DE102016005157A1

DE102016005157A1 - Filtereinsatz für ein Fluid, insbesondere Getriebeöl

Info

Publication number: DE102016005157A1
Application number: DE102016005157.4A
Authority: DE
Inventors: Sven Epli; Günter Jokschas; Marius Panzer; Jobst Eisengräber-Pabst
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-11-24
Also published as: CN106166406A; US10335718B2; CN106166406B; US20160339365A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Filtereinsatz für einen Filter zur Filterung eines Fluids wie Getriebeöl. Der erfindungsgemäße Filtereinsatz weist eine Anströmfläche, eine Abströmfläche und eine Hauptdurchströmungsrichtung auf. Weiterhin weist der Filtereinsatz einen Filterkörper mit einem zu einem Faltenbalg gefalteten Filtermedium mit Falten auf. Die Faltkanten des Faltenbalgs sind senkrecht zur Hauptdurchströmungsrichtung angeordnet. Eine erste Anzahl der Faltkanten bildet auf einer Reinseite des Filterkörpers die Abströmfläche. Eine zweite Anzahl der Faltkanten auf einer Rohseite des Filterkörpers bildet die Abströmfläche. Der Faltenbalg weist an einer Oberfläche, die durch eine erste Anzahl von Stirnseiten der Falten gebildet wird, eine erste Abdichtung auf, die ein Überströmen des Fluids von der Rohseite auf die Reinseite des Filterkörpers verhindert. Des Weiteren weist der Faltenbalg an einer Oberfläche, die durch eine zweite Anzahl an Stirnseiten der Falten gebildet wird, die der ersten Anzahl an Stirnseiten gegenüberliegen, eine zweite Abdichtung auf, die ein Überströmen des Fluids von der Rohseite auf die Reinseite des Filterkörpers verhindert. Die erste und/oder die zweite Abdichtung bedecken in einem Bereich zumindest einer Falte nur einen Teil des Abstands zwischen Abströmfläche und Anströmfläche und so einen Abströmkanal und/oder Anströmkanal eröffnet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Filtereinsatz für einen Filter zur Filterung eines Fluids, insbesondere Getriebeöl.
Stand der Technik
Bei der Auslegung von Brennkraftmaschinen wird versucht, bei gleichbleibender Größe den vorhandenen Bauraum optimal zu nutzen. Dementsprechend besteht die Anforderung, vorhandene Bauteile hinsichtlich ihrer Größe so klein wie möglich zu gestalten, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.
Insbesondere auf dem Gebiet der Getriebeölfilter hat sich eine Bauform entwickelt, bei der die von dem Getriebeöl zu durchströmende Fläche möglichst groß ist, gleichzeitig aber die zu durchströmende Tiefe relativ klein ist. Zudem erfolgt das Abströmen des Getriebeöls zumeist senkrecht zur Anströmrichtung. Dies führt in der Praxis zu einem sehr hohen Differenzialdruck.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Filtereinsatz sowie einen Filter für ein Fluid wie Getriebeöl anzugeben, der eine kompakte Bauweise aufweist und gleichzeitig einen verbesserten Differenzialdruck besitzt.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Filtereinsatz gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch einen Filter gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Filtereinsatz für einen Filter zur Filterung eines Fluids wie Getriebeöl weist eine Anströmfläche und eine Abströmfläche auf. Der erfindungsgemäße Filtereinsatz weist eine Hauptdurchströmungsrichtung auf.
Der Filtereinsatz weist einen Filterkörper mit einem zu einem Faltenbalg gefalteten Filtermedium mit Falten auf. Die Faltkanten des Faltenbalgs sind senkrecht zur Hauptdurchströmungsrichtung angeordnet. Eine erste Anzahl der Faltkanten bildet auf der Reinseite des Filterkörpers die Abströmfläche. Eine zweite Anzahl der Faltkanten auf der Rohseite des Filterkörpers bildet die Anströmfläche. Der Faltenbalg weist an der Oberfläche, die durch eine erste Anzahl an Stirnseiten der Falten gebildet wird, eine erste Abdichtung auf, die ein Überströmen des Fluids von der Rohseite auf die Reinseite des Filterkörpers verhindert. Des Weiteren weist der Faltenbalg an der Oberfläche, die durch eine zweite Anzahl an Stirnseiten der Falten gebildet wird, die der ersten Anzahl an Stirnseiten gegenüberliegen, eine zweite Abdichtung auf, die ein Überströmen des Fluids von der Rohseite auf die Reinseite des Filterkörpers verhindert. Die erste und/oder die zweite Abdichtung bedeckt/bedecken in einem Bereich zumindest einer Falte nur einen Teil des Abstands zwischen Abströmfläche und Anströmfläche und eröffnet/eröffnen so einen Abströmkanal und/oder Anströmkanal.
