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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Filterelement sowie einen Fluidfilter zum Filtern eines Fluids, insbesondere Kraftstoff oder Öl, mit einem Filtermedium, das einen sich entlang einer Filterelement-Längsachse erstreckenden Innenhohlraum umgibt und das einenends einen Dichtstutzen mit einer Öffnung zum fluidischen Anschluss des Innenhohlraums an einen Fluidkanal eines Filtergehäuses aufweist. Der Dichtstutzen weist eine Dichtung mit einem in radialer Richtung inneren und mit einem äußeren Dichtungselement auf.
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Stand der Technik
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EP 2 070 575 A1 offenbart einen Ölfilter für ein Kraftfahrzeug mit einem Filterelement, dessen Filtermedium einen sich entlang einer Filterelement-Längsachse erstreckenden Innenhohlraum umgibt. Das Filtergehäuse weist bodenseitig einen Ablass- bzw. Leerlaufkanal zum Ablassen des im Filtergehäuse angeordneten Öls auf, in den sich das Filterelement im Betriebszustand des Ölfilters mit einem Dichtstutzen hineinerstreckt. Der Dichtstutzen weist eine doppelkonzentrische Dichtung mit einem in radialer Richtung inneren und mit einem äußeren Dichtungselement auf, die an Seitenwänden des Leerlaufkanals dichtend anliegen und den Leerlaufkanal dadurch fluiddicht verschließen. Für ein Ablassen des im Filtergehäuse angeordneten Öls muss das Filterelement in axialer Richtung aus seinem Dichtsitz bewegt werden, so dass der Leerlaufkanal mit einer dem Filtermedium vorgeschalteten Rohseite des Öls und einer dem Filterelement nachgeschalteten Reinseite fluidisch verbunden wird.
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Das Einsetzten des Filterelements in das Filtergehäuse ist aufgrund der Bauweise der doppelkonzentrischen Dichtung mit einem relativ hohen Kraftaufwand verbunden. Darüber hinaus kann die doppelkonzentrische Dichtung durch einen längeren Kontakt mit dem Öl aufquellen, wodurch das Filterelement zu dessen Austausch oftmals nur noch schwer aus dem Filtergehäuse herausbewegt werden kann.
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In
DE 11 2007 001 879 T5 ist ein Schnellablassfiltergerät beschrieben, welches an einem axialen Ende einer Filterkartusche einen axial nach unten gerichteten Stopfen aufweist. Der Stopfen umgibt radial außen ein Standrohr, das sich ins Innere der Filterkartusche erstreckt.
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Aus
US 2014 / 0 190 880 A1 ist eine mehrkomponentige Endscheibe bekannt, wobei jeweils mindestens zwei Komponenten mindestens einen Dichtungsträger bilden.
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In
US 2014 / 0 027 366 A1 ist ein Kartuschenfilter mit einem manuell betätigbaren Knopf zum Aktivieren eines Mittels zum Verschließen und Freigeben eines Ablasskanals beschrieben.
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Weitere Filterelemente mit Dichtungsanordnungen und/oder Verschlussmitteln für einen Leerlaufkanal sind aus den Dokumenten
WO 2015 / 036 107 A1 ,
US 2011 / 0 089 091 A1 ,
DE 10 2011 088 742 A1 ,
DE 43 18 215 A1 und
WO 2013 / 178 680 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement sowie einen Fluidfilter anzugeben, die einerseits eine vereinfachte Handhabung bei einer zugleich verbesserten Dichtfunktion der am Dichtstutzen angeordneten Dichtung erlauben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Filterelement betreffende Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Der erfindungsgemäße Fluidfilter weist die in Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale auf.
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Das erfindungsgemäße Filterelement zeichnet sich dadurch, dass eines der beiden Dichtungselemente der Dichtung eine Dichtlippe aufweist, die sich von dem Dichtstutzen in radialer Richtung wegerstreckt und das jeweils andere der beiden Dichtungselemente als ein Radialdichtring ausgebildet ist, eine insgesamt vereinfachte Handhabung aus. Unter einem Radialdichtring wird ein ringförmiges Dichtungselement ohne eine Dichtlippe verstanden. Gleichwohl kann der Radialdichtring eine Dichtkante aufweisen. Durch den Radialdichtring kann beim Einsetzten des Filterelements in seine Betriebsposition innerhalb eines Filtergehäuses eines Öl- oder Kraftstofffilters eine vereinfachte Führung des Filterelements am Filtergehäuse gewährleistet werden. So kann der Dichtstutzen in einfacher Weise zum Leerlaufkanal axial fluchtend ausgerichtet und in diesen eingefädelt werden. Die elastisch verformbare Dichtlippe des jeweils anderen Dichtungselements wird dabei beim Einführen des Dichtstutzens in den Leerlaufkanal des Filtergehäuses unter Anlage an einer Seitenwand des Leerlaufkanals in radialer Richtung relativ zum Dichtstutzen entgegen der dem Material der Dichtlippe innewohnenden Eigenelastizität aus ihrer Neutralstellung, d.h. ihrer unbelasteten Stellung, deflektiert bzw. ausgelenkt. Fertigungstoleranzen des Filterelements sowie auch eines zur Aufnahme des Filterelements vorgesehenen Filtergehäuses eines Kraftstoff- oder Ölfilters können bei dieser Bauweise der Dichtung kompensiert werden.
