DE19746752C2

DE19746752C2 - Ring-Filtereinsatz

Info

Publication number: DE19746752C2
Application number: DE1997146752
Authority: DE
Inventors: Horst Schneider; Hans Waibel
Original assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Current assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: DE19746752A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ring-Filtereinsatz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ölfiltereinsätze für Brennkraftmaschinen bestehen im allge meinen aus einer rohrförmigen radial durchlässigen Träger zarge als Stützgerüst für ein Filtermaterial, das die Trä gerzarge ringförmig umschließt. Das Filtermaterial wird ra dial von außen vom zu reinigenden Medium angeströmt und ge langt nach dem Passieren des Filtermaterials in einen Rein raum im Inneren des Filtereinsatzes, von dem aus das gerei nigte Medium der weiteren Verwendung zugeführt wird. Das Filtermaterial ist in der Regel ein sternförmig gefaltetes Bahnenmaterial.

An mindestens einer Stirnseite des Filtereinsatzes ist eine Endscheibe angeordnet, die dicht mit der jeweiligen Stirn seite des Filtereinsatzes und zumindest kraftschlüssig mit der Trägerzarge verbunden ist, wodurch an dieser Stirnseite ein strömungsdichter Abschluß zwischen der Rohseite und dem gegenüber dem Filtergehäuse zu dichtenden Reinraum besteht. Die Endscheibe weist eine zentrale Ausnehmung auf, über die das gereinigte Medium aus dem Reinraum abströmen kann. In die Ausnehmung ist jeweils ein Dichtring eingesetzt.

Bei einer Dichtung des Filtereinsatzes in einem Filtergehäu se durch ein axiales Verspannen über den Dichtring sind die in Achsrichtung wirkenden Druckkräfte problematisch. Das Filtermaterial ist nämlich zur Aufnahme von Kräften ungeeig net; derartige Kräfte können das Filtermaterial schädigen und zur Funktionsunfähigkeit des Filtereinsatzes führen.

Um eine Beschädigung des Filtermaterials zu vermeiden und zugleich eine hohe Dichtwirkung zu erzielen, kann zwischen dem Filtermaterial und der jeweils zugehörigen Endscheibe eine relativ dicke Klebemittelschicht eingebracht werden. Das Klebemittel gleicht Längentoleranzen zwischen den End scheiben des Filtereinsatzes und der Trägerzarge aus. Da durch besteht über die Klebemittelschicht ein Kraftschluß zwischen der Trägerzarge und einer jeweils angrenzenden End scheibe. Hieraus resultiert wiederum, daß die axialen auf den Filtereinsatz einwirkenden Einspannkräfte primär von der Trägerzarge aufgenommen werden können. Das Filtermaterial erfährt damit axial keine materialschädigende Druckbeauf schlagung. Das Klebemittel auf eine Endscheibe aufzubringen, ist zeitaufwendig und kostenintensiv. Die Klebeschicht benö tigt zum Aushärten eine relativ lange Zeitspanne, während der Filtereinsatz nicht weiter verarbeitet werden kann. Au ßerdem wird nicht ausgeschlossen, daß zumindest ein Teil der Axialkräfte auch auf das Filterelement übertragen wird.

Aus der DE 195 48 864 A1 ist ein Ring-Filtereinsatz der ein gangs genannten Art bekannt, dessen Trägerzarge in einem ra dial innerhalb des Filtereinsatzes liegenden Reinraum für das zu reinigende Medium angeordnet und von einem Filterma terial umschlossen ist. Eine Endscheibe des Ring- Filtereinsatzes ist an einer Stirnseite des Filtermaterials angeordnet und weist eine mit dem Reinraum kommunizierende Ausnehmung auf, in die ein Dichtring dicht einragt. Die Trä gerzarge ist an ihrem der Endscheibe zugewandten Ende unmit telbar von dem Dichtring beaufschlagt, wobei der Dichtring in der Ausnehmung axial beweglich gelagert ist. Wenn der Filtereinsatz in ein Filtergehäuse eingebaut ist, ist der Dichtring zwischen der Trägerzarge und dem Filtergehäuse oder einem Stutzen des Filtergehäuses axial verspannt und liegt dabei radial außen dicht an der jeweils zugehörigen Endscheibe an, wobei die Trägerzarge im Stirnbereich einen Auflagesitz mit einer Ringschulter aufweist, die für den Dichtring eine axiale Anschlagfläche und eine radial innen liegende Anschlagfläche aufweist.

