoberfläche des Körperabschnitts 56 können mehrere flexible Finger wie bei 57 vorgesehen sein, die axial nach oben/außen für den vorübergehenden Verriegelungseingriff mit einer geeigneten Geometrie (Zungen, Nuten usw.) auf der Innenoberfläche der Abdeckung 19 (siehe 1) davon vorstehen. Um den Außenumfang der ersten Endkappe verläuft eine kurze ringförmige Randleiste 58, die eine kurze Strecke von der ersten Endkappe zu der zweiten Endkappe vorsteht, um die Medien 52 nach außen zu begrenzen und zu unterstützen. Von der Innenoberfläche des Körperabschnitts verläuft ein kurzer ringförmiger Kranz 60 in den zentralen Hohlraum 53 der Medien axial nach innen (nach unten). In dem Körperabschnitt 56 der Endkappe ist vorzugsweise entlang der zentralen Achse des Elements oder wenigstens radial innerhalb des Medienrings 52 eine kleine Entlüftungsöffnung 61 vorgesehen, deren Funktion im Folgenden beschrieben wird. Die Größe der Entlüftungsöffnung 61 kann je nach der Anwendung variieren, wobei die Entlüftungsöffnung in einer Anwendung aber eine Öffnung mit einem Durchmesser von zwischen 0,0457 cm und 0,0508 cm (0,018 und 0,20 Zoll) war. Vorzugsweise ist die erste Endkappe 54 unter Verwendung herkömmlicher Prozesse in einem Stück (einheitlich) aus einem geeigneten Werkstoff, z. B. Kunststoff, gebildet.

Eine zweite Endkappe 62 enthält einen nicht durchlochten ringförmigen Körperabschnitt 64, der eine zentrale Öffnung 65 definiert, und ist durch eine geeignete Verbundmasse dichtend mit einem zweiten, unteren Ende des Medienrings verbunden. Um den Außenumfang der zweiten Endkappe verläuft eine kurze ringförmige Randleiste 66, die eine kurze Strecke von der zweiten Endkappe zu der ersten Endkappe vorsteht, um die Medien 52 ebenfalls nach außen zu begrenzen und zu unterstützen. Von der Innenoberfläche der zweiten Endkappe verläuft ein kurzer ringförmiger Kranz 67 in den zentralen Hohlraum 53 der Medien axial nach innen/nach oben. Der ringförmige Körperabschnitt 64 und der Kranz 67 definieren eine ringförmige Schulter 68, die von dem Kranz radial nach innen vorsteht und die zentrale Öffnung 65 begrenzt. Vorzugsweise ist die zweite Endkappe 62 ebenfalls unter Verwendung herkömmlicher Prozesse in einem Stück (einheitlich) aus einem geeigneten Werkstoff, z. B. Kunststoff, gebildet.

Innerhalb der Medien 52 ist ein zentraler Kern 70 aufgenommen, um eine Unterstützung für das Element vorzusehen. Der Stützkern 70 verläuft entlang der gesamten Länge der Medien. Nunmehr entsprechend 4 enthält der Stützkern 70 einen zylindrischen Rahmen, vorzugsweise mit einer Reihe ringförmiger, seitlicher Stützglieder wie bei 74; und einer Reihe axialer, längsgerichteter Stützglieder wie bei 76, wobei die Stützglieder 74 und 76 eine Reihe radialer Strömungsöffnungen wie bei 78 definieren. Die seitlichen Stützglieder 74 besitzen eine Außendimension, die ausreicht, um mit einer Innendimension des Medienrings 52 in Eingriff zu gelangen und sie zu unterstützen, und eine Innendimension, die ausreicht, das zentrale Fallrohr 34 aufzunehmen.

