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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsfilter zur Filterung von Getriebeöl und dessen Verwendung.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zur Filtration von Flüssigkeiten unterschiedliche Flüssigkeitsfilter bekannt. Ein typisches Einsatzgebiet ist die Filtration von Öl oder Kraftstoffen in Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen. Hierbei wird die zu reinigende Flüssigkeit einem Filtersystem zugeführt, welches ein Filterelement aufweist. Die Rohflüssigkeit tritt durch das Filtermedium des Filterelements hindurch und verlässt das Filtersystem als Reinflüssigkeit.
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Zur Filtration von Öl ist es bekannt, ein Filterelement in eine Ölwanne zu integrieren, die Teil eines Ölkreislaufs ist. In der Patentschrift
US 6,187,185 B ist eine Ölwanne mit einem flachen Filtereinsatz beschrieben, welcher beabstandet vom Boden der Ölwanne angeordnet ist. Der Filtereinsatz weist mehrere Vertiefungen zum Ansammeln von Rohöl und Absetzen von Partikeln, sowie eine Öffnung auf, in welcher Filtermedium angeordnet ist. Das Rohöl durchtritt das Filtermedium und das gereinigte Öl sammelt sich am Boden der Ölwanne um nach oben hin abgepumpt zu werden.
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Ein weiteres System ist in der
US 6,183,632 B beschrieben. Hier ist ein Filterelement austauschbar zwischen einer Ölwanne und einem Verbraucher angeordnet. Das Rohöl tritt vom Verbraucher von oben durch das Filtermedium, sammelt sich in der Ölwanne und wird über einen seitlichen Kanal abgepumpt und wieder dem Verbraucher zugeführt. Das Filterelement umfasst einen Faltenbalg aus gefaltetem Filtermedium und einen umlaufenden Flansch. Die Ölwanne weist ebenfalls einen Flansch auf, sodass Ölwanne und Filtereinsatz gemeinsam am Verbraucher befestigbar sind, beispielsweise mittels Bolzen oder Schrauben.
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Für gewöhnlich wird das Filtermedium mit Kunststoff umspritzt, sodass die offenen Stirnseiten der Filterfalten verschlossen und abgedichtet werden. Hierdurch geht zum einen bereits Filterfläche verloren und zum anderen ist herstellungsbedingt ein bestimmter Mindestfaltenabstand und Mindestfaltenradius einzuhalten, was die mögliche Filterfläche beschränkt.
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Aus der
DE 10 2018 130 552 A1 ist ein bauraumoptimierter Flüssigkeitsfilter mit einem Gehäuse und einem Faltenbalg bekannt, wobei die Faltkantenhöhen und/oder Stirnseiten des Faltenbalges an einen Verlauf der Kontur des Gehäuses angepasst sind.
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In der
DE 10 2015 013 370 A1 ist ein Filterelement mit einem gefalteten Filtermedium beschrieben, wobei die Falten eine variable Faltenhöhe aufweisen.
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Die
US 2006 / 0 169 632 A1 offenbart ein kompaktbauendes Filterelement mit einem gefalteten Filtermedium und einem Rahmen, welcher das Filtermedium umgibt und zudem mehrere Rippen aufweist.
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Aus der
DE 10 2009 040 202 A1 ist ein Filterelement für Gase mit gefaltetem Filtermedium bekannt, welches auf Grund einer großen Faltentiefe eine hohe Filterfläche aufweist.
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Die
US 2016 / 0 059 172 A1 beschreibt einen Luftfilter mit einem gefalteten Filtermedium und einem umlaufenden Rahmen mit einem Flansch zum Anliegen an einem Gehäuseteil, welcher nicht in einer Ebene liegt.
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Es ist weiterhin ein Getriebeölfilter für eine E-Achse eines Kraftfahrzeugs bekannt (Mann+Hummel: Getriebeölfilter für die E-Achse, URL: https://www.mann-hummel.com/de/kompetenzfelder/loesungen-fuer-alternative-antriebe/getriebeoelfilter-fuer-die-e-achse/ [Website vom 1.04.19; Nachweis über WaybackMachine: https://archive.org/web/]).