Aus der DE 297 04 360 U1 ist ein Ring-Filtereinsatz bekannt, bei dem ebenfalls ein Dichtring durch eine Ausnehmung einer Endscheibe hindurch eine Trägerzarge axial beaufschlagt. Zu diesem Zweck weist auch hier die Trägerzarge im Stirnbereich einen Auflagesitz mit einer Ringschulter auf, die eine axia le Anschlagfläche und eine radial innenliegende Anschlagflä che besitzt. Zwischen dem Dichtring und der Endscheibe ist dabei ein radialer Spalt ausgebildet. Die Abdichtung zwi schen der Endscheibe und der Trägerzarge erfolgt dann entwe der durch eine materialeinheitliche und geschlossene Verbin dung zwischen Endscheibe und Trägerzarge oder durch einen L- förmigen Querschnitt des Dichtringer, der sich in axialer Richtung einerseits an der axialen Anschlagfläche der Trä gerzarge und andererseits an einem radial nach innen vorste henden Rand der Endscheibe axial abstützt.

Bei den gattungsgemäßen Ring-Filtereinsätzen werden die axialen Einspannkräfte, denen ein in ein Filtergehäuse ein gesetzter Filtereinsatz ausgesetzt ist, zumindest an einem Stirnende des Filtereinsatzes ohne eine axiale Krafteinlei tung auf die an diesem Ende liegende Endscheibe übertragen. Die axial von dem Filtergehäuse aus auf den Filtereinsatz einwirkenden Einspannkräfte werden daher unmittelbar über den Dichtring auf die Trägerzarge übertragen, mit der Folge, daß das Filtermaterial von Axialkräften vollständig entla stet ist. Eine Beschädigung des Filtermaterials wird somit vermieden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einem gattungsgemäßen Filtereinsatz die erzielbare Dichtwirkung zu verbessern.

Bei einer in Längsrichtung auf den Filtereinsatz wirkenden Einspannkraft, wie sie sich bei einem axial dichten Verspan nen des Filtereinsatzes in einem Filtergehäuse ergibt, ver formt sich der Dichtring axial und radial und legt sich da bei mit Druck an den Öffnungsrand der jeweiligen Endscheibe des Filtereinsatzes an, wodurch ein strömungsdichter Ab schluß zwischen Dichtring und zugehöriger Endscheibe bewirkt ist. Der jeweilige Auflagesitz der Trägerzarge für einen Dichtring ist als Ringschulter mit einer axialen und einer radialen Anschlagfläche ausgebildet, wobei die axiale An schlagfläche gegenüber der radialen Anschlagfläche geneigt ist. Die axiale Anschlagfläche steigt erfindungsgemäß zu dem jeweiligen axialen Ende des Filtereinsatzes hin konusförmig an und schließt vorzugsweise mit der radialen Anschlagfläche einen Winkel von etwa 70° bis 80° ein. Durch diese Ausfüh rung des Auflagesitzes wird verhindert, daß der Dichtring auf dem Auflagesitz unter der Wirkung der axialen Druckkraft nach radial innen abrutschen kann. Der Dichtring ist jeweils durch die ansteigende axiale Anschlagfläche des Auflagesit zes gezwungen, sich an die radiale Anschlagfläche anzulegen. Jeder Dichtring liegt jeweils mit Druck sowohl an der axia len als auch an der radialen Anschlagfläche der Trägerzarge an.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Endscheiben aus einem ko stengünstigen Material, insbesondere aus einem plastifizier baren Kunststoff, bestehen können, mit dem eine dichte Ver bindung zu dem Filtereinsatz erzeugbar ist. Bei Verwendung eines plastifizierbaren Kunststoffes werden die dem Filter material jeweils zugewandten Seiten aufgeschmolzen, wobei die Stirnseiten des Filtermaterials in die Endscheiben ein plastifiziert werden. Der Einsatz von Klebemittel entfällt.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich nungen zu entnehmen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Filtereinsatz im Längsschnitt in einem strich punktiert angedeuteten Filtergehäuse,

Fig. 2 den Filtereinsatz in Draufsicht,

Fig. 3 Detail "III" aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Der dargestellte Öl- oder Kraftstoffiltereinsatz 1 für Ver brennungsmotoren besteht aus einer Kunststoff-Trägerzarge 2, einem Filtermaterial 3 in der Form eines sternförmig gefal teten Bahnenmaterials und einer an jeder Stirnseite des Fil tereinsatzes 1 angeordneten Endscheibe 5 mit jeweils einem Dichtring 7. Die Trägerzarge 2 ist rohrförmig und radial durchlässig. Das Filtermaterial 3 in der Form des sternför mig gefalteten Bahnenmaterials umschließt ringförmig den Au ßenmantel der Trägerzarge 2. Die einzelnen Filterfalten des Filtermaterials 3 liegen radial am Außenmantel der Träger zarge 2 an. Das Filtermaterial 3 wird radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Medium durchströmt, das nach dem Passieren des Filtermaterials 3 durch Ausnehmungen in der Trägerzarge 2, die zwischen ein Stützgerüst bildenden Ringelementen und Längsstegen der Trägerzarge 2 ausgebildet sind, in den Reinraum 4 geleitet wird. Das gereinigte Medium strömt durch einen der beiden Dichtringe 7, die jeweils in eine zentrale Ausnehmung 6 in den Endscheiben 5 eingesetzt sind, aus dem Filter ab. In der Fig. 1 deuten Strömungspfei le den Durchfluß durch den Filtereinsatz 1 an.

