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Die
Erfindung betrifft eine Wechselpatrone, die insbesondere als Ölfilter
oder Lufttrockner ausgebildet ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Wechselpatrone ist beispielsweise aus der DE-OS 3 802
751 bekannt, wobei die bekannte Wechselpatrone als Lufttrockner
ausgebildet ist, der z.B. im Luftkreislauf einer Druckluftbremsanlage
eines Fahrzeugs verwendet wird. Die Deckelplatte muss eine hohe
Biegesteifigkeit aufweisen, damit auch bei hohen Drücken eine
sichere und dichte Verbindung zwischen dem Luftkreislauf und dem
daran angeschlossenen Luftfilter gewährleistet werden kann. Die
Deckelplatte wird daher aus dickem Stahlblech oder als Druckgussteil
hergestellt. Darüber
hinaus ist die Deckelplatte relativ kompliziert geformt und macht
daher teure Herstellungsverfahren erforderlich, wodurch die Deckelplatte
zu einem teuren Bauteil wird. Dies ist um so nachteiliger, als es
sich bei einer solchen Wechselpatrone um ein in großer Stückzahl hergestelltes
Wegwerfprodukt handelt.
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Aus
der Wo 94/14517 ist ein Anschraubfilter für Flüssigkeiten, insbesondere ein
Schmierölfilter
für Verbrennungsmotoren
bekannt. Dieses besteht aus einem, ein topfförmiges Gehäuseoberteil und ein deckelförmiges Gehäuseunterteil
aufweisenden, trennbaren Filtergehäuse und einem verschiedene
Elemente, wie beispielsweise ein austauschbares Filterelement, Dichtungen, Überströmventil
aufnehmenden und von dem Filterelement trennbaren Trägerteil. Eine
Trennung des Gehäuseober- und Unterteils erfolgt
dabei in einem Anschraubbereich, wobei das Gehäuseunterteil lösbar mit
dem Trägerteil
verbunden ist.
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Aus
der
US 4,997,555 ist
eine weitere Brennstofffiltereinrichtung bekannt.
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Aus
der
EP 0 210 363 A1 ist
ein Lufttrockner für
Druckluftanlagen mit einer von einem Lufttrocknergehäuse abnehmbaren
Trockenmittelbox bekannt. Zwecks des Austausches von Verbrauchsteilen
der Trockenmittelbox, wie beispielsweise Trockenmittel und Filter,
ist ein mit dem Lufttrocknergehäuse
verschraubbarer Deckel vorgesehen sowie ein diesen am Umfang übergreifender
Außenmantel.
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Schließlich ist
aus der
DE 38 02 751
A1 eine Trockenmittelpatrone bekannt, deren Trockenmittel zwischen
zwei Elektroden eingeschlossen ist. Hierbei wird zwischen den beiden
Elektroden die tatsächliche
Feuchtigkeit des Trockenmittels gemessen, wodurch das Messergebnis
unabhängig
von der jeweiligen Temperatur ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Wechselpatrone der Eingangs genannten
Art anzugeben und derart auszugestalten, dass sie bei Aufrechterhaltung
ihrer Leistungsfähigkeit
einfacher herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Wechselpatrone mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Da die
Deckelplatte entsprechend der Erfindung aus zwei separaten Elementen besteht,
nämlich
dem Scheibenelement und der Buchse, ist es möglich, diese Elemente auf unterschiedliche
Weise herzustellen. Die Buchse ist dabei ein preiswertes Standartteil,
während
das Scheibenelement beispielsweise ein einfaches Stanzteil aus dickem
Stahlblech sein kann. Somit wird der Deckelbereich der gattungsgemäßen Wechselpatrone
aus lediglich einfach herzustellenden Blechstanzteilen zusammengesetzt
und dieses Gebilde auf denkbar einfache Weise mit der zentral vorgesehenen,
die Fluidauslassöffnung
bildenden Buchse verbunden. Die Buchse ist dabei – wie oben
erwähnt – das einzige Teil,
das kein Stanzteil darstellt. Der erfindungsgemäße erzielbare Deckelverbund
besitzt eine mindestens mit der kompakten Deckelplatte nach dem
vorbekannten Stand der Technik vergleichbare Festigkeit bei gleichzeitig
einfacher Herstellbarkeit und geringeren Gewicht.