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein bauraumsparendes Filtersystem mit hoher Filtrationsleistung bereitzustellen. Außerdem soll das Filtersystem günstig herstellbar sein. Weiterhin ist eine vorteilhafte Verwendung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Flüssigkeitsfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine vorteilhafte Verwendung ist in Anspruch 11 beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter weist einen Faltenbalg aus zickzack-artig gefaltetem Filtermedium mit einer Vielzahl an Falten auf. Jede Falte weist ein erstes und ein zweites Faltenblatt auf, welche an einer Faltenkante aneinandergrenzen. Benachbarte Falten des Faltenbalgs grenzen mit ihren Seitenkanten ebenfalls an einer Faltenkante aneinander. Die jeweils ersten Faltenblätter benachbarter Falten liegen im Wesentlichen parallel zueinander. Die Faltenblätter erstrecken sich zwischen einer Anströmfläche und einer Abströmfläche. Die Stirnseiten der Falten verlaufen senkrecht zu Anström- und Abströmfläche. Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilter ist der Faltenbalg einteilig ausgebildet.
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Der Flüssigkeitsfilter ist zum Durchströmen von oben nach unten ausgelegt, d.h. die Flüssigkeit gelangt durch den nach oben hin offenen Filtertopf zur Anströmseite des Filterelements, tritt durch das Filtermedium hindurch und gelangt in einen Zwischenraum zwischen Filtergehäuse und Filterelement. Diesen Zwischenraum verlässt die gereinigte Flüssigkeit durch einen oder mehrere Auslässe im Filtergehäuse, welche vorzugsweise im Boden oder bodennah in der Wandung ausgebildet sind. So kann der Filter von oben mit Rohfluid versorgt werden und das Reinfluid im unteren Bereich ausgeleitet und an die erforderlichen Stellen verteilt werden. Dies funktioniert in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform mit oder in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ohne Pumpe.
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Erfindungsgemäß entspricht die Kontur des Filterelements, also der Umriss des Filterelements, der Innenkontur der Gehäusewandung. Mit anderen Worten ist der Verlauf der Randfalten und Stirnseiten an die durch die Gehäusewandung gebildete Anlagefläche für das Filterelement angepasst. Zur Befestigung am Filtergehäuse ist kein Flansch erforderlich; das Filterelement wird direkt in das Filtergehäuse eingepasst. Das Filterelement ist vollständig vom Filtergehäuse aufgenommen. Je nach Befestigung befindet sich zwischen Filterelement und Gehäusewandung allenfalls ein geringer Spalt.
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Die Verbindung zwischen Filterelement und Filtergehäuse kann stoffschlüssig sein. Vorzugsweise wird das Filterelement mit einem Kleber in das Filtergehäuse eingeklebt. Die Abdichtung der Stirnseiten der Falten erfolgt dann über den Kleber, sodass keine zusätzliche Abdichtung erforderlich ist.
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Die Verbindung zwischen Filterelement und Filtergehäuse kann alternativ oder zusätzlich formschlüssig sein. Das Filterelement kann hierzu in das Filtergehäuse eingepresst werden. Zur Abdichtung der Stirnseiten der Falten ist vorteilhaft ein Seitenband an dem Faltenbalg angebracht, welches alle benachbarten Stirnseiten einer Seite des Faltenbalgs überdeckt.
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Vorzugsweise sind die Randfalten des Faltenbalgs in dem Gehäuse verklebt oder mit diesem verschweißt. Für den Fall, dass der Filter einen Deckel zum Verschließen des Filtergehäuses umfasst, können die Randfalten auch zwischen einem Deckel und dem Gehäusetopf eingeklemmt werden, um die Rohseite dicht von der Reinseite zu trennen.
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Dadurch, dass das Filterelement formschlüssig oder stoffschlüssig in das passgenaue Filtergehäuse eingebracht ist, ist zum seitlichen Abdichten der Falten kein Umspritzen erforderlich. Dadurch kann die Faltung dichter, d.h. mit geringerem Faltenabstand ausgeführt werden. Hierdurch kann mehr Filtermedium im Bauraum platziert werden, sodass die Filterfläche erhöht wird. Die erhöhte Filterfläche ermöglicht ein Filtern der Flüssigkeit mit geringerem Druckverlust, da dieser antiproportional zur Filterfläche ist.
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Der Winkel zwischen zwei Faltenblättern ist vorzugsweise kleiner oder gleich 4 Grad, insbesondere kleiner oder gleich 2 Grad.
Bevorzugt ist die Faltung derart ausgeführt, dass der Innenradius einer Falte an der Faltkante kleiner oder gleich 500 Mikrometer ist. Besonders bevorzugt beträgt der Radius zwischen 10 und 500 Mikrometer.