Die Dichtringe 7 liegen mit radial nach außen gerichtetem Druck jeweils am Öffnungsrand einer Ausnehmung 6 in der je weiligen Endscheibe 5 an. Hierdurch ist die jeweils außer halb des Filtermaterials 3 liegende Rohseite 21 zwischen den Dichtringen 7 und der jeweils zugehörigen Endscheibe 5 strö mungsdicht gegenüber dem Reinraum 4 im Inneren des Fil tereinsatzes 1 abgeschlossen. Im übrigen sorgen bei in ein Filtergehäuse 17 eingesetztem Filtereinsatz 1 die Dichtringe 7 durch Anlage an dem Filtergehäuse 17 für die erforderliche Dichtung zwischen Roh- und Reinraum 21 bzw. 4.

Jeder der beiden Dichtringe 7 liegt an einem Auflagesitz der Trägerzarge 2 an, der jeweils als Ringschulter 8 mit einem axial überstehenden Randabschnitt 13 ausgebildet ist. Die jeweils radial innenliegende Mantelfläche der Wandabschnitte 13 bildet eine radiale Anschlagfläche 10 für den jeweiligen Dichtring 7. Zwischen dem Wandabschnitt 13 und dem Innenman tel 14 der Trägerzarge 2 ist eine stirnseitige axiale An schlagfläche 9 gebildet.

Die axiale Anschlagfläche 9 ist abgeschrägt und verläuft ge neigt gegenüber der Horizontalen. Die axiale Anschlagfläche 9 steigt zum jeweils zugewandten axialen Ende des Filterein satzes 1 hin konusförmig an, wobei der Winkel der axialen Anschlagfläche 9 zur radialen Anschlagfläche 10 etwa 70° bis 80° beträgt. Die durch die Neigung der axialen Anschlagflä che 9 ringförmige Vertiefung im Übergang zur radialen An schlagfläche 10 verhindert, daß der Dichtring 7 unter einem axialen Anpreßdruck nach radial innen ausweichen kann. Die Neigung zwingt den Dichtring 7 zur Anlage an die radiale An schlagfläche 10.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, übersteigt die Länge l_f des Filtermaterials die Länge l_z der Trägerzarge 2. Die Stirnbe reiche des Filtermaterials 3 sind jeweils in die Endscheiben 5, die aus einem plastifizierbaren Kunststoff gefertigt sind, eingeschmolzen, wodurch eine dichte Verbindung herge stellt ist. Der Bereich, in den das Filtermaterial einpla stifiziert ist, erfaßt nur einen Teilbereich der Höhe einer Endscheibe. Die Länge l_z der Trägerzarge 2 ist so gewählt, daß zwischen den Stirnseiten 15 der Wandabschnitte 13 auf der Trägerzarge 2 und den Innenseiten 16 der Endscheiben 5 ein Spalt der Höhe d ausgebildet ist; die Länge l_z der Trä gerzarge 2 ist also geringer als der Abstand l_s zwischen den beiden Endscheiben 5. Wegen des axialen Spaltes hat die Trä gerzarge 2 axial zunächst keinen unmittelbaren Kontakt mit den Endscheiben 5. Dadurch sind die Endscheiben 5 und das Filtermaterial 3 von jeglicher axialen Anpreßkraft, die durch ein axiales Verspannen des Filters in einem Filterge häuse erzeugt wird, befreit. Hierdurch wird eine Beschädi gung des Filtermaterials 3 sicher vermieden. Die axiale An preßkraft wird ausschließlich über den Dichtring 7 unmittel bar auf die praktisch frei schwimmend gelagerte Trägerzarge 2 übertragen. In der Fig. 1 sind die axialen Einspannkräfte mit Pfeilen F symbolisiert.

Am Innenumfang der Endscheiben 5 kann jeweils eine Ringstufe 12 vorgesehen sein. Von den beiden hierdurch gebildeten In nendurchmessern ist der größere der Trägerzarge 2 zugewandt. Hierdurch erhalten die Dichtringe 7 eine Fixiersicherung in nerhalb der Endscheiben 5 gegen ein Herausfallen aus dem Filtereinsatz 1.

