DE4314371C2 - Verfahren zur Befestigung eines Filterelementes in einem Filtertrockner und unter Verwendung des Verfahrens hergestellte Vorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrich­ tung wie im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 beschrieben.

In fast allen Kühlsystemen und bestimmt in jeder Klimaanlage eines Kraftfahr­ zeuges ist die Verwendung eines Filtertrockners am Ausgang des Kondensors eine Alternative zur Verwendung eines Sammlers am Ausgang des Verdampfers. Der Filtertrockner empfängt Kältemittelfluid, z. B. FREON-12, mit hohem Druck, z. B. 13,8 bar (200 psig), und hoher Temperatur, z. B. 65°C (150°F), und filtert alle Feststoffpartikel aus dem Fluid und entfernt jegliche Feuchtigkeit oder Wasser, das sich im Kältemittelfluid befindet. Am Ausgang des Filtertrock­ ners wird das Kältemittelfluid durch eine Ausdehnungsvorrichtung oder ein Ventil geleitet und dabei in einen Dampf niedriger Temperatur, z. B. 10°C (50°F), und niedrigen Drucks, z. B. 2,76 bar (40 psig), umgewandelt, bevor es durch den Verdampfer geleitet wird. Typische Beispiele für solche Systeme sind in dem US-Patent 4 649 719 dargestellt.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-GM 19 67 737 sind darüber hinaus Filter­ elemente bekannt, die aus zusammengesinterten, porösen Kunststoffkörnern bestehen, wodurch eine Vielzahl von Durchtrittsmöglichkeiten für das zu fil­ ternde Medium geschaffen werden. Eine Verwendung dieser Filterelemente in einem Filtertrockner der gattungsgemäßen Art ist dem genannten Dokument jedoch nicht zu entnehmen.

Weiterhin ergibt sich aus dem Dokument US-4,756,166 ein gattungsgemäßer Filtertrockner, der mit in der gebildeten Kammer angeordneten Filtersäcken, bzw. -elementen versehen ist, die an einem Ende der Kammer angeordnet sind. Die in diesem Dokument gezeigte Vorrichtung ist aber ausgesprochen aufwendig und damit teuer in der Herstellung.

Ein Beispiel für einen hocheffizienten wirtschaftlich hergestellten Filtertrockner sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben ist das US-Patent 4 675 971, wel­ ches denselben Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung hat, und bei dem ein zylindrisches Aluminiumgehäuse, das durch ein Rotationsdrück­ verfahren an seinem unteren Ende vollständig verschlossen ist, mit einem Trockenmittel und einem durchbrochenen, scheibenförmigen Element gefüllt und dann mit einem Deckel versehen wird, der röhrenförmige Ein- und Ausla­ ßelemente besitzt.

Die Erfindung behält die funktionelle Effektivität solcher bekannter Vorrich­ tungen bei, enthält jedoch weniger Teile und verwendet ein vereinfachtes und zuverlässigeres Herstellungsverfahren.

Die Erfindung sieht einen Filtertrockner für ein Kühlsystem, insbesondere eine Fahrzeug-Klimaanlage, mit einfachstem Aufbau und einem Minimum an Ein­ zelteilen vor, die dennoch funktionell ein vollständiges Äquivalent bekannter Filtertrockner darstellt.

Die Erfindung sieht ferner einen Filtertrockner des vorstehend beschriebenen Typs vor, der, resultierend aus seinem einfachen Aufbau und Herstellungs­ verfahren, eine erhöhte Zuverlässigkeit besitzt.

Die Erfindung sieht weiterhin einen Filtertrockner vor, der in solcher Weise aufgebaut ist, daß der letzte Herstellungsschritt des Verschließens des unteren offenen Endes des Filtertrocknern-Gehäuses durch Rotationsdrücken genügend Wärme erzeugt, um das thermoplastische, perforierte Filterelement für Fest­ stoffpartikel am Gehäuse anzuformen und dabei auch eine ideale Dichtung zwi­ schen dem Filterelement und dem Filtertrocknern-Gehäuse, wo es notwendig ist, bereitzustellen.

Die Erfindung sieht ferner den Aufbau eines Filtertrockners und ein Herstel­ lungsverfahren vor, bei dem die Verwendung einer Trockenmittel enthaltenden Patrone, welche bei Bedarf in Kombination ein Filterelement für Feststoffparti­ kel enthalten kann, ermöglicht wird.