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Darüber hinaus ist die Dichtlippe derart ausgelegt, dass diese durch eine aus der Druckbeaufschlagung mit dem Fluid abgeleitete Anpresskraft - d.h. druckunterstützt - an die zugeordnete Seitenwand gepresst wird. Dadurch kann eine weiter verbesserte Dichtfunktion der Dichtung erreicht werden. Die Dichtlippe des einen Dichtungselements erstreckt sich in diesem Falle von dem Dichtstutzen vorzugsweise axial in Richtung auf das Filtermedium weg. Dadurch kann die Dichtlippe bei einer Druckbeaufschlagung mit dem unter Druck stehenden Fluid druckunterstützt bzw. druckproportional an die zugeordnete Seitenwand des Leerlaufkanals angelegt werden. Der Dichtlippe liegt mithin mit einer zum Betriebsdruck des Fluids druckproportionalen Kontaktpressung an der Seitenwand des Leerlaufkanals an. Dadurch wird unabhängig von einem herrschenden Betriebsdruck des Fluids eine zuverlässige Abdichtung des Leerlaufkanals gegenüber dem unter Druck stehenden Fluid erreicht.
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Erfindungsgemäß ist die Dichtung als doppelkonzentrische Dichtung ausgeführt. In diesem Fall sind somit beide Dichtungselemente der Dichtung in Richtung der Längsachse des Filterelements auf gleicher Höhe angeordnet.
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Nach der Erfindung weist vorzugsweise das in radialer Richtung innere Dichtungselement die Dichtlippe auf. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Montage des Filterelements im Filtergehäuse eines Fluidfilters. Im Vergleich zu einem innenliegenden Radialdichtring sind die Effekte einer quellungsbedingten Volumenzunahme des radial außen angeordneten Radialdichtrings geringer. Ein Ausbau des Filterelements aus seinem Dichtsitz innerhalb eines Filtergehäuses eines Fluidfilters wird dadurch weniger stark erschwert. Im Fall des radial außenliegend angeordneten Radialdichtrings können zudem Fertigungstoleranzen des Dichtstutzens bzw. des filtergehäuseseitigen Fluidkanals zuverlässiger kompensiert werden, als dies bei einem in radialer Richtung innenliegend am Dichtstutzen angeordneten Radialdichtring der Fall ist.
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Die Dichtlippe des einen Dichtungselements kann sich erfindungsgemäß in ihrem Querschnitt in Richtung auf ihr freien Endes verjüngen. Dadurch kann das Ansprechverhalten der Dichtlippe auf Betriebsdruckschwankungen des durch das Filterelement strömend geführten Fluids verbessert werden.
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Das die Dichtlippe aufweisende Dichtungselement und/oder der Radialdichtring kann/ können dem Dichtstutzen erfindungsgemäß angeformt, insbesondere diesem angespritzt, sein. Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Radialdichtring als ein zu dem Dichtstutzen separates Bauteil ausgebildet. Der Radialdichtring ist in diesem Fall an oder in einer Dichtungsaufnahmestruktur des Dichtstutzens gehalten angeordnet. Im letztgenannten Fall kann der Radialdichtring insbesondere in einer Ringnut des Dichtstutzens, bevorzugt mit einem axialen Spiel, angeordnet sein.
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Der Radialdichtring kann erfindungsgemäß insbesondere als ein O-Ring ausgeführt sein. Derlei O-Ringe sind am Markt kostengünstig und vorkonfektioniert in unterschiedlichen Größen verfügbar.
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Der Radialdichtring kann zwecks eines zuverlässigen Dichtvermögens aus einem zäh- oder gummielastischen Material bestehen.
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Unter fertigungstechnischen Aspekten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Dichtstutzen durch eine Endscheibe des Filterelements gebildet ist. Dadurch erübrigen sich separate Bauteile und die Montage des Filterelements wird insgesamt erleichtert.