Insbesondere ist in dem Bereich mit reduzierter Bedeckung insofern nur ein Teil des Abstands zwischen Abströmfläche und Anströmfläche bedeckt, dass die Abdichtung in diesem Bereich eine im Vergleich zu den angrenzenden Bereichen reduzierte Höhe aufweist. Die Abdichtung weist einen den Abströmkanal und/oder den Anströmkanal bildenden Rückversatz auf. Die reduzierte Höhe bzw. der Rückversatz ergibt sich vorzugsweise, indem die Abdichtung einer oder mehreren niedrigeren Falten und/oder einer oder mehreren gespreizten Falten folgt.
Durch die nur teilweise Bedeckung entsteht an der stirnseitigen Oberfläche des Filterkörpers ein zusätzlicher Abström- oder Anströmquerschnitt, über welchen Fluid in Axialrichtung, das heißt in Richtung der Faltkanten in den Zwischenraum zwischen den Falten einströmen bzw. aus diesem ausströmen kann. Dies verringert den Differenzdruck des Filtereinsatzes. Aufgrund der Tatsache, dass die Faltkanten senkrecht zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sind, entsteht durch die stirnseitigen Öffnungen in der ersten und/oder zweiten Abdichtung eine durch die Ausrichtung der Faltkanten begünstigte Strömung. Dies verhindert das Entstehen von Turbulenzen und begünstigt eine laminare Strömung. Dies trägt zur Verringerung des Differenzdrucks des Filtereinsatzes bei.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Abdichtung der Form der Falten folgt. Auf diese Weise können eine Vielzahl stirnseitiger Öffnungen realisiert werden. Gleichzeitig wird die Stirnseite des Faltenbalgs stabilisiert.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Abdichtung zumindest bereichsweise eine kammähnliche Form aufweist. Auf diese Weise ist eine Seite des Faltenbalgs, beispielsweise die Abströmfläche, ausreichend stabilisiert und die gegenüberliegende Seite des Faltenbalgs, beispielsweise die Abströmfläche, weist an der Stirnseite eine Vielzahl von Anström- oder Abströmkanälen auf.
Erfindungsgemäß kann bei einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Abdichtung ein stirnseitig an dem Faltenbalg angebrachter Kunststoffrahmen ist, der insbesondere in einem Spritzgussverfahren anbringbar ist. Bei Einsatz eines Spritzgussverfahrens ist eine besonders gute Verbindung zwischen dem Filtermedium und dem Kunststoffrahmen möglich. Das Kunststoffmaterial, beispielsweise ein Polyamid, durchdringt das Filtermedium und bildet so eine unlösbare Verbindung.
Eine ebenfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Filterkörper zumindest eine von den Stirnseiten der Falten entfernte Stabilitätsrippe aufweist, die insbesondere in einem Spritzgussverfahren anbringbar ist. Eine oder mehrere solcher Stabilitätsrippen stellen sicher, dass der Faltenbalg auch bei größeren Druckdifferenzen oder höheren Strömungsgeschwindigkeiten seine vorbestimmte Form behält.
Bei einem erfindungsgemäßen Filtereinsatz kann vorgesehen sein, dass der Filterkörper senkrecht zur Hauptdurchströmungsrichtung eine größere Ausdehnung besitzt als in Hauptdurchströmungsrichtung. Bei dieser Geometrie kommt der erfindungsgemäße Ansatz besonders zur Geltung, da in diesem Fall Ab- oder Anströmungskanäle an den Stirnseiten eine besonders vorteilhafte Wirkung haben.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Abströmungsrichtung mit der Hauptdurchströmungsrichtung einen Winkel von 90° ± 30°, bevorzugt einen Winkel von 90° ± 10° und besonders bevorzugt einen Winkel von 90° ± 5° einschließt. Insbesondere bei den genannten Winkelverhältnissen ergibt sich im Zusammenspiel mit der genannten Geometrie des Filterkörpers ein hoher Differenzialdruck, da zum einen das zu filternde Fluid eine breite Filterfläche auf kurzem Weg durchdringen muss und zum anderen eine Umlenkung des Fluidstroms um nahezu 90° stattfinden muss. Insbesondere bei der Umlenkung des Fluidstroms sind die erfindungsgemäßen Abström- oder Anströmkanäle in der Stirnseite des Filterkörpers von Vorteil. Diese Kanäle tragen entscheidend zu einer Verringerung des Differenzialdrucks bei und halten gleichzeitig eine laminare Strömung aufrecht.