Das oberste seitliche Stützglied 79 besitzt eine nicht durchlochte, ringförmige Konfiguration und enthält einen ringförmigen Kranz 80, der den Umfang davon begrenzt und davon nach außen (nach oben) vorsteht. Wie in den 1 und 3 zu sehen ist, ist der Kranz 80 so bemessen, dass er zwischen dem Kranz 60 der ersten Endkappe 54 und den Medien 52 aufgenommen ist, wobei er durch die Vergussmasse mit der ersten Endkappe dichtend verbunden ist, wenn die erste Endkappe an dem Medienring befestigt ist. Wenn sie so zusammengesetzt sind, ist zwischen dem obersten seitlichen Stützglied 79 und der ersten Endkappe 54 eine erste, obere ringförmige Kammer 81 in Verbindung mit der Entlüftungsöffnung 61 definiert.

Wieder entsprechend 4 besitzt das unterste seitliche Stützglied 82 ähnlich eine nicht durchlochte, ringförmige Konfiguration, die eine zentrale Öffnung 83 definiert, wobei es einen ringförmigen Kranz 84 enthält, der seinen Umfang begrenzt und davon nach außen (nach unten) vorsteht. Der Kranz 84 ist so bemessen, dass er zwischen dem Kranz 67 der zweiten Endkappe 62 und den Medien 52 (wie in den 1 und 3 gezeigt ist) aufgenommen ist und durch die Verbundmasse mit der zweiten Endkappe dichtend verbunden ist, wenn die zweite Endkappe an dem Medienring befestigt ist. Zwischen dem untersten seitlichen Stützglied 82 und der zweiten Endkappe 62 ist eine zweite, untere ringförmige Kammer 85 definiert.

In beabstandeter Anordnung um das unterste seitliche Stützelement 82 sind eine Reihe radialer Stützglieder 86 vorgesehen, die von dem Kranz 84 nach innen in die zentrale Öffnung 83 vorstehen. Jedes radiale Stützelement 86 kann wie bei 87 einen axialen Schlitz haben, der so bemessen ist, dass er den Kranz 67 von der unteren Endkappe aufnimmt, um während des Montageprozesses das Anordnen, Festsetzen und Unterstützen der unteren Endkappe an dem Kern zu erleichtern. Wie im Folgenden beschrieben wird, erleichtern die radialen Stützglieder 86 außerdem das Anordnen und Unterstützen einer Dichtungsvorrichtung.

Einteilig mit dem Stützkern 70 ist ein axialer Fluiddurchlass 88 vorgesehen. Der Fluiddurchlass 88 ist durch einen rohrförmigen oder zylindrischen Körper 89 definiert, der einen Strömungsweg definiert, der von den radialen Strömungsöffnungen 78 fluidisch getrennt und unabhängig ist. Genauer besitzt der Fluiddurchlass 88 ein oberes Ende 90, das in die durch den oberen Kranz 80 begrenzte obere Kammer 81 geöffnet ist; ein unteres Ende 91, das in die durch den unteren Kranz 84 begrenzte untere Kammer 85 geöffnet ist; und einen Körperabschnitt 92, der vom oberen Ende zum unteren Ende der Kurve durch jedes der seitlichen Stützglieder 74 verläuft.

Obgleich es bevorzugt ist, dass sich der Fluiddurchlass 88 innerhalb des Stützkerns 70 befindet, ist es je nach Zusammensetzung der Filtermedien 52 möglich, dass der Kanal außerhalb des Kerns sein könnte, wie etwa entlang der Außenoberfläche des Kerns verlaufen könnte, oder sogar physikalisch getrennt (beabstandet) davon sein könnte. Falls die Medien z. B. geblasene oder geformte Medien sind, könnte der Kanal innerhalb der Medien gebildet sein, wobei an den oberen und an den unteren Enden radiale Durchlässe vorgesehen sein könnten, um die obere Kammer 81 mit der unteren Kammer 85 zu verbinden.