Im folgenden werden die Zeichnungen kurz erläutert:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Erfindung in teilweiser Schnittansicht, die sie sich entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 2 ergibt;

Fig. 2 ist eine Draufsicht der Erfindung;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht der in Fig. 1 eingekreisten und mit 4 bezeichneten Einzelheit;

Fig. 4 ist eine Explosionsdarstellung des Filtertrockners, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht in teilweise aufgebrochener Darstellung einer Patroneneinheit bekannter Bauart, die in Kombination ein Trocken­ mittel und Filter für Feststoffpartikel enthält, wie sie zur Anwendung mit der Erfindung geeignet ist;

Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 5 ergibt und

Fig. 7 ist ein schematisches Blockdiagramm des Herstellungsverfahrens für den Filtertrockner entsprechend der Erfindung.

Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt eine bevorzugte Umsetzung der Erfindung:
Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt wird, besitzt der Filtertrockner 20 gemäß der Erfindung ein zylindrisches röhrenförmiges Gehäuse 22, welches durch Rotati­ onsdrücken an beiden Enden verschlossen ist, wie dies durch die Vertiefungen 24 deutlich wird, die sich an der Längsachse 26 des Gehäuses befinden und sich als Ergebnis des Drückvorganges bilden. Vorzugsweise kommt eine Aluminium­ legierung, z. B. aus der Reihe SAE 6000, wie z. B. 6063 T6, oder ein entspre­ chendes Äquivalent zum Einsatz, welches der Herstellungstechnologie, die wei­ ter unten in Einzelheiten diskutiert wird, leicht anpaßbar ist und ein Bauteil mit geringem Gewicht bereitstellt, für das in der Kraftfahrzeugindustrie ein großer Bedarf besteht. Ein Einlaßrohr 28 und ein Auslaßrohr 30 führen durch die obere Verschlußwand 32 zu verschiedenen Punkten innerhalb der Kammer 34, die durch die Gehäusewand festgelegt sind. Sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßrohr sind beide parallel zur Längsachse 26 des Gehäuses angeordnet und jede der Achsen befindet sich auf einer gemeinsamen Mittelachse 36. Das Aus­ laßrohr 30 erstreckt sich zum Boden oder zum entgegengesetzten Ende 38 des Gehäuses und besitzt eine Einmündung 40, die in bestimmtem Abstand zum Boden des Gehäuses angeordnet ist. Das Einlaßrohr 28 besitzt eine Ausmün­ dung 42, welche sich in der Nähe des obersten Teils der Kammer 34 befindet. Innerhalb der Kammer 34 des Filtertrockner-Gehäuses ist ein ein Trockenmittel enthaltendes Element 50 angeordnet. In bisheriger Weise besteht ein solches Element aus einem flexiblen, perforierten Stoffbeutel 52, der mit Granulat 54 von Kieselgel oder Kalziumchlorid gefüllt ist. Das das Trockenmittel ent­ haltende Element wird in der Kammer 34 durch ein perforiertes thermoplasti­ sches Filterelement 60 gehalten, das aus gesinterten Polypropylen-Pellets 62 oder einem äquivalenten Material, wie z. B. Polyethylen hoher Dichte, Polyethy­ len mit ultra-hohem Molekulargewicht, Polypropylen, Polyvinylidenfluorid, Ethylenvinylacetat, Polytetrafluorethylen, Styrolacrylonitril oder Nylon besteht.

Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, bilden die kleinen Zwischenräume 63 zwischen den gesinterten Pellets 62 einen gewundenen Fließweg für das Kältemittelfluid und stellen ein wirksames Filterelement (60) zum Zurückhalten jeglicher Fest­ stoffpartikel dar. Im allgemeinen sollte das Filterelement mit einer wirksamen Siebgröße von etwa 10 µm bis etwa 100 µm hergestellt werden. Für die meisten Kraftfahrzeug-Klimaanlagen wird eine Sollgröße von etwa 15 µm bevorzugt, d. h. das Feststoffpartikel, die 15 µm oder größer sind, beim Durchlaufen des Filter­ elements zurückgehalten werden.

Wie am besten aus den Fig. 1 und 3 erkennbar ist, sind die Einlaß- und Auslaßrohre 28, 30 durch die entsprechenden Einlaß- und Auslaßöffnungen 70, 72 geführt und darin in ihrer entsprechenden Länge mit dem Gehäuse verlötet, wie dies bei Position 74 angedeutet ist.