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Alternativ kann sich der Dichtstutzen als ein separates Bauteil in den Innenhohlraum des Filterelements in axialer Richtung abschnittsweise hineinerstrecken. Der Dichtstutzen ist in diesem Fall vorzugsweise mit dem Filterelement, beispielsweise einer Endscheibe oder auch eines Mittelrohrs des Filterelements zum Abstützen des Filtermediums, verrastet bzw. verklebt.
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Der erfindungsgemäße Fluidfilter weist ein Filtergehäuse mit einem Einlass für das zu filternde Fluid und mit einen Auslass für das gefilterte Fluid auf. In dem Filtergehäuse ist ein vorstehend erläutertes Filterelement angeordnet, dessen Innenhohlraum mit einem Fluidkanal des Filtergehäuses fluidisch verbunden ist. Der Dichtstutzen des Filterelements erstreckt sich in axialer Richtung in einen Leerlaufkanal des Filtergehäuses zum Ablassen des im Filtergehäuse angeordneten Fluids hinein und verschließt (im Betrieb des Fluidfilters) den Leerlaufkanal mittels der aneinander zuweisenden Seitenwänden des Leerlaufkanals in radialer Richtung dichtend anliegenden Dichtung fluiddicht. Beim axialen Herausbewegen des Filterelements aus dem Filtergehäuse werden die Dichtungselemente der Dichtung automatisch aus ihrem Dichtsitz an den Seitenwänden des Leerlaufkanals mit entfernt, so dass eine Fluidverbindung zwischen dem Leerlaufkanal und einer Reinseite bzw. einer Rohseite des Filterelements freigegeben wird. Das im Filtergehäuse bzw. im Filterelement rohseitig angeordnete ungefilterte Fluid bzw. das reinseitig angeordnete gefilterte Fluid können so aus dem Filtergehäuse abgelassen bzw. herausgeführt werden, insbesondere bevor das Filterelement vollständig aus dem Filtergehäuse entnommen wird.
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Der Leerlaufkanal des Filtergehäuses kann im Falle eines Kraftstofffilters beispielsweise mit dem Kraftstofftank bzw. im Falle eines Ölfilters mit einer Ölwanne fluidisch verbunden sein.
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Die Dichtung bzw. die Seitenwände des Leerlaufkanals können so ausgestaltet sein, dass eine jeweilige Fluidverbindungen des Leerlaufkanals mit der Rohfluidseite und mit der Reinfluidseite beim Entfernen des Filterelements nacheinander freigegeben werden. Auf diese Weise kann eine Vermischung des gereinigten Fluids mit dem ungefilterten Fluid weitgehend vermieden werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Filterelement für einen Fluidfilter, insbesondere einen Ölfilter einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem stirnseitigen Dichtstutzen, der eine doppelkonzentrische Dichtung mit einem bezogen auf die Längsachse des Filterelements in radialer Richtung inneren Dichtungselement mit einer Dichtlippe und mit einem äußeren Radialdichtring aufweist, in einem Längsschnitt; und
- 2 einen ausschnittsweise wiedergegebenen Fluidfilter mit einem Filterelement gemäß 1, in einem Längsschnitt.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt ein Filterelement 10 zum Herausfiltern von in einem Fluid wie beispielsweise Öl oder Kraftstoff, enthaltenen Verunreinigungen. Das Filterelement 10 weist ein Filtermedium 12 auf, das zur Längsachse 14 des Filterelements 10 ringförmig angeordnet ist und einen axial verlaufenden Innenhohlraum 16 des Filterelements 10 vollständig umgibt. Das Filtermedium 12 kann, wie dies in 1 gezeigt ist, als ein sternförmig gefalteter Balg ausgeführt sein und beispielsweise aus einem Vliesmaterial bestehen. Das Filtermedium 12 ist zwischen einer oberen und einer unteren Endscheibe 18, 20 des Filterelements 10 gehalten angeordnet. Das Filtermedium 12 kann aus Dichtigkeitsgründen insbesondere in das Material der Endscheiben eingebettet bzw. mit den beiden Endscheiben 18, 20 verklebt sein. Das Filtermedium 12 ist von dem zu filternden Fluid in einer radialen Richtung von außen nach innen durchströmbar.
