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Dokumentenidentifikation DE102006011844B4 19.03.2009
Titel Filterelement
Anmelder RT-Filtertechnik GmbH, 88048 Friedrichshafen, DE
Erfinder Müller, Günther, 88682 Salem, DE;
Stehle, Gerhard, 78467 Konstanz, DE
Vertreter Bartels & Partner, Patentanwälte, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 15.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006011844
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.03.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.03.2009
Free division/divided out on the grounds of lack of unity 102006062807.1
IPC-Hauptklasse B01D 27/10  (2006.01)  A,  F,  I,  20081013,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F15B 21/04  (2006.01)  A,  L,  I,  20081013,  B,  H,  DE
F01M 11/03  (2006.01)  A,  L,  I,  20081013,  B,  H,  DE
F02M 37/22  (2006.01)  A,  L,  I,  20081013,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement.

Ein vergleichbares Filterelement ist bereits aus der US Patentschrift 5 397 462 A bekannt.

Je nach Betriebsbedingungen, wie Verschmutzungsgrad des abzureinigenden Fluides, Stärke des Volumenstromes und dergleichen müssen derartige Filterelemente nach Ablauf bestimmter Betriebszeiträume aus dem Filtergehäuse oder der Filterelementhalterung einer zugeordneten Filtereinrichtung heraus genommen und durch ein unverbrauchtes Filterelement ersetzt werden. Durch die am bodenseitigen Fluiddurchlass befindliche Ventileinrichtung soll verhindert werden, dass beim Ausbau eines verbrauchten Filterelementes Restfluid zusammen mit den abgesonderten Schmutzstoffen aus dem Innenraum des Filtertopfes austritt. Bei der oben erwähnten, bekannten Lösung weist die Ventileinrichtung als Ventilkörper eine Schließkugel auf, die während des Betriebes des Filterelementes durch den Fluiddruck des den Fluiddurchlass durchströmenden Fluides gegen die Kraft ihres Eigengewichtes von einem Sitz abgehoben wird.

Die bekannte Lösung ist in mehrerer Hinsicht nachteilig. Zum einen bestimmt der Durchmesser der Schließkugel den erreichbaren Strömungsquerschnitt des Fluiddurchlasses. Wegen der Erhöhung des Eigengewichtes und der Erhöhung des dadurch zum Öffnen erforderlichen Fluiddruckes lassen sich jedoch ausreichende Kugeldurchmesser in den meisten Fällen nicht realisieren. Zum zweiten ist ein zuverlässiges Schließen der Ventileinrichtung aufgrund des Eigengewichtes der Schließkugel nicht sichergestellt, insbesondere wenn keine genaue Vertikalposition des Filterelementes beibehalten wird. Die Gefahr, dass kein sicherer Verschluss durch die Schließkugel zustande kommt, besteht insbesondere dann, wenn das Filterelement zu seinem Ausbau aus der Filtereinrichtung aus der Vertikalen in eine Schräglage geschwenkt werden muss, wie dies bei der oben erwähnten, bekannten Lösung der Fall ist.

Durch die DE 44 24 552 A1 ist ein Filterelement bekannt, mit einem Bodenteil, das einen Fluiddurchlass aufweist, mit einem einen Innenraum des Filterelementes begrenzenden Filtermedium sowie mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer Ventileinrichtung am Fluiddurchlass des Bodenteils, wobei als Ventilsitz für den Ventilkörper ein in der Öffnung des Fluiddurchlasses befindlicher Ringkörper mit radial nach innen vorstehendem Ringrand vorgesehen ist, der eine Dichtfläche bildet, und wobei zumindest ein sich vom Ringrand des Ringkörpers nach innen erstreckender Träger für die Anlage des Ventilkörpers vorgesehen ist, der in der fluidsperrenden Stellung auf dem Träger in stützender Weise aufliegt.