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Vorteilhaft sind die Faltkanten oder Faltenspitzen benachbarter Falten zwischen 2 und 6 Millimeter voneinander beabstandet.
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Im einfachsten Fall verlaufen Anströmfläche und Abströmfläche parallel zueinander, d.h. die Falten weisen eine konstante Faltenhöhe auf.
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In einer alternativen Ausgestaltung variiert die Faltenhöhe in Faltrichtung. Innerhalb einer Falte ist die Faltenhöhe konstant, d.h. die Faltenhöhe des Balgs kann sich in Faltrichtung ändern, jedoch nicht entlang der Faltkanten. Die Faltkantenhöhe des Faltenbalgs ist damit innerhalb des Faltenbalgs variabel. Es können unterschiedliche Faltkantenhöhen in einem einteiligen Faltenbalg vorhanden sein. Damit kann die Faltkantenhöhe flexibel an den vorhandenen Bauraum angepasst werden. Die Faltkantenhöhe wird dabei an die Höhe des Gehäuses angepasst. Damit wird der vorhandene Bauraum in seiner Höhe optimal durch die Einstellung der Faltkantenhöhe auf die Bauraumhöhe abgedeckt. Es kann eine bessere Filterleistung erreicht werden, insbesondere durch die Möglichkeit, den Druckverlust durch eine größere Filterfläche zu reduzieren. Zugleich kann die Abscheideleistung erhöht werden. Es kann so auch bei gleichbleibendem Druckverlust, im Vergleich mit einem Flüssigkeitsfilter mit rechteckiger Bauform, durch den Einsatz eines höher abscheidenden Filtermediums eine erhöhte Abscheideleistung erreicht werden. Die größere Filterfläche bietet ebenso die Möglichkeit, die Lebensdauer oder das Serviceintervall des Flüssigkeitsfilters zu verlängern. Auch können Ein- und Anbauteile durch die Abstimmung der Faltkantenhöhen auf die Gegebenheiten des Bauraums besser integriert werden.
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Vorteilhaft liegt die Faltkantenhöhe in einem Bereich zwischen 2 mm bis 100 mm, vorzugsweise 4 mm bis 80 mm, besonders bevorzugt zwischen 8 mm und 50 mm.
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Vorteilhaft ist der Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Faltkanten in einem Faltenbalgübergangsabschnitt zwischen zwei Faltenbalgabschnitten mit unterschiedlicher Faltenhöhe verschieden von einem Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Faltkanten innerhalb eines der Faltenbalgabschnitte ausgebildet. Es wird mithin nicht nur die Faltkantenhöhe an den vorhandenen Bauraum angepasst, sondern ebenso (zusätzlich) die Faltung des Filtermediums entsprechend den Gegebenheiten des Bauraumes variiert. Damit können auch Kanten, Stufen oder ähnliches, die in der Gehäusebodenfläche bzw. Grundfreiformfläche vorhanden sind, optimal mit dem Filtermedium abgedeckt werden. Die Falten können mittels der Variation des Abstandes zwischen den einzelnen Faltkanten derartige Kanten oder Stufen einfach „überbrücken“.
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Die Falten können alle gleich lang ausgebildet sein, sodass der Filterbalg eine rechteckige Grundfläche aufweist.
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Alternativ können zwei oder mehr Faltenstirnseiten an einen konturierten Verlauf der ihr zugewandten Gehäusewandung angepasst sein. Die Seitenwandungen des Gehäuses können in Abhängigkeit vom Bauraum von einer standardmäßigen Rechteckform abweichen, beispielsweise einen gekrümmten Seitenfreiformflächenabschnitt aufweisen. Die Kontur der Gehäusewandung bzw. der Seitenfreiformfläche ist anschaulich der Verlauf einer Verbindungslinie einer Mehrzahl gewählter Punkte auf einer ersten Seitenfreiformfläche in Abhängigkeit zu der lotrechten Entfernung korrespondierender Punkte auf der dieser gegenüberliegenden Seitenfreiformfläche.