Aus der strichpunktierten Darstellung des Filtergehäuses 17 in Fig. 1 läßt sich die Einbausituation des Filtereinsatzes 1 in dem Filtergehäuse 17 erkennen. Die Stutzen 19 pressen die jeweiligen Dichtringe 7 radial nach außen gegen den Öff nungsrand der Ausnehmung 6 in der jeweiligen Endscheibe 5, wodurch die Dichtwirkung zwischen dem Außenmantel des Dich tringes 7 und der Ausnehmung 6 erzeugt wird. Das Aufspreizen der Dichtringe 7 durch die Stutzen 19 bewirkt außerdem ein Abdichten zwischen dem Innenmantel der Dichtringe 7 und dem Stutzen 19. Durch die axiale Einspannung des Filtereinsatzes über die Dichtringe 7 ist ferner eine axiale Dichtung gegen über dem Filtergehäuse gegeben bzw. möglich.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind an beiden Stirnseiten des Filtereinsatzes 1 Dichtringe 7 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Lösung kann selbstverständlich auch bei einem Filtereinsatz 1 realisiert sein, der auf einer axialen Endseite mit einer geschlossenen Endscheibe versehen ist. Der Kern der Erfindung besteht nämlich allein darin, axiale Einspannkräfte bei einem gattungsgemäßen Ringfiltereinsatz 1 von dem Filtermaterial 3 fern zu halten. Dafür reicht es aus, wenn an einem axialen Stirnende des Filtereinsatzes 1 eine Ringdichtung 7 beweglich in der zugehörigen Endscheibe 5 gelagert ist. Denn auch in einem solchen Fall werden die axialen Einspannkräfte ohne Beeinflussung des Filtermateri als 3 innerhalb des Filtereinsatzes 1 übertragen. Die Trä gerzarge 2 darf an der geschlossenen Endscheibe kraftschlüs sig anliegen. Dies ergibt sich daraus, daß an der gegenüber liegenden offenen Endscheibe 5 keine axialen Kräfte übertra gen werden, so daß die axialen Einspannkräfte vollständig über die Trägerzarge 2 und die geschlossene Endscheibe 5 übertragen werden.

Claims

1. Ring-Filtereinsatz zum Einsatz in ein Filtergehäuse, ins besondere für ein Öl- oder Kraftstoffilter eines Verbren nungsmotors,

- mit einer Trägerzarge (2) in einem radial innerhalb des Filtereinsatzes liegenden Reinraum (4) für das zu reini gende Medium,
- mit einem die Trägerzarge (2) umschließenden Filtermateri al (3),
- mit mindestens einer Endscheibe (5) mit einer mit dem Reinraum (4) kommunizierenden Ausnehmung (6) an einer Stirnseite des Filtermaterials (3),
- mit einem in die Ausnehmung (6) der mindestens einen End scheibe (5) dicht einragenden Dichtring (7),

wobei

- die Trägerzarge (2) an ihrem der mindestens einen mit ei ner Ausnehmung (6) versehenen Endscheibe (5) zugewandten Ende unmittelbar von dem Dichtring (7) beaufschlagt ist,
- der Dichtring (7) in der Ausnehmung (6) der zugehörigen Endscheibe (5) axial beweglich gelagert ist,
- bei in ein Filtergehäuse (17) eingebautem Zustand des Fil tereinsatzes (1) der Dichtring (7) zwischen der Trägerzar ge (2) und dem Filtergehäuse (17) oder einem Stutzen (19) des Filtergehäuses (17) axial verspannt ist und dabei ra dial außen dicht an der jeweils zugehörigen Endscheibe (5) anliegt,
- die Trägerzarge (2) im Stirnbereich einen Auflagesitz mit einer Ringschulter (8) aufweist, die eine axiale und eine radiale Anschlagfläche (9, 10) für den Dichtring (7) um faßt,

wobei

- die axiale Anschlagfläche (9) der Ringschulter (8) radial nach innen zu dem jeweiligen axialen Ende des Filterein satzes (1) hin konisch ansteigt,
- die radiale Anschlagfläche (10) bezüglich des Dichtringes (7) radial außen angeordnet ist.

2. Filtereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale und axialen Anschlagflächen (9, 10) der Ringschulter (8) einen Winkel von etwa 70° bis 80° ein schließen.

3. Filtereinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenumfang der eine Ausnehmung (6) aufweisenden min destens einen Endscheibe (5) eine Ringstufe (12) als Fixier sicherung gegen ein axiales Herausgleiten der Ringdichtung (7) vorgesehen ist, wobei von den beiden sich durch die Ringstufe (12) ergebenden, Innendurchmessern der größere der dem Reinraum (4) des Filtereinsatzes (1) zugewandt ist.

4. Filtereinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Endscheibe (5) aus einem plastifi zierbaren Kunststoff besteht, in den die zugehörige Stirn seite des Filtermaterials (3) über eine Teilhöhe der betref fenden Endscheibe (5) dicht eingeformt ist.

5. Filtereinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerzarge (2) aus Kunststoff besteht.