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Durch
den Umstand, dass das Scheibenelement in axialer Richtung formschlüssig an
der Buchse gehalten ist, insbesondere kann die Buchse dann auf ihrer
Außenseite
einen umlaufenden Absatz aufweisen, gegen den das Scheibenelement
zur Anlage kommt, wird eine sichere Kraftübertragung von der Buchse über das
Scheibenelement auf das Gehäuse gewährleistet.
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Auf
der Außenseite
der Deckelplatte ist ein, insbesondere durch Bördelung, mit dem Gehäuse verbundener
Haltering angeordnet, mit dem die Deckelplatte am Gehäuse befestigt
ist. Auf diese Weise kann die Deckelplatte besonders schnell und
einfach am Gehäuse
befestigt werden, was gerade für
die Herstellung eines Massenproduktes von großem Vorteil ist. Darüber hinaus
ist das Scheibenelement zwischen Haltering und Buchse drehgesichert
gehalten sein, wodurch im Haltering Öff nungen vorgesehen werden
können,
die den Eintrittsöffnungen
des Scheibenelementes entsprechen, wobei das Scheibenelement gegenüber dem
Haltering fixiert wird, wenn die korrespondierenden Öffnungen
einander deckungsgleich gegenüberliegen.
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Ebenso
ist nach der Erfindung der Haltering an der Buchse befestigt, wodurch
es möglich
ist, den Deckel mit Deckelplatte, Scheibenelement und Buchse als
separate Baugruppe vorzumontieren, so dass zur Endmontage nur noch
der insoweit fertiggestellte Deckel mit dem Gehäuse verbunden werden muss.
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Das
Scheibenelement besteht nach der Erfindung aus einer Wellblechscheibe
mit radial verlaufenden Wellentälern
und Wellenbergen. Ein derartiges Scheibenelement ist ein besonders
preiswert herstellbares Bauteil, das dennoch die erforderlichen Steifigkeitswerte
aufweist. Dabei wird der Einsatz eines so einfachen, leicht herstellbaren
Bauteils erst durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wechselpatrone
ermöglicht.
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Eine
andere Ausgestaltung der Wechselpatrone sieht vor, dass die radial
verlaufenden Scheitellinien der Wellentäler in einer Ebene und die
radial verlaufenden Scheitellinien der Wellenberge auf einem radial
nach außen
abfallenden Kegel liegen können,
wodurch die Steifigkeit der Wellblechscheibe wirkungsvoll an den
Verlauf der an ihr angreifenden Biegemomente angepasst ist. Eine
weitere Verbesserung der Steifigkeit der Wellblechscheibe wird erreicht,
indem die Wellenberge und die Wellentäler der Wellblechscheibe im
wesentlichen rechteckige Querschnitte aufweisen, da sich durch diese
Maßnahme
die den Biegekräften
ausgesetzten Flächenträgheitsmomente
vergrößern.
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Um
möglichst
geringen nachteiligen Einfluß auf
die Steifigkeit der Wellblechscheibe zu haben, können bei einem anderen Ausführungsbeispiel
die Eintrittsöffnungen
für das
Fluid in den Wellentälern der
Wellblechscheibe vorgesehen sein.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann die Wechselpatrone ein Luftfilter sein, dessen Gehäuse als
Außentopf
ausgebildet ist, in dem ein Innentopf angeordnet ist, der ein Trocknungsmittel
enthält
und durch einen Aufsatz verschlossen ist, wobei der Aufsatz auf
seiner vom Inneren des Innentopfes abgewandten Seite nach außen abstehende,
im wesentlichen radial verlaufende, Leitprofile aufweist. Diese Ausgestaltung
verbessert die Durchströmung
des Luftfilters, so daß ein
erhöhter
Volumenstrom möglich
ist und die Leistungsfähigkeit
des Luftfilters verbessert wird. Insbesondere wird durch diese Ausgestaltung
der Erfindung der Strömungsweg
der Luft innerhalb des Gehäuses
derart verlängert,
daß sich mitgeführte Feuchtigkeit
in Tröpfchenform
an der Innenwand des Gehäuses
(12) absetzen und nach unten, das heißt in Richtung Deckel 44,
ablaufen kann.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Wechselpatrone
anhand eines Ausführungsbeispieles
und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
geschnittene Seitenansicht auf einen Teil der erfindungsgemäßen Wechselpatrone,
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2 eine
Seitenansicht auf eine Wellblechscheibe nach der Erfindung,
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3 eine
Draufsicht auf einen Teil der Wellblechscheibe aus 2,
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4 eine
Schnittansicht des Deckels gemäß der Erfindung,
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5 eine
Ansicht von unten auf eine Abdeckung eines Innentopfes der als Luftfilter
ausgebildeten Wechselpatrone nach der Erfindung und
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6 eine
geschnittene Seitenansicht auf die Abdeckung nach 5.