Damit kann der Verlauf einer Umfangskontur des Faltenbalgs an den Verlauf der Seitenfreiformfläche angepasst werden. Die Faltenstirnseiten folgen dem Verlauf der Seitenfreiformfläche entlang ihres Verlaufs selbst dann, wenn die Seitenfreiformfläche gekrümmt ist, d.h. einen gekrümmten Seitenfreiformflächenabschnitt aufweist. Hierdurch ergibt sich eine variable Faltenlänge. Die Kontur der Einhüllenden aller Stirnseiten auf der einen Seite kann von der Kontur der Einhüllenden aller Stirnseiten auf der anderen Seite abweichen. Damit bildet die Faltenbalggrundfläche die Grundfreiformfläche nach bzw. ab. Die Grundfreiformfläche wird optimal ausgenutzt und (nahezu) vollständig mit dem Filtermedium abgedeckt. Die Faltenbalggrundfläche kann von der herkömmlichen Rechteckform abweichen und kann flexibel an die vorhandene Grundfreiformfläche angepasst werden. Es kann eine bessere Filterleistung erreicht werden, insbesondere durch die Möglichkeit, den Druckverlust durch eine größere Filterfläche zu reduzieren. Zugleich kann die Abscheideleistung erhöht werden. Es kann so auch bei gleichbleibendem Druckverlust, im Vergleich mit einem Flüssigkeitsfilter einer herkömmlichen Bauform, durch den Einsatz eines höher abscheidenden Filtermediums eine Erhöhung der Abscheideleistung erreicht werden. Die größere Filterfläche bietet ebenso die Möglichkeit, die Lebensdauer oder das Serviceintervall des Flüssigkeitsfilters zu verlängern. Auch können Ein- und Anbauteile durch die Abstimmung der Faltenbalggrundfläche auf die Gegebenheiten der Grundfreiformfläche besser integriert werden.
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Der Faltenbalg ist in einen Gehäusetopf mit einer Seitenwandung und einer Bodenfläche eingebracht. Um den Bauraum optimal auszunutzen ist es vorteilhaft, die Form des Faltenbalgs in Umfangsrichtung, also der Stirnseiten und Randfalten, der Seitenfreiformfläche der Gehäusewandung anzupassen und die Form der Abströmseite der Bodenfläche des Gehäuses anzupassen, wobei ein vorbestimmter Abstand zur Bodenfläche eingehalten wird. Im einfachsten Fall ist das Filtergehäuse quaderförmig und das Filterelement weist eine rechteckige Grundfläche bzw. Kontur auf.
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Der Gehäusetopf ist mit einem Gehäusedeckel verschlossen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Gehäusedeckel einen möglichst geringen Anteil der Anströmfläche bedeckt. Hierzu weist der Deckel erfindungsgemäß eine Vielzahl an Öffnungen auf und ist als Gitter ausgebildet. Der Deckel kann lösbar oder unlösbar mit dem Gehäusetopf verbunden sein. Ein Abschnitt der Randfalten kann vorteilhaft zwischen Gehäusetopf und Deckel verpresst werden.
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Bei all dem ist bevorzugt, dass mindestens eine Falte an der rohseitigen Anströmfläche und/oder an der reinseitigen Abströmfläche mittels Einklemmens, Verpressens, Einklebens oder Verschweißens jeweils an der Seitenwandung des Filtertopfs befestigt ist.
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Auch ist es vorteilhaft, dass der Faltenbalg durchgängig aus einem einzigen Material gebildet ist. Die Herstellung eines derartigen einteiligen Faltenbalgs ist kostengünstig und effizient möglich.
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Der einteilige Filterbalg ist vorzugsweise aus einem sog. Tiefenfiltrationsfiltermedium ausgebildet. Geeignete derartige Filtermedien sind bevorzugt nass- oder trockengelegte Wirrfasergelege, welche mechanisch und/oder chemisch verfestigt sind. Ein derartiges Wirrfasergelege weist Hohlräume zwischen den Fasern auf. Das Filtermedium kann Naturfasern und mindestens einen Anteil an synthetischen Fasern, beispielsweise Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Glasfasern aufweisen, dieser Anteil kann für den jeweiligen Filtrationseinsatz angepasst gewählt werden. Der Anteil kann beispielsweise ein Anteil von größer 10 Gew. % sein. Das Filtermedium kann auch aus synthetischen Fasern und/oder Glasfaser bestehen, wobei im Falle einer Mischung aus synthetischen Fasern und Glasfasern das Mischverhältnis für den jeweiligen Filtrationseinsatz angepasst gewählt werden kann.