Auf jeden Fall ist der Stützkern 70 mit dem Durchlass 88 vorzugsweise in einem Stück (einheitlich) unter Verwendung herkömmlicher Prozesse aus einem geeigneten Werkstoff, z. B. Kunststoff, gebildet; wobei er vorzugsweise, wie zuvor beschrieben wurde, durch Einbetten der Kränze 80, 84 in die Vergussmasse an den Enden der Medien an der ersten und an der zweiten Endkappe 54, 62 befestigt ist. Die Anzahl der seitlichen Stützglieder 74 und der längsgerichteten Stützglieder 76 am Kern 70 kann je nach den Festigkeitsanforderungen und der gewünschten Strömung durch die Baueinheit variieren. Die radiale Dimension des Fluiddurchlasses 88 hängt ebenfalls von der erwarteten Luft ab, die aus dem Gehäuse zu entlüften ist. Natürlich könnte der Stützkern 70 andere Konfigurationen als die in den Figuren veranschaulichte durchlochte Konfiguration (d. h. mit seitlichen und längsgerichteten Stützgliedern) haben und z. B. ein zylindrisches, durchlochtes Rohr sein. Falls der Medienring ausreichend innere Unterstützung hat, ist es außerdem möglich, dass der Kern lediglich den oberen und den unteren Kranz 80, 84, unterstützt durch den Körper 89 des Fluidkanals, umfassen könnte, d. h., die Rahmenelemente des Kerns könnten in bestimmten Anwendungen fehlen und die Medien wären dennoch durch die Kränze und den Fluidkanal ausreichend unterstützt. Weitere Alternativen sollten ebenfalls offensichtlich sein.

Zu dem unteren Ende des Elements hin ist eine in den 2 und 5 mit 98 bezeichnete ringförmige Dichtungsvorrichtung vorgesehen. Die Dichtungsvorrichtung 98 besitzt an einem äußeren Ende einen radial erweiterten Basisabschnitt 100 und an dem anderen, inneren Ende einen radial kleineren Kopfabschnitt 102, sowie einen kegelstumpfförmigen Zwischenabschnitt 106, der den Basis- und den Kopfabschnitt miteinander verbindet und eine Innengeometrie besitzt, die (wie in 1 zu sehen ist) im Wesentlichen an die Außengeometrie des kegelstumpfförmigen Abschnitts 39 des Fallrohrs angepasst ist. Der Basisabschnitt 100 besitzt eine flache untere Oberfläche 108 und eine Außendimension, die ausreicht, um eng in den Ring 67 der unteren Endkappe 62 und gegen die radiale Schulter 68 zu passen. Der Basisabschnitt 100 steht etwas in die Öffnung 65 radial nach innen vor und besitzt eine zylindrische Innenvorrichtung, die so bemessen ist, dass sie eng aufgenommen ist und gegen den Außenumfang des erweiterten Abschnitts 41 des Fallrohrs 32 abdichtet.

Der Kopfabschnitt 102 der Dichtungsvorrichtung besitzt gleichfalls eine Außendimension derart, dass er durch die Öffnung 83 eingeführt und innerhalb des untersten seitlichen Stützglieds 82 aufgenommen werden kann. Der Kopfabschnitt 102 steht gleichfalls etwas nach innen vor und besitzt eine zylindrische Innenoberfläche, die so bemessen ist, dass sie den engen Abschnitt 40 des Fallrohrs eng aufnimmt und gegen ihn abdichtet, wenn das Element an dem Fallrohr aufgenommen ist.

Wenn die Dichtungsvorrichtung wie oben beschrieben zwischen dem Kern und der unteren Endkappe angeordnet ist, besitzen die radialen Stützglieder 56 an dem unteren Teil des Kerns 70 jeweils einen äußeren abgeschrägten Rand, der so bemessen ist, dass er die Außenoberfläche der Dichtungsvorrichtung insbesondere in dem Bereich des Zwischenabschnitts 106 unterstützt (siehe z. B. 3). Dies erleichtert das Anordnen der Dichtungsvorrichtung während der Montage sowie das Aufrechterhalten funktionsfähiger Fluiddichtungen zwischen dem Kern und den Medien (durch die untere Endkappe) während der Verwendung.

Der Zwischenabschnitt 106 der ringförmigen Dichtungsvorrichtung besitzt wenigstens einen und vorzugsweise eine Reihe von Durchgangs-Durchlässen 110, die radial und etwas axial durch ihn gebildet sind. Wie in 1 zu sehen ist, ist der Durchgangs-Durchlass bzw. sind die Durchgangs-Durchlässe 110 fluidisch auf die Öffnung bzw. Öffnungen 38 im zentralen Fallrohr ausgerichtet und verbindet bzw. verbinden die untere Kammer 85 im Kranz 84 damit, um den Fluiddurchlass 88 in dem Filterelement mit dem Ablassdurchlass 37 in der Fallrohrgrundplatte zu verbinden. Die Anzahl der Durchgangs-Durchlässe 110 kann je nach der gewünschten Strömung durch den Fluiddurchlass 88 variieren.