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Das Filterelement 10 weist einenends einen Dichtstutzen 22 auf. Der Dichtstutzen 22 ist mit einer Öffnung 24 zum fluidischen Anschluss des Innenhohlraums 16 des Filterelements 10 an einen Fluidkanal eines nachstehend im Zusammenhang mit 2 erläuterten Filtergehäuses versehen. Am Dichtstutzen 22 ist eine insgesamt mit 26 bezeichnete Dichtung angeordnet. Die Dichtung 26 umfasst ein in radialer Richtung inneres Dichtungselement 28 und ein in radialer Richtung äußeres Dichtungselement 30. Die Dichtung 26 kann, wie dies in 1 beispielhaft gezeigt ist, als eine sogenannte doppelkonzentrische Dichtung ausgeführt sein.
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Das in radialer Richtung innere Dichtungselement 28 weist eine elastisch verformbare Dichtlippe 32 auf. Die Dichtlippe 32 ist dem Dichtstutzen 22 angeformt und kann aus einem Kunststoff wie beispielsweise Polyurethan oder einem anderen Polyolefin bestehen. Die Dichtlippe 32 ist in 1 in ihrem unbelasteten Zustand gezeigt und erstreckt sich von dem Dichtstutzen 22 radial in Richtung auf die Längsachse 14 des Filterelements 10 weg und zusätzlich axial in Richtung des Filtermediums 12. Mit anderen Worten erstreckt sich die Dichtlippe 32 axial in Richtung auf die obere Endscheibe 18 des Filterelements 10 vom Dichtstutzen 22 weg. Die Dichtlippe 32 bildet dadurch gemeinsam mit dem Dichtstutzen eine mit 34 bezeichnete Tasche. Ein der Tasche 34 zuweisender Oberflächenbereich der Dichtlippe 32 ist mit 36 bezeichnet. Die Tasche 34 weist eine der oberen Endscheibe 18 zuweisende Taschenöffnung 38 auf. Die Dichtlippe 32 kann sich in ihrem Querschnitt in Richtung auf ihr freies Ende 40 verjüngen, wie dies in 1 gezeigt ist.
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Das in radialer Richtung äußere Dichtungselement 30 ist als ein Radialdichtring, hier in Form eines O-Rings, ausgebildet. Der O-Ring ist als ein zu dem Dichtstutzen 22 separates Bauteil ausgeführt und in einer als Ringnut ausgeführten Dichtungshaltestruktur 42 des Dichtstutzens 22 mit axialem Spiel gehalten angeordnet. Der Radialdichtring weist keine Dichtlippe auf.
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Der Dichtstutzen 22 ist beispielhaft als ein zur unteren Endscheibe 20 separates Bauteil ausgeführt und erstreckt sich in axialer Richtung in den Innenhohlraum 16 des Filterelements 10 hinein. Der Dichtstutzen 22 kann zur axialen Lagesicherung am Filterelement 10 verrastet gehalten und/oder mit dem Filterelement 10 verklebt sein. Nach einem in der Zeichnung nicht näher wiedergegebenen alternativen Ausführungsbeispiel kann der Dichtstutzen 22 auch mit der unteren Endscheibe des Filterelements einstückig ausgeführt sein.
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2 zeigt einen ausschnittsweise wiedergegebenen Fluidfilter 44, hier einen Ölfilter, in einem Längsschnitt. Der Fluidfilter 44 weist ein Filtergehäuse 46 mit einem Filtertopf 48 und einem Filterdeckel 50 auf. Im Filtergehäuse 46 ist ein vorstehend im Zusammenhang mit 1 erläutertes Filterelement 10 in seiner Betriebsposition angeordnet.
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Das Filtergehäuse weist einen Einlass 52 für das zu filternde Fluid und einen mit 54 bezeichneten Fluidkanal auf, der einen Auslass für das gefilterte Fluid bildet. Eine axiale Öffnung 56 des Filtertopfs dient dem Einsetzen bzw. Entfernen des Filterelements 10 und ist mittels des Filterdeckels 50 verschlossen.
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Der Filterdeckel 50 weist einen Halte- bzw. Montagedorn 58 auf, der sich axial in den Innenhohlraum 16 des Filterelements 10 hineinerstreckt und der einer radial innenseitigen Abstützung des Filtermediums 12 dient. Dadurch wird ein Kollabieren des Filtermediums 12 im Betrieb vermieden. Das Filterelement 10 ist am Montagedorn reibschlüssig gehalten. Der Montagedorn 58 kann ein integriertes Filterelement-Bypassventil 60 für das zu filternde Fluid aufweisen. Die obere Endscheibe 18 des Filterelements liegt an einem Sockelabschnitt 62 des Montagedorns in axialer Richtung dichtend an.