Bei der bekannten Lösung besteht der Ventilkörper aus einer oder mehreren elastischen Klappen, die jeweils mit ihrem Außenumfangsrand mit der Dichtfläche des Ringkörpers fest verbunden sind. In dem dahingehend randseitigen Auflage- und Verbindungsbereich weist die jeweilige flexible Klappe zusätzliche punktförmige Scharnierstellen in Form einer Lochung auf, um nach Möglichkeit eine dichte Schließsituation für die jeweilige Klappe in der Sperrstellung zu erreichen. Unabhängig von der Anzahl der über den Fluiddruck aufsteuerbaren Klappen, die über den zurückgehaltenen Schmutz im Inneren des Filterraumes in ihre Schließstellung gedrückt werden, kann es im angrenzenden Abdichtbereich der einzelnen Klappen jedoch zu Dichtheitsproblemen kommen, so dass sich insoweit ein nachteiliges Betriebsverhalten ergibt.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Filterelement zur Verfügung zu stellen, das sich trotz einfacher und kostengünstiger Bauweise der Ventileinrichtung durch ein vergleichsweise besseres Betriebsverhalten auszeichnet.

Diese Aufgabe ist durch ein Filterelement gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Dadurch, dass erfindungsgemäß die Ventileinrichtung als Ventilkörper einen schirmartigen, flexiblen Schließmantel aufweist, der im aufgespannten Zustand den Fluiddurchlass sperrt und, durch den Fluiddruck in Richtung auf seine geschlossene Stellung hin bewegt, den Fluiddurchlass freigibt, wobei der Schließmantel in seinem Zentralbereich an einem Träger innerhalb des Filterelementes festgelegt ist und der Ringkörper des Bodenteils einen eine Ventilsitz-Dichtfläche bildenden, nach innen vorstehenden Ringrand ausbildet, lassen sich ohne weiteres große Querschnitte des Fluiddurchlasses erreichen, weil der Schließmantel im aufgespannten Zustand eine dem größten Schirmdurchmesser entsprechende Querschnittsfläche überdecken kann. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, dass der Schließmantel aufgrund seiner Flexibilität selbst durch geringe Differenzdrücke in Richtung auf die geschlossene Schirmkonfiguration bewegt werden kann, um den Fluiddurchlass freizugeben. Andererseits genügt ein ebenso geringer Fluiddruck, um den Schließmantel in den aufgespannten, ausgebreiteten Zustand zu überführen, so dass, mit anderen Worten gesagt, selbst eine geringe Restfluidmenge innerhalb des Innenraumes des Filterelementes genügt, um den sicheren Schließzustand zu bewirken, wenn ein betreffender Filtrationsbetrieb unterbrochen wird und das Filterelement aus dem betreffenden Filtergehäuse oder der Filterhalterung herausgenommen werden soll, um ausgetauscht zu werden.

Vorzugsweise ist der flexible Schließmantel aus einem falt- oder wölbbaren Membranmaterial gebildet. Dadurch ergibt sich ein betriebssicherer dichter Verschluss, wobei eine leichte Beweglichkeit zur Verfügung gestellt ist, so dass Wölben, Falten und/oder Ausbreiten zur aufgespannten Schirmform mit besonders geringen Differenzdrücken erfolgen kann.

Das Membranmaterial kann zusätzlich mindestens eine verstärkende Lage, vorzugsweise aus einem Gewebe oder einem Geflecht, aufweisen. Auf diese Weise lassen sich die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Schließmantels herstellen, einschließlich einer gewissen Eigenelastizität, die versucht, auch bei fehlendem Differenzdruck den Schließmantel in die aufgespannte, dem größten Schirmdurchmesser entsprechende Form zu bringen.

Der Schließmantel ist vorzugsweise im unverformten Zustand kreisrund und liegt im aufgespannten Zustand mit seinem Rand auf dem die Ventilsitz-Dichtfläche bildenden Ringrand auf und ist durch Fluiddruck davon abhebbar.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivisch und längs aufgeschnitten gezeichnete Darstellung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Filterelementes, eingebaut in ein Filtergehäuse einer zugeordneten Filtereinrichtung, wobei der während eines Filtrationsvorganges herrschende Betriebszustand dargestellt ist;

2 eine gegenüber 1 vergrößert und abgebrochen gezeichnete perspektivische Schrägansicht lediglich eines bodenseitigen Teilbereiches des Filterelementes von 1 ohne zugehöriges Filtergehäuse;

3 einen gegenüber 2 leicht vergrößert gezeichneten Längsschnitt des in 2 gezeigten bodenseitigen Bereiches des Filterelementes; und