Wie in 1 zu sehen ist, ist zwischen dem Zwischenabschnitt 106 der Dichtungsvorrichtung und dem konischen Abschnitt 39 des Fallrohrs ein enger radialer Spalt 112 vorgesehen. Der Spalt definiert einen Umfangsströmungskanal, sodass Fluid unabhängig von der Umfangsorientierung der Durchgangs-Durchlässe 110 und der Öffnungen 38 in diesen Bereich eintreten und zu den Öffnungen 38 im Fallrohr 34 strömen kann, wenn das Filterelement in das Gehäuse eingebaut ist.

Wenn das Element in das Gehäuse eingebaut ist und das zu filternde Fluid durch den Einlassanschluss 23 eingeleitet wird, strömt das Fluid, wie aus dem Obigen offensichtlich ist, um den Umfang des Filterelements und durch die Medien 52 radial nach innen, wo Schwebstoffe und andere Verunreinigungen abgetrennt werden. Das saubere Fluid fließt daraufhin durch die Öffnungen 78 in dem Stützkern und nach oben und um das distale Ende des Fallrohrs 34, wo das Fluid daraufhin durch den Kanal 35 in dem Stützrohr nach unten und durch den Kanal 42 in der Grundplatte 32 zum Auslassanschluss 24 geht. Irgendwelche Luft in dem ankommenden Fluid hat die Tendenz, zu dem oberen Abschnitt des Gehäuses, um die obere Endkappe 54, aufzusteigen, wo die Luft daraufhin durch die Entlüftungsöffnung 61 in der oberen Endkappe und durch den Fluiddurchlass 88, durch die Durchgangs-Durchlässe 110 in der Dichtungsvorrichtung, durch den Entlüftungskanal 37 in dem Fallrohr 34 zum Kanal 43 in der Grundplatte 32 und daraufhin zum Auslassanschluss 25 nach unten gehen kann. Die Entlüftungsöffnung 61 ist geeignet so bemessen, dass sie ermöglicht, dass ausreichend Luft zu dem Entlüftungsanschluss geht, und ist vorzugsweise dennoch klein genug, um einen wesentlichen Fluidsickerverlust zu verhindern. Irgendwelches Fluid, das durch die Öffnung 61 abfließt, wird wieder durch den Ablassweg zum Tank geleitet.

Wenn das Element (durch Abnehmen der Abdeckung 19) von dem Gehäuse abgenommen wird, wenn das Element verbraucht ist und durch ein frisches Element ersetzt wird, wird die Entlüftungsöffnung natürlich gleichfalls ersetzt, da sie eine einteilige Komponente mit dem Element ist. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die Öffnung mit der Zeit verstopft wird, und verhindert dadurch, dass Luft in dem Gehäuse zu dem Ablassanschluss entlüftet wird.