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Entsprechend 1 weist
eine Wechselpatrone 10 ein als zylindrischen Außentopf 12 ausgeführtes Gehäuse auf.
Nach der einen Seite schließt sich,
entsprechend 1 oben, an den Außentopf 12 ein
zugehöriger
Topfboden an, was jedoch nicht dargestellt ist. Auf der anderen
Seite, entsprechend 1 auf der unteren Seite, ist
der Außentopf 12 durch
Bördelung
mit einem Haltering 18 verbunden, der in einer ringförmig ausgebildeten
Aufnahme 20 einen Dichtring 22 trägt und eine
zentrische Öffnung 24 aufweist.
Im Umfangsbereich dieser Öffnung 24 ist
der Haltering 18 auf der dem Inneren des Außentopfes 12 zugewandten
Seite an einer zylindrischen Buchse 26, z.B. durch Schweißen, befestigt.
Auf der Innenseite dieser Buchse 26 ist ein Gewinde 28 als Befestigungsmittel
vorgesehen, mit dem die Wechselpatrone 10 an ein entsprechendes
Aggregat anschließbar
ist. Als Aggregat kommt beispielsweise eine Druckluftbremsanlage
in Frage, wenn die Wechselpatrone als Lufttrockner ausgebildet ist,
oder ein Ölkreislauf,
wenn die Wechselpatrone als Ölfilter ausgebildet
ist. Dabei ge währleistet
der Dichtring 22, daß die
Wechselpatrone 10 dicht mit dem jeweils angeschlossenen
Aggregat verbunden ist.
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Auf
der Außenseite
der Buchse 26 ist ein Scheibenelement 30 aufgesetzt,
das dazu mit einer zentrischen Öffnung 32 versehen
ist. Buchse 26 und Scheibenelement 30 bilden auf
diese Weise eine aus zwei separaten Bauteilen aufgebaute Deckelplatte 31.
Das Scheibenelement 30 liegt mit seiner im wesentlichen
ebenen Unterseite auf dem Haltering 18 auf, während es
im Umfangsbereich der zentrischen Öffnung 32 mit seiner
Oberseite gegen einen auf der Außenseite der Buchse 26 ringförmig umlaufenden Absatz 34 zur
Anlage kommt. Das Scheibenelement 30 wird auf diese Weise
zwischen Absatz 34 und Haltering 18 in axialer
Richtung vorzugsweise spielfrei gesichert gehalten.
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Im
Haltering 18 sind zwischen dem Dichtring 22 und
der Buchse 26 entlang eines Kreises mehrere Einlaßöffnungen 36 für ein Fluid
eingebracht, die mit entsprechenden Einlaßöffnungen 38 im Scheibenelement 30 zusammenwirken.
Dazu wird das Scheibenelement 30 gegenüber dem Haltering 18 so
positioniert, daß die
Einlaßöffnungen 36 und 38 deckungsgleich übereinander
liegen, und das Scheibenelement wird in dieser Position gegen Verdrehen gesichert,
beispielsweise durch Verschweißen
mit dem Haltering 18 oder mit in die Einlaßöffnungen 38 des
Scheibenelements 30 eingreifenden Nasen am Umfang der Einlaßöffnungen 36 des
Halteringes 18.
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Das
Scheibenelement ist als Wellblechscheibe 30 ausgeführt, die
in den 2 und 3 jeweils in einer Einzeldarstellung wiedergegeben
ist. Die Wellblechscheibe 30 weist radial verlaufende Wellenberge 40 und
Wellentäler 42 auf.
Die Querschnitte der Wellenberge 40 und Wellentäler 42 sind
im wesentlichen rechteckig, wobei die Höhe der Querschnitte radial
nach außen
abnimmt, während
gleichzeitig die Breite der Querschnitte zunimmt. Dabei liegen die
Wellentäler 42 bzw.
ihre Scheitellinien 43 in einer Ebene und die Wellenberge 40 bzw.
deren Scheitellinien 41 liegen auf einem in radialer Richtung
nach außen
abfallenden stumpfen Kegel. Diese Ausgestaltung der Wellblechscheibe 30 gewährleistet
eine hohe Biegesteifigkeit, während
sie aus wenig Material und mit einfachen Umformvorgängen herstellbar
ist und somit ein preiswertes Bauteil ist.