4 einen der 3 entsprechenden Längsschnitt, wobei jedoch der Betriebszustand mit in der Schließstellung befindlicher Ventileinrichtung dargestellt ist.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Filterelement 1, eingebaut in ein ein als Ganzes mit 3 bezeichnetes Filtergehäuse einer im übrigen nicht gezeigten, zugeordneten Filtereinrichtung. Wie mit Strömungspfeilen 5 und 7 angedeutet, ist der während eines Filtrationsvorganges herrschende Betriebszustand dargestellt, bei dem ein abzureinigendes Fluid durch einen am Bodenteil 9 des Filterelementes 1 befindlichen Fluiddurchlass 11 in den Innenraum 13 des Filterelementes 1 einströmt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das Filterelement 1 an seinem Bodenteil 9 mittels eines O-Ringes 15 am Rand einer bodenseitigen Öffnung 17 des Filtergehäuses 3 abgedichtet. Am oberen Ende ist der Innenraum 13 des Filterelementes 1 mit einem weiteren O-Ring 19 gegenüber einem Ventilgehäuse 21 abgedichtet, das Teil eines üblichen Bypassventils 23 ist, das seinerseits Bestandteil eines Gehäusedeckels 25 des Filtergehäuses 3 ist. In der bei der derartigen Filtergehäusen üblichen Weise erstreckt sich vom Ventilgehäuse 21 koaxial zur Längsachse 29 (3 und 4) des Innenraumes 13 ein Magnetstab 27 mit Permanentmagneten in den Innenraum 13 hinein, um aus dem abzureinigenden Fluid ferromagnetische Partikel abzusondern.

2 bis 4 verdeutlichen nähere Einzelheiten des dem Bodenteil 9 benachbarten Bereiches des Filterelementes 1. Wie zu ersehen ist, erstreckt sich konzentrisch zur Längsachse 29 ein Ringkörper 31 in den Innenraum 13, wobei der Ringkörper 31 in der Art eines abgestuften Tubus mit seinem Mantel die Öffnung des Fluiddurchlasses 11 definiert und endseits einen radial nach innen eingezogenen Ringrand 33 bildet, der, wie nachstehend erläutert, eine Ventilsitz-Dichtfläche für eine als Ganzes mit 35 bezeichnete Ventileinrichtung bildet.

Im übrigen ist das Filterelement 1 von an sich bekannter Bauweise und weist einen beim vorliegenden Beispiel kreiszylindrisch geformten Filtertopf 37 auf, an dessen Innenseite ein Filtermedium 39 angrenzt. In der bei derartigen Filterelementen üblichen Weise sind in der Wand des Filtertopfes 37 Durchgänge 41 vorgesehen, die nur in 1 und 2 angedeutet, jedoch nicht sämtliche beziffert sind. Wie in 3 und 4 durch Pfeile 43 verdeutlicht, tritt abgereinigtes Fluid nach dem Passieren des Filtermediums 39 durch die Durchgänge 41 aus dem Filterelement 1 aus. Dieses abgereinigte Fluid verläßt, wie in 1 mit dem Pfeil 7 angedeutet, das Filtergehäuse 3 durch eine bodenseitige Öffnung 45.

Wie am deutlichsten aus 2 bis 4 ersichtlich ist, ist der Ventilkörper der Ventileinrichtung 35 durch einen schirmartigen, flexiblen Schließmantel 47 gebildet. Dabei handelt es sich um ein falt- oder wölbbares Membranmaterial aus einem fluiddichten Elastomer oder einem Gummiwerkstoff. 1 bis 3 zeigen den Schließmantel 47 in einem Zustand, in dem er durch den Fluiddruck des in Richtung des Strömungspfeiles 5 den Durchlass 11 durchströmenden Fluides aus einem aufgespannten Zustand in eine einem teilweise geschlossenen Schirm entsprechende Form gewölbt oder gefaltet ist, so dass, wie mit Pfeilen 49 in 3 angedeutet, der Fluiddurchtritt zum Innenraum 13 freigegeben ist. 4 zeigt demgegenüber den Zustand des Schließmantels 47, bei dem er aus dem der teilweise geschlossenen Schirmform entsprechenden Konfiguration in die aufgespannte Konfiguration bewegt ist, beispielsweise dadurch, dass keine dem Strömungspfeil 5 entsprechende Fluidzufuhr von außen her erfolgt und/oder eine Belastung von oben her entsprechend dem Pfeil 51 in 4 ansteht, beispielsweise durch eine Restfluidmenge, die sich im Innenraum 13 des Filterelementes 1 befindet. Der Schließmantel 47 liegt hierbei auf dem als Ventilsitz-Dichtfläche fungierenden Ringrand 33 des Ringkörpers 31 auf, so dass der Durchlass 11 fluiddicht geschlossen ist, so dass ein Austausch des Filterelementes 1 vorgenommen werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch den Durchlass 11 austretendes, ungereinigtes Fluid, gegebenenfalls mit enthaltenen Schmutzstoffen, die Umgebung belastet.