Das Filterelement 60 kann zeitweilig in einer Lage am Auslaßrohr mittels einer einseitig sperrenden Gleitsicherungsscheibe 76 gehalten werden, wie dies in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Die endgültige Lage des Filterelementes 60 rela­ tiv zum Gehäuse wird jedoch durch die thermische Anformung des Filterele­ mentes an der Innenwand des Gehäuses erreicht, wie dies im Detail weiter un­ ten noch dargestellt wird. Die notwendige Wärme zum teilweisen Schmelzen oder Erweichen des Filters an der Grenzfläche in Kontakt mit der inneren Ge­ häusewand wird während des letzten Montageschrittes beim Verschließen des unteren Endes 38 des Gehäuses mittels Rotationsdrücken erzeugt. Dies erzeugt in die Gehäusewand abgeleitete Wärme im Bereich des Filterelementes in der Größenordnung von 150°C (300°F) bis etwa 200°C (400°F), wohingegen die Temperatur am unteren Ende des Gehäuses 38 bei etwa 550°C (1100°F) liegt.

Der in Fig. 3 dargestellten vergrößerten Ansicht kann entnommen werden, daß die innere Wand des Gehäuses zahlreiche Unebenheiten 64 der Oberfläche besitzt. Es handelt sich dabei um normale Unebenheiten, die bei der Formung, z. B. beim Extrudieren des zylindrischen Gehäuses entstehen. Weil das Ende 38 des Gehäuses durch Rotationsdrücken verschlossen wird, wird der äußere Randbereich des Filterelements durch die vom Verschließ-Vorgang abgeleitete Wärme erweicht und durch die Zentrifugalkraft in diese Unebenheiten 64 der Oberfläche gedrückt, wobei sie diese vollständig ausfüllen und dabei die Lage des Filterelements 60 im Gehäuse durch diesen thermischen Formvorgang fixie­ ren und für eine vollständige und ideale Verschmelzung an der thermisch ver­ formten Grenzfläche von Filterelement und Gehäuse Sorge tragen.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann die Zweier-Kombination aus dem Trocken­ mittel enthaltenden Behälter oder Beutel 50 und dem thermoplastischen Teil­ chen-Filterelement 60 durch eine kombinierte Patroneneinheit, wie in Fig. 5 dargestellt, ersetzt werden.

Die Patrone 80 enthält das ringförmige, scheibenartige Filterelement 60, das vorstehend beschrieben wurde und das ein ringförmiges Wulst- oder Randteil 82 besitzt. Das Randteil 82 bildet mit einer Schulter 84 das obere Ende des Filtere­ lements, über das ein Rückhaltering 86 gepreßt werden kann, um dazwischen einen Teil des perforierten Filterbeutels 52 zu halten und so das Trockenmittel­ granulat 54 festzuhalten. Alternativ hierzu kann die Konstruktion der Patrone 80 auch in anderer Weise erfolgen und stellt damit keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar, mit Ausnahme der Tatsache, daß sie einen äußeren Rand aus Kunststoff besitzt, der aus einem Material, wie z. B. Polypropylen oder einem anderen vergleichbaren, oben beschriebenen Material ausgewählt ist, so daß die Dichtung und thermische Anformung an den ringförmigen Randteil 84 der Pa­ troneneinheit während des Verschließens des Endes 38 des Gehäuses durch Ro­ tationsdrücken erfolgt.