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In
den Wellentälern 42 sind
in der Nähe
der zentrischen Öffnung 32 die
kreisförmigen Öffnungen 38 ausgespart.
Sie sind bezüglich
der zentrischen Öffnung 32 auf
einem konzentrischen Kreis 39 angeordnet.
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Entsprechend 4 ist
ein Deckel 44 für
den Außentopf 12 zum
Einsetzen in den Außentopf 12 als komplette
Baugruppe bereits vormontiert. Der Deckel 44 umfaßt dabei
die aus der Buchse 26 und dem Scheibenelement 30 gebildete
Deckelplatte 31 und den Haltering 18. Zum Zusammenbau
des Deckels 44 wird das Scheibenelement 30 auf
die Buchse 26 aufgeführt,
bis es am Absatz 34 zur Anlage kommt. Anschließend wird
der Haltering 18 auf die Buchse 26 aufgesetzt
und vorzugsweise mit dieser verschweißt. Der Rand des Halterings 18 ist
zur Vorbereitung der Bördelverbindung
mit dem Rand des Außentopfes 12 bereits
vorgebogen. Die Vormontage des Deckels 44 ermög licht dann
eine schnelle Endmontage und eine einfache Verbindung dieser Baugruppe
mit dem Außentopf 12.
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Für den Fall,
daß die
Wechselpatrone als Lufttrockner 10 ausgeführt ist,
ist im Außentopf 12 ein Innentopf 14 so
angeordnet, daß sich
zwischen dem Außentopf 12 und
dem Innentopf 14 ein Ringspalt 16 ausbildet. Dabei
enthält
ein Innenraum 46 des Innentopfes 14, entsprechend 1,
ein nur teilweise dargestelltes Trocknungsmittel 48. Die
zu trocknende Luft wird im Ringspalt 16, entsprechend 1 nach oben,
weggeführt,
wo sie durch den nichtgezeigten Boden des Innentopfes 14 in
den Innenraum 46 eintreten und das Trocknungsmittel 48 durchströmen kann.
Der Innenraum 46 wird durch eine Vliesmatte 50 begrenzt,
die Luftdurchlässig
ist und das Trocknungsmittel 48 im Innenraum 46 einschließt. Die Vliesmatte 50 ist
umfangsmäßig zwischen
der Innenseite des freien Endes des Innentopfes 14 und
der Außenseite
eines zylindrischen Abschnittes 51 eines Aufsatzes 52 eingespannt
und liegt auf dem Aufsatz 52 auf. Dieser Aufsatz 52 ist
seinerseits auf der Buchse 26 abgestützt, die dazu einen oberen
Ansatz 54 aufweist, der von einem korrespondierenden Ansatz 56 an
einem Zentralkörper 53 des
Aufsatzes 52 umfaßt
ist, wobei zwischen Ansatz 56 des Aufsatzes 52 und
dem oberen Ansatz 54 der Buchse 26 eine Dichtung 58 angeordnet
ist.
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Der
Zentralkörper 53 des
Aufsatzes 52 dient einerseits als Auflage für die Vliesmatte 50 und
ist andererseits mit Öffnungen
versehen, die einen Auslaß für die getrocknete
Luft bilden. Die getrocknete Luft kann dann durch den Innenraum
der Buchse 26 strömen,
der somit gleichzeitig als Austrittsöffnung 60 für das Fluid
dient.
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Die
zu trocknende Luft tritt durch die Einlaßöffnungen 36 und 38 in
den Lufttrockner 10 ein und durchquert dabei den Haltering 18 und
das Scheibenelement 30. Die zu trocknende Luft gelangt
dann in eine Kammer 62, die zwischen dem Scheibenelement 30 und
einem, den Zentralkörper 53 umfassenden,
scheibenförmigen
Bereich 64 des Aufsatzes 52 ausgebildet ist. von
dieser Kammer 62 aus strömt die Luft in den Ringspalt 16,
von wo aus sie den oben beschriebenen Verlauf durch den mit dem
Trocknungsmittel 48 befüllten
Innenraum 46 nimmt.