Die Höhe und die Dimension des Fallrohrs 34, die Größe der Entlüftungsöffnung 61, die Dimensionen des Fluiddurchlasses 88 und andere Dimensionseigenschaften des Filterelements und des Gehäuses können natürlich wieder je nach der besonderen Anwendung und nach den erwarteten Fluid- und Luftströmungen in dem System variieren.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 6 gezeigt ist, könnte die Grundplatte 32 der Fallrohrbaueinheit in einem Stück mit dem unteren Ende des Kanisters 16 gebildet sein. In diesem Fall kann das Fallrohrglied 34 in einem Stück (einheitlich) mit der Grundplatte 32 gebildet sein, während es alternativ, wie veranschaulicht ist, getrennt von der Grundplatte gebildet und daraufhin wie etwa mit Klebstoff, Presspassung oder Schweißen befestigt werden könnte. In dieser Ausführungsform sind durch einen ringförmigen vorstehenden Abschnitt 122 der Grundplatte 32 zweite Öffnungen 38 gebildet, wobei die Dichtungsvorrichtung 98 eine becherförmige Konfiguration mit einem ringförmigen, erweiterten Basisabschnitt 100; einem ringförmigen, kleineren Kopfabschnitt 102; und einem seitlichen Zwischenabschnitt 106 zur Aufnahme und Abdichtung über den ringförmigen vorstehenden Abschnitt 122 besitzt. Zwischen der Dichtungsvorrichtung und der Fallrohrbaueinheit ist wieder ein kleiner Zwischenraum vorgesehen, um unabhängig von der Umfangsorientierung der Öffnungen 110 in der Dichtungsvorrichtung und der zweiten Öffnungen in dem ringförmigen vorstehenden Abschnitt 122 eine Strömung zwischen den Öffnungen 110 in der Dichtungsvorrichtung und den zweiten Öffnungen zu dem zweiten Kanal zu ermöglichen. In der Grundplatte 32 sind zuvor beschriebene Kanäle wie etwa 42 und 43 gebildet, um die Fluidströmung zu dem Auslass und zu den Ablassanschlüssen zu leiten. Der Rest der Filterbaueinheit ist vorzugsweise im Wesentlichen derselbe wie oben in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben und wird der Kürze halber nicht weiter beschrieben.

In jeder der beiden Ausführungsformen trennt die Dichtungsvorrichtung 98 dadurch fluidisch das vom Einlassanschluss 23 ankommende, schmutzige Fluid, das durch die Medien 52 radial nach innen geht, von dem sauberen Fluid auf der Auslassseite der Medien, das durch die Durchlässe 78 in dem zentralen Fallrohr 34 strömt. Außerdem trennt die Dichtungsvorrichtung 98 fluidisch die Strömung durch den Fluiddurchlass 88 von der Strömung, die durch die Medien in das zentrale Fallrohr geht. Die Dichtungsvorrichtung schafft fluidisch eine geeignete Abdichtung der Vorrichtung gegenüber dem zentralen Fallrohr und dem Gehäuse, sodass die Fluiddurchlässe unabhängig von der Drehorientierung der Vorrichtung an dem Fallrohr vorgesehen sind. Die Konfiguration des Fallrohrs und der Dichtungsvorrichtung erleichtert außerdem das axiale Anordnen des Filterelements entlang des Fallrohrs – das Element wird nach unten an dem Fallrohr eingepasst, bis die Dichtungsvorrichtung mit dem Zwischenabschnitt 106 in Eingriff gelangt – wobei das Filterelement an diesem Punkt richtig angeordnet ist. Natürlich können außerdem weitere Anordnungsmerkmale wie etwa Rippen oder Flansche vorgesehen sein, die von dem unteren Ende des Gehäuses axial nach oben vorstehen und mit der unteren Endkappe in Eingriff stehen, um das Element richtig axial und radial in dem Gehäuse anzuordnen.

Die Dichtungsvorrichtung 98 kann aus irgendeinem elastischen oder nachgiebigen Werkstoff hergestellt sein, der für die besondere Anwendung geeignet ist, und ist vorzugsweise ein einteiliges (einheitliches) Element, das aus einem Elastomerwerkstoff hergestellt ist.

Wie oben beschrieben wurde, schafft die vorliegende Erfindung dadurch eine neue und einzigartige Filterbaueinheit und ein neues und einzigartiges Filterelement für Fluidanwendungen, die ein Entleeren von Luft erfordern, wobei sie eine einfache, preiswerte Konstruktion besitzt. Der Ablassweg für die entlüftete Luft (und für den zugeordneten Fluidsickerverlust) ist zentral durch das Element und insbesondere durch einen getrennten und unabhängigen Fluidkanal, der vorzugsweise einteilig mit einem zentralen Stützkern für das Element gebildet ist, vorgesehen. Der Fluidkanal leitet Luft von einer Entlüftungsöffnung in einer oberen Endkappe des Filterelements – zu einem Entlüftungsweg innerhalb eines zentralen Fallrohrs. Die Entlüftungsöffnung ist einteilig mit dem Filterelement und wird vorteilhaft ersetzt, wenn das Filterelement ersetzt wird, was das Risiko verringert, dass die Öffnung verstopft wird.