Eine ebenfalls erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Falte, insbesondere eine Anzahl benachbarter Falten, eine geringere Höhe als die übrigen Falten aufweist. Unter Höhe wird hierbei der Abstand zwischen der Abströmfläche und der Anströmfläche verstanden, das heißt zugleich der Abstand zwischen den anströmseitigen Faltkanten und den abströmseitigen Faltkanten. Durch das Verringern der Höhe einer oder mehrerer Falten entsteht auf der Anströmseite (Rohseite) und/oder der Abströmfläche (Reinseite) ein zusätzlicher Strömungsquerschnitt, der sich vorteilhaft bis in wenigstens eine entsprechende stirnseitige Öffnung in der ersten und/oder zweiten Abdichtung erstreckt. Zusammen mit den Abström- oder Anströmkanälen durch die Öffnungen in der Stirnseite des Filterkörpers ergeben sich so eine besonders laminare Strömung und ein besonders geringerer Differenzialdruck.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Falte mit geringerer Höhe eine größere Breite als die übrigen Falten aufweist. Es handelt sich hierbei also sozusagen um eine gedehnte bzw. gespreizte Falte. In einer solchen gespreizten Falte weisen die Faltkanten jeweils auf der Anströmfläche und der Abströmfläche einen größeren Abstand zueinander auf als bei den verbleibenden ”normalen” Falten. Es können jedoch auch Falten mit geringerer Höhe und gleicher Breite im Vergleich zu den übrigen (normalen) Falten vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform folgt die Höhe der Falten und/oder die Anordnung der Faltkanten quer zur Höhe der Falten dem Verlauf einer Rundung.
Der Erfindungsgedanke kann auch durch einen Filter für ein Fluid wie Getriebeöl realisiert werden. Ein erfindungsgemäßer Filter weist ein Filtergehäuse mit einer Anströmöffnung und einer Abströmöffnung auf. Die Abströmöffnung liegt eine Abströmrichtung fest. Des Weiteren weist ein solcher Filter einen in das Filtergehäuse einsetzbaren bzw. eingesetzten oder einteilig mit diesem ausgeführten erfindungsgemäßen Filtereinsatz auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters;
2 eine perspektivische Ansicht des Filters der 1 im geöffneten Zustand;
3 eine Schnittansicht des Filters der 1; und
4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters im geöffneten Zustand.
Ausführungsformen der Erfindung
1–3 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebeölfilters 10. Der in den 1–3 dargestellte Getriebeölfilter 10 arbeitet im Saugbetrieb. Der Getriebeölfilter 10 besitzt ein Gehäuse 12 sowie eine Abströmöffnung 14. Die Zuströmöffnung, die im gezeigten Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Abströmöffnung 14 angeordnet ist, was jedoch nicht zwingend ist, ist mit 13 bezeichnet.
1 zeigt den Getriebeölfilter 10 im geschlossenen Zustand, in 2 ist der Getriebeölfilter 10 im geöffneten Zustand gezeigt. An der Außenseite des Gehäuses 12 sind zwei Befestigungslaschen 15, 16 vorgesehen, um den Getriebeölfilter 10 an seinem Einsatzort zu befestigen.
2 zeigt den Getriebeölfilter 10 im geöffneten Zustand, in 3 ist eine Schnittansicht durch den Getriebeölfilter 10 der 1 gezeigt. In den Getriebeölfilter 10 eingebracht ist ein Filtereinsatz 100. Der Filtereinsatz 100 weist einen Filterkörper 102 auf, der einen Faltenbalg 104 umfasst. Der Faltenbalg 104 umfasst ein gefaltetes Filtermedium 106 bzw. wird durch ein solches gebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Filtereinsatz 100 bzw. der Filterkörper 102 einteilig mit dem Gehäuse 12, insbesondere im Spritzgussverfahren, hergestellt. Dies ist jedoch nicht zwingend.