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Um
einen größeren Luftdurchsatz
zu ermöglichen,
ist der scheibenförmige
Bereich 64 des Aufsatzes 52 im wesentlichen konisch
ausgeführt,
wodurch die ankommende Luft in Richtung auf den Ringspalt 16 umgeleitet
wird. Um die Zuströmung
der Luft in den Ringspalt 16 weiter zu verbessern, sind am
scheibenförmigen
Bereich 64 in die Kammer 62 hineinragende, im
wesentlichen radial verlaufende Leitprofile 66 angeordnet.
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Die
Leitprofile 66 erstrecken sich in radialer Richtung über den
Umfang des zylindrischen Abschnittes 51 des Aufsatzes 52 hinaus,
jedoch nicht ganz bis zur Innenseite des Außentopfes 12, so daß dort noch
ein Ringspalt 78 verbleibt. Die Leitprofile 66 weisen
in einer vorteilhaften Variante in Verlängerung zum zylindrischen Abschnitt 51 eine
Aussparung 80 auf, die es ermöglicht, daß der Innentopf 14 noch weiter über den
zylindrischen Abschnitt 51 auf den Deckel 44 zu
bewegt werden kann. Dies ist für
den Fall vorgesehen, daß das
Trocknungsmittel 48 unterschiedliche Volumen einnimmt.
Der Innentopf 14 kann somit diesem Ausgleichsvorgang Rechnung tragen,
wobei auch entsprechende, z.B. zwischen den nichtgezeigten Topfböden der
Töpfe 12 und 14 angeordnete,
Federmittel vorgesehen sind.
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Der
Aufsatz 52 bewirkt einerseits einen Verschluß des Innenraumes 46 des
Innentopfes 14, andererseits, über seine Verbindung zur Buchse 26, eine
zentrierende Positionierung des Innentopfes 14 bezüglich des
Außentopfes 12 und
darüber
hinaus beeinflußt
er den Luftdurchsatz mit Hilfe der Gestaltung seines, die Leitprofile 66 tragenden,
scheibenförmigen
Bereichs 64.
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Entsprechend 5 haben
die Leitprofile 66 des kreisförmigen Aufsatzes 52 einen
gekrümmten Verlauf.
Diese Maßnahme
bewirkt, daß die
Luft beim Durchströmen
der Kammer 62 eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente
erhält,
wodurch sich deren gesamte Strömungsgeschwindigkeit
erhöht
und der volumenstrom entsprechend vergrößert wird.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Leitprofile 66 so
gekrümmt,
daß sie
jeweils auf einem Abschnitt einer Ellipse 70 liegen, die
eine kleine Halbachse 72 und eine große Halbachse 74 aufweist.
Die kleine Halbachse 72 der zur Gestaltung der Leitprofile 66 bevorzugten Ellipse 70 ist
halb so groß wie
der Radius 76 eines Kreises 77, der konzentrisch
zum Mittelpunkt 82 des Aufsatzes 52 angeordnet
ist und die Leitprofile 66 jeweils an ihrem radial außenliegenden
Endpunkt 68 berührt.
Die große
Halbachse 74 dieser bevorzugten Ellipse 70 ist
so groß gewählt, daß ihr Quadrat
gleich dem Quadrat des Radius 76 ab züglich dem Quadrat der kleinen
Halbachse 72 ist. Mit anderen Worten, jedes Leitprofil 66 verläuft entlang
eines Quadranten der Ellipse 70, der durch den Mittelpunkt 82 des
Aufsatzes 52 und den Endpunkt 68 des jeweiligen
Leitprofiles 66 begrenzt ist.
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Entsprechend 6,
rechte Hälfte,
können die
Leitprofile 66 bei einer anderen Ausgestaltungsform sich
auch so weit in die Kammer 62 erstrecken, daß sie sich
auf der Oberseite des Scheibenelementes 30 abstützen, 1.
Diese Maßnahme
bewirkt eine noch stärkere
Umleitung der Strömung
und gleichzeitig eine stabilere Ausführungsform, da sich die einzelnen
Bauteile, insbesondere Aufsatz 52 und Scheibenelement 30,
gegenseitig abstützen.
In der linken Hälfte
der 6 ist die auch in 1 dargestellte,
kürzere
Ausführungsform
der Leitprofile 66 wiedergegeben.