Wie 1 bis 4 zeigen, ist der Schließmantel 47 in seinem Zentralbereich an einer Trägerstruktur verankert, die, wie am deutlichsten aus 2 zu ersehen ist, aus stabartigen Trägern 53 gebildet ist. Diese erstrecken sich vom Ringrand 33 weg speichenartig in radialer Richtung nach innen und vereinigen sich im Zentralbereich zur Bildung einer Anbringstelle 55 für den Schließmantel 47. Dieser weist für seine Verankerung einen noppenartigen, endseits kugelförmig erweiterten Vorsprung 57 auf, der einen an der Anbringstelle 55 befindlichen Durchbruch so durchgreift, dass eine clip- oder druckknopfartige Verankerung zustande kommt.

Zur Anpassung an die in Frage kommenden Betriebsbedingungen wie Druckniveau, Stärke des Volumenstromes, Strömungsgeschwindigkeit, Viskosität des Fluides und dergleichen können am oder im Membranmaterial eine oder mehrere verstärkende Lagen, beispielsweise in Form eines Gewebes oder Geflechtes, vorgesehen sein, um einen Verbundwerkstoff mit den optimalen Betriebseigenschaften hinsichtlich Flexibilität, Eigenelastizität und dergleichen zu erreichen. Das Membranmaterial kann beispielsweise so gestaltet sein, dass es die Neigung hat, im drucklosen Zustand, d. h. wenn kein Differenzdruck ansteht, die in 4 gezeigte, aufgespannte Form anzunehmen.


Anspruch[de]
Filterelement (1) mit einem einen Innenraum (13) begrenzenden Filtertopf (37) mit einem Bodenteil (9), das einen Fluiddurchlass (11) aufweist, mit einem im Innenraum (13) des Filtertopfes (37) befindlichen Filtermedium (39) sowie mit einem durch den Fluiddruck ansteuerbaren Ventilkörper einer Ventileinrichtung (35) am Fluiddurchlass (11) des Bodenteiles (9), wobei der Ventilkörper einen schirmartigen, flexiblen Schließmantel (47) aufweist, der im aufgespannten Zustand den Fluiddurchlass (11) sperrt und, durch den Fluiddruck in Richtung auf seine geschlossene Stellung hin bewegt, den Fluiddurchlass (11) freigibt, wobei der Schließmantel (47) in seinem Zentralbereich an einem Träger (53) innerhalb des Filterelementes festgelegt ist und der Ringkörper (31) des Bodenteils (9) einen eine Ventilsitz-Dichtfläche bildenden, nach innen vorstehenden Ringrand (33) ausbildet. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Schließmantel (47) aus einem falt- oder wölbbaren Membranmaterial gebildet ist. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Membranmaterial zusätzlich mindestens eine verstärkende Lage, aus einem Gewebe oder Geflecht, aufweist. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließmantel (47) im unverformten Zustand kreisrund ist und dass der Rand des Schließmantels (47) im aufgespannten Zustand auf dem die Ventilsitz-Dichtfläche ausbildenden Ringrand (33) aufliegt und durch Fluiddruck davon abhebbar ist. Filterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (53) sich speichenartig von einem Ringrand (33) des Ringkörpers (31) nach innen in Richtung des Zentralbereichs erstreckt. Filterelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere im Winkelabstand voneinander radial verlaufende, speichenartige Teile des Trägers (53) vorgesehen sind, die sich im Zentralbereich des Fluiddurchlasses zur Bildung der Anbringstelle (55) für den Schließmantel (47) vereinigen. Filterelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringstelle (55) einen Durchbruch aufweist, der in Zusammenwirkung mit einem endseits erweiterten, noppenartigen Vorsprung (57) des Schließmantels (47) eine clip- oder druckknopfartige Verankerung des Zentralbereiches des Schließmantels (47) bildet.






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