Jede Falte 108, 133 des Faltenbalgs 104 weist eine anströmseitige Faltkante 110 sowie eine abströmseitige Faltkante 112 auf. Die anströmseitigen Faltkanten 110 bilden eine Anströmfläche 114, die abströmseitigen Faltkanten 112 bilden eine Abströmfläche 116. Die Hauptdurchströmungsrichtung des Getriebeölfilters 10 bzw. des Filtereinsatzes 100 ist von der Anströmfläche 114 zu der Abströmfläche 116, also in 3 von unten nach oben. Dies ist in 3 durch die Achse X gekennzeichnet. Nach dem Durchströmen des Faltenbalgs 104 verlässt das gefilterte Fluid, hier also Getriebeöl, das Filtergehäuse 12 in der Abströmrichtung Y, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptdurchströmungsrichtung X angeordnet ist. Gleichzeitig sind die Faltkanten 110, 112 im Wesentlichen parallel zur Abströmrichtung Y angeordnet. Es erfolgt also eine Umlenkung des Hauptfluidstroms nach dem Durchströmen des Faltenbalgs 104.
Der Faltenbalg 104 ist im Wesentlichen dreigeteilt. Zwischen einem ersten Teil 118 und einem zweiten Teil 120, in denen die anströmseitigen Faltkanten 110 und abströmseitigen Faltenkanten 112 jeweils einen ersten, insbesondere konstanten Abstand zueinander aufweisen, befindet sich ein dritter Teil 122, in dem die anströmseitigen Faltkanten 124 und 126 zueinander einen gegenüber dem ersten Abstand vergrößerten Abstand aufweisen. Gleiches gilt für die abströmseitigen Faltkanten 128, 130, 132. Auch diese Faltkanten 128, 130, 132 im dritten Teil 122 weisen zueinander einen vergrößerten Abstand gegenüber dem ersten Abstand auf.
Auf diese Weise ergibt sich eine gedehnte bzw. gespreizte Falte mit der Faltkante 130 im Zentrum. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Höhe der Falte mit der Faltkante 130 gegenüber der Höhe der Falten mit den abströmseitigen Faltkanten 112 in dem ersten Teil 118 und dem zweiten Teil 120 des Faltenbalgs 104 reduziert. Es entsteht an der Abströmfläche 116 ein Strömungskanal 134. Der Strömungskanal 134 erleichtert ein Abströmen des zu filternden Fluids in Richtung der Abströmrichtung Y des Filtergehäuses 12.
Wie besonders gut in 3 ersichtlich ist, sind die Stirnseiten der Falten 108, 133 bzw. ist die der Oberfläche, die durch die Stirnseiten der Falten 108, 133 gebildet bzw. überdeckt wird, nicht durchgängig flächig abgedichtet. Insgesamt folgt die Stirnseitenabdichtung 140, historisch auch Stirnseitenverleimung genannt, der Form der Falten 108, 133. Besonders vorteilhaft sind die Falten 108, 133 auf der Abströmseite (Reinseite) in das Material der Abdichtung 140 (bzw. 141 auf der anderen Stirnseite, siehe 2) eingebettet. Vorteilhaft können die Falten 108, 133 durch dieses Material, insbesondere Kunststoff, umspritzt werden. Während aber an der Abströmfläche 116 nur vergleichsweise kleine Einkerbungen 142 in Richtung des Zwischenraumes zwischen den Falten 108, 133, insbesondere bis in den Zwischenraum hinein, vorgesehen sind, sind an der Anströmfläche 114 tiefe V-förmige Einkerbungen 144 vorgesehen. Die V-förmigen Einkerbungen 144 können insbesondere durch die gesamten Zwischenräume der Falten 108, 133 an der Anströmfläche 114 gebildet werden. Die V-förmigen Einkerbungen 144 eröffnen seitlich an den Stirnseitenflächen Anströmkanäle. Diese Anströmkanäle verlaufen parallel zu den Falten 108, 133 bzw. den Faltenkanten 110, 112, 124, 126, 128, 130, 132 und ermöglichen ein nahezu laminares Einströmen des zu filternden Fluids in den Filterkörper 102.
Quer zum Verlauf der Falten 108, 133 sind parallel zu den stirnseitigen Abdichtungen 140, 141 Stabilitätsrippen 150, 151 vorgesehen. Diese folgen wie die Abdichtungen 140, 141 dem Verlauf der Faltung des Faltenbalgs 104 und gewährleisten einen Erhalt der vorgesehenen Form des Faltenbalgs 104 auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten oder hohen Differenzdrücken.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters 10. In 4 sind gleiche oder vergleichbare Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform, wie sie in den 1–3 dargestellt ist, weist der Filtereinsatz 200 keine Dreiteilung auf. Es ist keine gedehnte Falte vorgesehen. Stattdessen erfolgt die Abströmung ausschließlich über die Abströmfläche 216 sowie über die Einkerbungen 242. Hierbei tragen schon die vergleichsweise kleinen Einkerbungen 242 in der stirnseitigen Abdichtung 240 wesentlich zu einer Verbesserung des Strömungsverhaltens und zu einer Verringerung des Differenzdrucks bei. Vorteilhaft sind jedoch auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel in den 1–3 Einkerbungen auf der Anströmseite vorgesehen, die hier nicht näher dargestellt sind.