Das Filtrationsmedium kann einlagig oder mehrlagig ausgeführt sein; beispielsweise kann ein sog. Zweistoffauflauf oder auch Mehrstoffauflauf gewählt werden. Bei einem Zweistoff- oder auch Mehrstoffauflauf wird anschaulich ein Faserbrei einer vorbestimmten Faserart oder einer vorbestimmten Mischung von Faserarten auf ein vorhergehendes bzw. sich bildendes Vlies aufgegossen. Das Grundfasergelege kann insbesondere weitere Lagen aufweisen, die beispielsweise durch stoffschlüssige, insbesondere thermische Fügeverfahren, beispielsweise durch Lamination oder Ultraschallschweißen, verbunden werden können.
Vorzugsweise kann bei einem zwei- oder mehrlagigen Aufbau die reinseitige oder die reinseitige und die rohseitige, mit anderen Worten, eine oder die jeweils äußere Lage als Gitterstruktur (Drainagegitter) ausgebildet sein. Dies stabilisiert den Gesamtaufbau zusätzlich und sorgt dafür, dass die Faltenstellung im Anwendungsfall optimiert in Position bleibt. Die Dicke des Filtermediums kann beispielsweise zwischen 0,3 bis 5 mm liegen. Die Luftdurchlässigkeit beträgt bevorzugt zwischen 200 und 3000 l/m2s.
Synthetische oder Glasfaser-Medien sind beispielsweise bevorzugt für sog. Lifetime (Lebensdauer-Anwendungen, wie beispielsweise die Getriebeölfiltration.
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In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Flüssigkeitsfilter als saugseitiger Getriebeölfilter ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich die Performance des Ölmanagements in einem Motor verbessern.
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Erfindungsgemäß wird der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter in einem „drucklosen“ System, d.h. einem System ohne Pumpe eingesetzt. Hierbei wird die Flüssigkeit nicht mit Druck durch den Filter gepresst oder gesaugt, sondern die Flüssigkeit tritt der Schwerkraft folgend durch das Filtermedium hindurch. Durch die große Filterfläche ist der Druckverlust über den Filter besonders gering, sodass er sich besonders gut für den drucklosen bzw. pumpenlosen Einsatz eignet. Zudem sind durch die enge Faltung eine Vielzahl an Taschen ausgebildet, welche die Flüssigkeit zurückhalten können. Der Flüssigkeitsbehälter wird so zusagen durch die Faltung in viele kleine Behälter unterteilt. Insbesondere im Falle eines Einsatzes in einem Kraftfahrzeug, wo der Flüssigkeitsfilter Beschleunigungen ausgesetzt ist, ist die Gefahr eines Überschwappens auf Grund der auftretenden Fliehkräfte stark reduziert.
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Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter in einer E-Achse eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die E-Achse kombiniert Motor, Getriebe, Achse und Leistungselektronik in einem Bauteil und wird in Fahrzeugen mit Elektroantrieb oder Hybridantrieb eingesetzt. Das Getriebe wird mit Getriebeöl versorgt, wobei einige Bauteile eine bestimmte Reinheit des Öls erfordern. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter filtert das Getriebeöl. Das unreine Öl wird der Anströmfläche des Flüssigkeitsfilters zugeführt, sickert durch das Filtermedium zum Boden des Filtertopfs und verlässt diesen durch einen oder mehrere Auslässe. Das gefilterte Getriebeöl wird dann den entsprechenden Bauteilen zugeführt. In diesem Fall ist der Flüssigkeitsfilter vorzugsweise oberhalb der zu beölenden Bauteile anzuordnen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsfilters mit Filtertopf und Abdeckgitter;
- 2 ein Filterelement eines Flüssigkeitsfilters nach 1;
- 3 einen Abschnitt einer Stirnseite eines Faltenbalgs des Filterelements aus 2;
- 4 eine Schnittdarstellung des Flüssigkeitsfilters nach 1 mit installiertem Filterelement;
- 5a eine perspektivische Ansicht eines Filterelements mit unterschiedlichen Faltenhöhen;
- 5b eine Schnittdarstellung des Filterelements aus 5a;
- 5c eine Draufsicht auf das Filterelement aus 5a.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt einen Flüssigkeitsfilter 1. Der Flüssigkeitsfilter 1 weist ein Gehäuse 10 mit einer Gehäusewandung 11 und einem Gehäuseboden 12 auf. Im unteren Bereich des Gehäuses 10 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel zwei Auslässe 13. Das topfförmige Gehäuse 10 ist mit einem Deckel 14 verschlossen. Der Deckel 14 ist hierbei gitterartig ausgebildet und weist eine Vielzahl an Öffnungen auf. Der Deckel 14 ist am Gehäusetopf 10 mittels einer Schnappverbindung befestigt. In dem Gehäuse 10 ist ein Filterelement 2 angeordnet, das im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben ist.