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Eine dem Filtermedium 12 fluidisch vorgeschaltete Fluidrohseite ist mit 62 bezeichnet. Eine dem Filtermedium 12 fluidisch nachgeschaltete Fluidreinseite, die vorliegend den Innenhohlraum 16 des Filterelements 10 umfasst, ist mit 64 bezeichnet.
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Der Innenhohlraum 16 des Filterelements 10 auslassseitig mittels des Dichtstutzens 22 mit dem Fluidkanal 54 (Auslass) des Filtergehäuses 46 für das gefilterte Fluid fluidisch verbunden.
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Das Filtergehäuse 10 weist für Wartungszwecke (neben dem Fluidkanal 54) zusätzlich einen Ablauf- oder Leerlaufkanal 66 für das im Filtergehäuse angeordnete Fluid auf. Der Leerlaufkanal 66 ist darstellungsbedingt nur abschnittsweise wiedergegeben und weist eine (koaxiale) Ringöffnung 68 auf.
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Im Betriebszustand des Fluidfilters 44 erstreckt sich das Filterelement mit dem Dichtstutzen 22 dichtend über die Ringöffnung 68 in den Leerlaufkanal 66 hinein. Die in radialer Richtung innenliegend angeordnete Dichtlippe 32 der Dichtung 26 liegt an einer radial innenseitigen Seitenwand 70 des Leerlaufkanals 66 dichtend an. Das in radialer Richtung äußere Dichtungselement 30, d.h. der Radialdichtring, liegt an einer äußeren Seitenwand 72 des Leerlaufkanals 66 dichtend an. Dadurch sind die Fluidreinseite 64 und die Fluidrohseite 62 des Filterelements 10 bzw. des Fluidfilters 44 sowie auch der Leerlaufkanal 66 gegeneinander fluiddicht abgedichtet. Ein Abfließen des Fluids über den Leerlaufkanal 66 ist unterbunden.
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Im Betrieb des Fluidfilters 44 ist das durch den Fluidfilter 44 geführte Fluid mit einem Betriebsdruck beaufschlagt. Das Fluid übt dadurch während des Betriebs auf den mit dem Fluid in Kontakt kommenden Oberflächenbereich 36 der Dichtlippe 32 des inneren Dichtungselements 28 eine in radialer Richtung wirkende Kraft 74 aus, durch die die Dichtlippe 32 druckproportional gegen die innere Seitenwand 70 des Leerlaufkanals 66 gepresst wird. Mit steigendem Betriebsdruck des Fluids liegt die Dichtlippe 32 somit mit einer vergrößerten Kontaktpressung (nicht gezeigt) der inneren Seitenwand 70 des Ablaufkanals an und umgekehrt. Dieses dynamische Dichtverhalten des radial innenseitigen Dichtungselements 28 gewährleistet eine besonders zuverlässige Abdichtung der Fluidrohseite 62 gegenüber der Fluidreinseite 64 bzw. dem Leerlaufkanal 66 des Filtergehäuses 46.
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Im Betrieb des Fluidfilters 44 strömt das Fluid über den Einlass 52 in das Filtergehäuse 46. Das Fluid durchströmt das Filtermedium 12 des Filterelements 10 in radialer Richtung von außen nach innen und gelangt so in den Innenhohlraum 16 des Filterelements 10. Das gefilterte Fluid strömt reinseitig in axialer Richtung im Fluidkanal 54 des Filtergehäuses 46 und wird über diesen zur weiteren Verwendung aus dem Filtergehäuse 46 herausgeführt.
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Zum Ausbau des Filterelements 10 wird der Filterdeckel 50 von dem Filtertopf 48 entfernt und das Filterelement 10 über die Ringöffnung 56 des Filtergehäuses 46 in axialer Richtung aus seinem Dichtsitz am Filtertopf 48 entfernt. Dabei gibt das in radialer Richtung innenliegend angeordnete Dichtelement 28 des Dichtstutzens 22 den Innenhohlraum 16 des Filterelements 10 zum Leerlaufkanal 66 hin frei. Das radial äußere Radialdichtungselement des Dichtstutzens 22 gibt gleichzeitig die Fluidrohseite 62 mit dem dort befindlichen ungefilterten Fluid zur Leerlaufleitung 66 des Filtergehäuses 46 frei. Das im Filtergehäuse 46 sowie im Filterelement 10 befindliche Fluid kann mithin über den Leerlaufkanal 66 nach unten aus dem Filtergehäuse 46 abfließen. Nachfolgend kann das (weitgehend) entleerte Filterelement aus dem Filtergehäuse entnommen und durch ein anderes Filterelement 10 ersetzt werden.