Claims

Filtereinsatz (100, 200) für einen Filter zur Filterung eines Fluids, insbesondere Getriebeöl, mit einer Anströmfläche (114) und einer Abströmfläche (116, 216) sowie einer Hauptdurchströmungsrichtung (X), wobei der Filtereinsatz (100, 200) einen Filterkörper (102) mit einem zu einem Faltenbalg (104) gefalteten Filtermedium (106) mit Falten (108, 133) aufweist, wobei Faltkanten (110, 112, 124, 126, 128, 130, 132) des Faltenbalgs (104) senkrecht zur Hauptdurchströmungsrichtung (X) angeordnet sind, wobei eine erste Anzahl der Faltkanten (112, 128, 130, 132) auf einer Reinseite des Filterkörpers (102) die Abströmfläche (116, 216) und eine zweite Anzahl der Faltkanten (110, 124, 126) auf einer Rohseite des Filterkörpers (102) die Anströmfläche (114) bilden, wobei der Faltenbalg (104) an einer Oberfläche, die durch eine erste Anzahl von Stirnseiten der Falten (108, 133) gebildet wird, eine erste Abdichtung (140) aufweist, die ein Überströmen des Fluids von der Rohseite auf die Reinseite des Filterkörpers (102) verhindert, und an einer Oberfläche, die durch eine zweite Anzahl an Stirnseiten der Falten (108, 133) gebildet wird, die der ersten Anzahl an Stirnseiten gegenüberliegen, eine zweite Abdichtung (141) aufweist, die ein Überströmen des Fluids von der Rohseite auf die Reinseite des Filterkörpers (102) verhindert, wobei die erste und/oder die zweite Abdichtung (140, 141) im Bereich zumindest einer Falte (108, 133) nur einen Teil eines Abstands zwischen der Abströmfläche (114) und Anströmfläche (116, 216) der stirnseitigen Oberfläche bedeckt und so einen Abströmkanal und/oder Anströmkanal eröffnet.
Filtereinsatz (100, 200) nach Anspruch 1, wobei die erste und/oder die zweite Abdichtung (140, 141) der Form der Falten (108, 133) folgt.
Filtereinsatz (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste und/oder die zweite Abdichtung (140, 141) zumindest bereichsweise eine kammähnliche Form aufweist.
Filtereinsatz (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Abdichtung (140, 141) ein stirnseitig an dem Faltenbalg (104) angebrachter Kunststoffrahmen ist, der insbesondere in einem Spritzgussverfahren anbringbar oder angebracht ist.
Filtereinsatz (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filterkörper (102) zumindest eine von den Stirnseiten der Falten (108, 133) entfernte Stabilitätsrippe (150, 151) aufweist, die insbesondere in einem Spritzgussverfahren anbringbar ist.
Filtereinsatz (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filterkörper (102) senkrecht zur Hauptdurchströmungsrichtung (X) eine größere Ausdehnung als in Hauptdurchströmungsrichtung (X) besitzt.
Filtereinsatz (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abströmrichtung (Y) mit der Hauptdurchströmungsrichtung (X) einen Winkel zwischen 60° und 120° einschließlich, bevorzugt zwischen 80° und 100° einschließlich und besonders bevorzugt 90° ± ° einschließt.
Filtereinsatz (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Falte (133), insbesondere eine Anzahl benachbarter Falten, eine geringere Höhe als die übrigen Falten (108, 133) aufweist.
Filtereinsatz (100, 200) nach Anspruch 8, wobei die Falte (133) mit geringerer Höhe eine größere Breite als die übrigen Falten (108, 133) aufweist.
Filter (10) für ein Fluid wie Getriebeöl, mit einem Filtergehäuse (12) mit einer Zuströmöffnung (13) und einer Abströmöffnung (14) sowie einem in das Filtergehäuse (12) eingebrachten Filtereinsatz (100, 200) nach einem der Ansprüche 1–9.