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Das Gehäuse 10 und der Gehäusedeckel 14 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff und können als Spritzgussteile gefertigt sein. Hierdurch ist eine kostengünstige Herstellung möglich. Weiterhin können Gehäusetopf 10 und Gehäusedeckel 14 einfach an ihrer Form an den anwendungsspezifischen Bauraum angepasst werden und auch eine Form aufweisen, die von einem Quader abweicht. Insbesondere können die Auslasskanäle in einem Schritt mit hergestellt werden.
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Der Flüssigkeitsfilter 1 kann vorteilhaft zur Filtration von Getriebeöl eines Getriebes einer E-Achse eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingesetzt werden. Der Flüssigkeitsfilter 1 ist zum drucklosen Einsatz ohne Pumpe ausgebildet, d.h. die Flüssigkeit wird nicht über eine Pumpe zum Filter 1 befördert und mit Druck durch das Filtermedium gepresst oder gesaugt. Vielmehr wird die zu reinigende Flüssigkeit der Oberseite des Flüssigkeitsfilters 1 zugeführt, tritt durch die Öffnungen im Deckel 14 ein und läuft der Schwerkraft folgend nach unten durch das Filtermedium 2. Hierzu ist der Flüssigkeitsfilter 1 lediglich mit der passenden Orientierung zu installieren. Das Gehäuse 10 ist anströmseitig offen gestaltet, sodass das zu reinigende Öl über den gesamten Deckelbereich zum Filterelement 2 im Inneren des Gehäuses 10 gelangen kann. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Deckel 14 entfallen, d.h. das Filterelement 2 ist lediglich in einen nach oben hin offen bleibenden Filtertopf eingebaut.
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Durch den Verzicht auf eine Pumpe wird die Flüssigkeit lediglich durch die Schwerkraft durch das Filtermedium gedrückt. Der Faltenbalg 30 ist hierdurch nur einem geringen Druck (dem durch die Flüssigkeit selbst) ausgesetzt und muss allenfalls gering gegen ein Verformen geschützt werden.
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Durch die Falten 3 des Filtermediums sind eine Vielzahl an Zwischenräumen ausgebildet, in welchen sich die zugeführte Flüssigkeit sammeln kann, sodass im Gegensatz zu einer Ausgestaltung mit einem schwammartigen Filtermedium ein Überschwappen aus dem Filtergehäuse 10 vermieden wird. Die gefilterte Flüssigkeit kann über einen oder mehrere Auslässe 13 im Gehäuseboden 12 bzw. einem bodennahen Bereich der Gehäusewandung 11 den Filter 1 verlassen verteilt werden, beispielsweise einem Lager zugeführt werden. Nicht dargestellt ist eine Entlüftungsöffnung, über welche in dem geschlossenen Raum zwischen Filterelement 2 und Gehäusetopf 10 befindliche Luft entweichen kann.
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Erfindungsgemäß ist das Filterelement 2 formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Filtergehäuse 10 verbunden. Das Filterelement 2 kann unlösbar mit der Gehäusewandung 11 verbunden sein, beispielsweise eingeklebt oder mit der Gehäusewandung 11 verschweißt sein. Der Flüssigkeitsfilter 1 ist vorzugsweise als Lebensdauerbauteil ausgebildet. Sollte dennoch ein Austausch erforderlich sein, wird der gesamte Flüssigkeitsfilter 1 mit Gehäuse 10 ausgetauscht. Alternativ kann das Filterelement 2 auch austauschbar in dem Filtergehäuse 10 angeordnet sein. Hierzu kann das Filterelement 2 mittels Presspassung in das Filtergehäuse 10 eingepresst sein.