Anspruch[de]
Filterelement (50), das umfasst:

einen Ring aus Filtermedien (52), der einen zentralen Hohlraum (53) abgrenzt;

eine erste nicht durchlochte Endkappe (54), die dichtend mit einem Ende des Medienrings (52) verbunden ist;

eine zweite nicht durchlochte Endkappe (62), die dichtend mit einem anderen Ende des Medienrings (52) verbunden ist, wobei die zweite Endkappe (62) einen ringförmigen Körperabschnitt (64) besitzt, der eine zentrale Öffnung (65) definiert;

einen zylindrischen Stützkern (70), der in dem zentralen Hohlraum (53) des Medienrings (52) angeordnet ist und zwischen der ersten und der zweiten Endkappe verläuft, wobei der Stützkern (70) den Medienring (52) einwärts unterstützt, wobei der Stützkern (70) einen durchlochten Rahmen (74, 76) besitzt, der ermöglicht, dass eine Fluidströmung radial durch den Medienring (52) geht, um radial durch den Kern (70) in den zentralen Hohlraum (53) zu gehen,

wobei die erste Endkappe (54) eine Entlüftungsöffnung (61) in den zentralen Hohlraum (53) des Medienrings (52) enthält;

einen Fluiddurchlass (88) in dem Stützkern (70), der von einem ersten Ende (90) in Fluidverbindung mit der Entlüftungsöffnung (61) zu einem zweiten Ende (91) verläuft, wobei der Fluiddurchlass (88) getrennt und unabhängig von der Strömung durch die Medien (52) und durch den Rahmen (74, 76) des Kerns (70) ist; und

eine ringförmige elastische Dichtungsvorrichtung (98), die von der zweiten Endkappe (62) getragen ist und die zentrale Öffnung (65) darin begrenzt, wobei die Dichtungsvorrichtung (98) den Fluiddurchlass (88) vom Fluidstrom durch den Medienring (52) und durch den Rahmen (74, 76) fluidisch trennt, wenn das Element (50) an einer Fallrohrbaueinheit (30) mit jeweiligen Strömungskanälen (35, 37) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung (98) wenigstens einen Durchgangs-Durchlass (110) enthält, der das zweite Ende (91) des Fluiddurchlasses (88) mit der zentralen Öffnung (65) in der zweiten Endkappe (62) fluidisch verbindet.
Filterelement (50) nach Anspruch 1, bei dem der Stützkern (70) einen Rahmen miteinander verbundener längsgerichteter und seitlicher Stützglieder (74, 76) umfasst, die mehrere radiale Strömungsöffnungen (78) definieren, wobei der Fluiddurchlass (88) eine rohrförmige Konfiguration besitzt, die einteilig mit dem Rahmen ist. Filterelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Stützkern (70) an einem Ende Lokalisierungs- und Stützmittel enthält, um i) die Dichtungsvorrichtung zu lokalisieren und zu unterstützen; und ii) ein entsprechendes Lokalisierungsmerkmal der zweiten Endkappe aufzunehmen, um die zweite Endkappe in Bezug auf den Stützkern zu lokalisieren und zu unterstützen. Filterelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Endkappe (54) und der Kern (70) eine erste Kammer (81) in Verbindung mit der Entlüftungsöffnung (61) und mit dem ersten Ende (90) des rohrförmigen Fluiddurchlasses definieren; und bei dem die zweite Endkappe (62) und der Kern (70) eine zweite Kammer (85) in Fluidverbindung mit dem zweiten Ende (91) des Fluiddurchlasses definieren, wobei die Dichtungsvorrichtung (98) so lokalisiert ist, dass der wenigstens eine Strömungsdurchlass (10) für Fluid mit der zweiten Kammer (85) verbunden ist. Filterelement (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Dichtungsvorrichtung (98) eine kegelstumpfförmige Konfiguration mit einem radial erweiterten Basisabschnitt (100), der durch eine ringförmige Schulter (68) der zweiten Endkappe (62) unterstützt ist, und einen radial kleineren Kopfabschnitt (102), der in einer zentralen Öffnung (83) des Stützkerns (70) aufgenommen ist, besitzt. Filterelement (50) nach Anspruch 5, bei dem die Dichtungsvorrichtung (98) einen abgeschrägten Zwischenabschnitt (106) besitzt, der den Basisabschnitt (100) und den Kopfabschnitt (102) miteinander verbindet, wobei in dem Zwischenabschnitt der Dichtungsvorrichtung wenigstens ein Durchgangs-Durchlass (110) angeordnet ist. Filterbaueinheit (10) für das Filterelement (50) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Filterbaueinheit umfasst:

ein Gehäuse, das einen Kanister (16) mit einem geschlossenen Ende (17) und mit einem offenen Ende (18) und mit einem Einlassanschluss, um zu filterndes Fluid in das Gehäuse zu leiten, enthält;

eine Abdeckung (19) für das offene Ende des Kanisters (16), die zusammen damit eine Innenkammer (20) oder ein Filterelement (50) definiert; und

eine Fallrohrbaueinheit (30), die ein Fallrohrglied (34), das von dem geschlossenen Ende (17) des Kanisters weg zu dem offenen Ende (18) vorsteht, und ein Paar fluidisch getrennte Strömungskanäle (35, 37), die durch die Fallrohrbaueinheit (30) definiert sind, enthält, wobei ein erster der Strömungskanäle (35) zu einem distalen Ende (36) des Fallrohrglieds (34) geöffnet ist und durch das Fallrohrglied (34) zu einem Auslassanschluss (34) in dem Gehäuse verläuft, um gefiltertes Fluid aus dem Gehäuse zu leiten; und wobei der zweite der Strömungskanäle (37) entlang der Fallrohrbaueinheit (30) geöffnet ist und zu einem Ablassanschluss (25) in dem Gehäuse verläuft;

wobei das Filterelement (50) durch die Fallrohrbaueinheit (30) aufgenommen und unterstützt ist, wobei die Dichtungsvorrichtung (98) des Filterelements gegenüber dem Fallrohrglied (34) in dem Gehäuse abdichtet und den zweiten Strömungskanal (37) von der Strömung des Fluids durch den Medienring und durch den Kern zu dem ersten Strömungskanal (35) zu dem Auslassanschluss (24) für Fluid trennt; wobei der wenigstens eine Durchgangs-Durchlass (110) in dem Dichtungsglied den zweiten Strömungskanal (37) mit dem Ablassanschluss (25) in dem Gehäuse für Fluid verbindet, um zu ermöglichen, dass Luft in dem Gehäuse durch die Entlüftungsöffnung (61) in der ersten Endkappe (54), durch den zweiten Strömungskanal (37), durch den wenigstens einen Durchgangs-Durchlass (110) zu dem Ablassanschluss (25) geht.
Filterbaueinheit (10) nach Anspruch 7, bei der der zweite Strömungskanal (37) in einen kegelstumpfförmigen abgeschrägten Abschnitt (39) des Fallrohrglieds (34) geöffnet ist, der einen radial erweiterten Abschnitt (41) zu dem geschlossenen Ende (17) des Kanisters und einen radial engeren Abschnitt (40) weg von dem geschlossenen Ende des Kanisters miteinander verbindet; und wobei die Dichtungsvorrichtung (98) einen kegelstumpfförmigen abgeschrägten Abschnitt (106) enthält, der dem kegelstumpfförmigen abgeschrägten Abschnitt (39) des Fallrohrglieds (34) entspricht. Filterbaueinheit (10) nach Anspruch 7, bei der der zweite Strömungskanal (37) in einen ringförmigen vorstehenden Abschnitt (122) einer Grundplatte (32) geöffnet ist; und bei der die Dichtungsvorrichtung (98) einen seitlichen Abschnitt (106) enthält, der gegenüber dem vorstehenden Abschnitt (122) der Fallrohrbaueinheit (30) abgedichtet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com