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In 2 ist ein Filterelement 2 des Flüssigkeitsfilters 1 aus 1 dargestellt. Das Filterelement 2 weist einen einteiligen Faltenbalg 30 aus zick-zack-förmig gefaltetem Filtermedium mit einer Vielzahl an Falten 3 auf. Der Faltenbalg 30 ist quaderförmig ausgebildet, wobei sich die Falten 3 mit konstanter Faltenhöhe zwischen Anströmseite (oben) und Abströmseite (unten) erstrecken. Jede Falte 3 ist aus einem ersten und einem zweiten Faltenblatt gebildet, welche an einer Faltkante aneinandergrenzen. Die jeweils ersten Faltenblätter und die jeweils zweiten Faltenblätter verlaufen parallel zueinander. Die offenen Stirnseiten 31, 32 der Falten 3 sind zur Abdichtung jeweils mit einem Seitenband 41, 42 bedeckt. Die beiden Randfalten können ebenfalls von einem Seitenband eingefasst sein oder frei bleiben. Durch die Anbringung eines Seitenbands werden die Stirnseiten 31, 32 abgedichtet ohne dass Filterfläche verloren geht, wie es beim Einspritzen in Dichtmasse der Fall wäre.
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In 3 ist ein Ausschnitt einer der Stirnseiten 31, 32 des Faltenbalgs 30 aus 2 dargestellt. Die Falten 3 sind jeweils an Faltkanten 33 gefaltet. Dadurch, dass auf eine seitliche Einfassung verzichtet wird oder die seitliche Einfassung mittels Seitenband erfolgt, ist es möglich, die Faltung besonders eng auszuführen. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Faltkanten 33 auf der Anströmseite bzw. entsprechend zwei benachbarten Faltkanten 33 auf der Abströmseite beträgt zwischen 2mm und 6mm, beispielsweise 3mm. Der so genannte Faltenspitzenradius, welcher einen gedachten an der Innenseite der Faltkante 33 anliegenden Kreisausschnitt beschreibt, beträgt höchstens 500 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 10 und 500 Mikrometer. Der Winkel zwischen an der Faltkante 33 aneinander stoßendem ersten Faltenblatt und zweitem Faltenblatt ist kleiner oder gleich 4 Grad. Auf Grund dieser engen Faltung ist eine besonders hohe Filterfläche erreichbar, was sich unmittelbar auf den Druckverlust über den Flüssigkeitsfilter 1 auswirkt.
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In 4 ist ein Schnitt durch den Flüssigkeitsfilter aus 1 dargestellt. Wie man erkennt, sind die Abmessungen des Filterelements 2 quer zur Anström/-Abströmseite so gewählt, dass es passgenau in die Gehäuseöffnung einsetzbar ist. Filterelement 2 und Gehäusewandung 11 sind zumindest formschlüssig verbunden. Die Faltenstirnseiten 31, 32 sind über den umfangsseitigen Verlauf der Kontur des Gehäusebodens 12 an der Seitenwandung 11 befestigt. Diese Befestigung kann durch Einklemmen, Verpressen, Einkleben oder Verschweißen der Faltenstirnseiten 31, 32 an der Seitenwandung 11 erfolgen. Die Randfalten des Filterelements 2 sind zur querseitigen Abdichtung zwischen Gehäusewandung 11 und Gehäusedeckel 14 verpresst. Die Seitenbänder 41, 42 bilden die längsseitige Abdichtung zur Gehäusewandung 11. Eine zusätzliche Abdichtung, beispielsweise mittels eines umlaufenden Dichtrings wie bei Luftfilterelementen, ist nicht erforderlich.
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In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform ist der Faltenbalg 30 nicht eingefasst, d.h. das gefaltete Filtermedium ist direkt an der Gehäusewandung 11 befestigt, insbesondere verschweißt oder verklebt. Die Randfalten können ebenfalls mit der Gehäusewandung fest verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt sein, sodass kein Verklemmen mit einem Deckel zur Abdichtung erforderlich ist.
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Entsprechend dem vorhandenen Bauraum kann das Filtergehäuse 10 eine von einem Quader abweichende Form aufweisen. Seitenwandungen, Bodenfläche und/oder Deckel können an den Bauraum angepasst sein. Vorteilhaft ist auch das Filterelement 2 nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in der Höhe an das Gehäuse 10 angepasst. Ein Beispiel für ein in allen Dimensionen konturangepasstes Filterelement 2 ist in den 5a-5c gezeigt.
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In 5 a-c ist ein Filterelement 2 für einen Flüssigkeitsfilter 1 dargestellt, welches an einen zur Verfügung stehenden nicht quaderförmigen Bauraum angepasst ist. Es besitzt daher keine Rechteckform. Der Aufbau des Filters 1 entspricht im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen, lediglich die Form von Gehäuse 10 - hier nicht dargestellt - und Filterelement 2 unterscheiden sich. Der Faltenbalg 30 weist eine Stufe auf und ist aus einem ersten Faltenbalgabschnitt 37 und einem zweiten Faltenbalgabschnitt 39 gebildet, welche über einen Übergangsabschnitt 38 miteinander verbunden sind. Die Stufe im Filterelement 2 bildet eine Stufe im Filtergehäuse 10 nach.
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Es ist zu erkennen, dass die Faltkantenhöhe unterschiedlich ausgelegt ist. In dem ersten Faltenbalgabschnitt 37 ist eine erste Faltkantenhöhe vorgesehen, die auf eine Bauraumhöhe in einem ersten Gehäuseabschnitt abgestimmt ist. Der zweite Faltenbalgabschnitt 39 weist eine unterschiedliche zweite Faltenhöhe auf, die entsprechend auf eine Bauraumhöhe in einem zweiten Gehäuseabschnitt abgestimmt ist. Der Filterbalg 2 ist einteilig ausgebildet und weist dennoch unterschiedliche Faltenbalgabschnitte 37, 39 mit unterschiedlichen Faltkantenhöhen auf. Die Faltkantenhöhe ist innerhalb des Faltenbalgs 2 variabel; es sind Falten 3 mit unterschiedlichen Faltkantenhöhen vorhanden. Der Faltenbalg 2 kann so flexibel an den vorhandenen Bauraum angepasst werden, wodurch die Filterfläche maximiert werden kann. Die Filterleistung des Flüssigkeitsfilters 1 wird verbessert. Der Druckverlust ist minimiert. Es steht eine größere Filterfläche zur Verfügung. Es kann eine bessere Abscheideleistung erreicht werden. Die Lebensdauer des Flüssigkeitsfilters 1 kann verlängert werden.
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In dem Faltenbalgübergangsabschnitt 38 ist ein Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Faltkanten verschieden von einem Abstand benachbarter zweiter Faltkanten in dem ersten Faltenbalgabschnitt 37 und dem zweiten Faltenbalgabschnitt 39, wie in 5b erkennbar ist. Im gezeigten Fall ist der Abstand zwischen den Faltkanten im Übergangsabschnitt 38 größer als der Abstand zwischen den Faltkanten in den benachbarten Abschnitten 37, 39. Somit variiert die Faltung des Faltenbalgs 30 über seine Faltenbalggrundfläche, um eine Anpassung an vorgegebene Bauraumstrukturen zu ermöglichen. Durch die Anpassung der Faltkantenhöhe bzw. der Faltung des Faltenbalgs 30 ist auch die Integration von Ein- bzw. Anbauteile, wie beispielsweise einem Ventil einfacher möglich.
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Wie in 5c dargestellt, ist zur optimierten Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums zusätzlich zur Anpassung der Faltkantenhöhe auch die Faltenbalggrundfläche angepasst. Hierzu sind die Faltenstirnseiten 31, 32 des Faltenbalgs 30 an einen Verlauf der ihnen zugewandten Seitenfreiformfläche der Gehäusewandung 11, insbesondere an einen gekrümmten Abschnitt der Gehäusewandung, angepasst.
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Der Flüssigkeitsfilter 1 ist in einer Schwerkraftrichtung nach oben durch eine Deckenfreiformfläche des Bauraums in seiner Ausdehnung begrenzt. Die Gestalt des Gehäusedeckels 14 kann an die Gestalt dieser Deckenfreiformfläche angepasst sein, beispielsweise eine Stufe aufweisen. Besonders vorteilhaft wird der Faltenbalg stoffschlüssig in dem Filtergehäuse 10 befestigt und auf einen Deckel verzichtet, was zum einen die komplette Anströmfläche freigibt und zum anderen eine kostengünstigere Herstellung des Flüssigkeitsfilters ermöglicht.
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In anderen Ausführungsformen können weitere Faltenbalgabschnitte vorgesehen sein. Allgemein gesprochen, kann der Faltenbalg 30 aus beliebig vielen unterschiedlichen Faltenbalgabschnitten zusammengesetzt sein. Diese unterschiedlichen Faltenbalgabschnitte können durch Faltenbalgübergangsabschnitte miteinander verbunden sein, wie es durch den Faltenbalgübergangsabschnitt 38 beispielhaft gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Faltenbalg 30 einen kontinuierlich abnehmenden oder ansteigenden Faltenverlauf aufweisen, beispielsweise eine konvexe oder konkave Außenkontur bilden.