Wie in Fig. 8 schematisch dargestellt ist, besteht der Prozeß oder das Herstel­ lungsverfahren des Filtertrockners entsprechend der Erfindung aus den folgen­ den Schritten:
100 Verwendung eines zylindrischen Aluminiumrohres mit offenen En­ den aus einer Aluminiumiegierung 6063 T6 oder einer gleichwertigen Legierung;
102 Verschließen eines Endes 38 des Gehäuses durch Rotationsdrücken, wobei die Drücktechnologie in bekannter Weise wie in US-Patent 4 675 971 erfolgt, auf dessen beispielhafte Darstellung hiermit Bezug genommen wird;
104 Bohren von Einlaß- und Auslaßöffnungen 70, 72 in die Endwand 32 des Gehäuses in derselben Größe wie die entsprechenden Außen­ durchmesser der Einlaß- und Auslaßrohre 28 und 30;
106 Einfügen der Einlaß- und Auslaßrohre durch deren entsprechende Einlaß- und Auslaßöffnungen, Befestigung in einer bestimmten Län­ ge entsprechend der Lage ihrer Einmündungen;
108 Verlöten der Rohre an den Punkten 74 mit der Endwand 32 des Ge­ häuses;
110 Axiales Einfügen eines Trockenmaterial enthaltenen Elementes 50 bis zu einem Punkt in der Nähe der Einmündung des Einlaßrohres 28;
112 Axiales Einführen eines ringförmigen perforierten Filterelementes 60 aus Polypropylen oder einem ähnlichen Material in die Kammer bis zu einem Punkt, der sich etwa in der Mitte der Längsachse der Kam­ mer 34, die durch das Gehäuse gebildet wird, befindet, wobei das Fil­ terelement einen Schlitz oder eine Bohrung 61 besitzt, die es ihm er­ möglicht, an der gesamten Länge des Auslaßrohres entlangzugleiten und bei Bedarf zeitweise daran mittels einer mechanischen Befesti­ gung, wie z. B. einer aufschiebbaren Einweg-Sicherungsscheibe 76, befestigt zu werden;
114 Abschließendes Verschließen des verbliebenen offenen Endes des Ge­ häuses durch Rotationsdrücken und Erzeugung ausreichender Wär­ me innerhalb des Gehäuses als Ergebnis des Drückvorganges in der Größenordnung von ungefähr 150°C (300°F) bis etwa 200°C (400°F) am Filterelement 60, um den ringförmigen äußeren Rand 82 des Fil­ terelementes 60 an der Oberfläche der Innenwand des Gehäuses 22 durch die beim Rotationsdrücken entstehende Wärme und Zentrifu­ galkraft thermisch anzuformen und abzudichten, wobei die Ver­ schlußtechnologie durch Rotationsdrücken wie beim Verschließen des anderen Endes der Gehäuses (Schritt b) angewendet wird.

Obgleich bestimmte Ausführungsformen der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der vorhergehenden detaillierten Beschreibung beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht lediglich auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Zahlreiche Um­ gestaltungen, Abänderungen und Substitutionen sind möglich, ohne den Rah­ men der folgenden Ansprüche zu überschreiten.

Claims (12)

1. Verfahren zur Befestigung eines Filterelementes in Filtertrocknern zur Verwendung in einer Klimaanlage, be­ stehend aus einem zylindrischen Aluminiumrohr, dessen eines Ende durch Rotationsdrücken verschlossen und mit Bohrungen zur Aufnahme von Einlaß- und Auslaßrohren versehen ist, gekennzeichnet durch das axiale Einfügen eines Trockenmaterial enthaltenden Elementes (50) bis zu einem Punkt in der Nähe der Einmündung des Einlaßrohres (28), axiales Einführen eines ringförmigen, perforierten und thermoplastischen Filtere­ lementes (60) bis zu einem Punkt im mittleren Bereich des Gehäuses (22), sowie das Verschließen des offenen Endes des Gehäuses (22) durch Rotati­ onsdrücken, wobei das Filterelement (60) durch die beim Rotationsdrücken entstehende Wärme und Zentrifugalkraft thermisch an der Oberfläche der Innenwand des Gehäuses (22) angeformt und abgedichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Rotationsdrücken erzeugte Leitungswärme im Gehäuse (22) an der Grenzfläche des Filters (60) und des Gehäuses (22) ungefähr 150°C (300°F) bis etwa 250°C (400°F) beträgt.

3. Filtertrockner zur Verwendung in einer Klimaanlage, mit einem zylindri­ schen Rohr, dessen eines Ende (38) durch Rotationsdrücken verschlossen und mit Bohrungen zur Aufnahme von Einlaß- und Auslaßrohren (28, 30) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trockenmaterial ent­ haltendes Element (50) axial bis zu einem Punkt in der Nähe der Ein­ mündung des Einlaßrohres (28) eingefügt ist, das ein ringförmiges, perfo­ riertes, thermoplastisches Filterelement (60) axial zu einem Punkt im mittleren Bereich der Längsachse der durch das Gehäuse (22) gebildeten Kammer (34) eingefügt ist, wobei das Filterelement (60) um den ringför­ migen äußeren Rand (82) durch die beim abschließenden Verschließen des offenen Endes des zylindrischen Rohres durch Rotationsdrücken entste­ hende Wärme und Zentrifugalkraft thermisch an der Oberfläche der In­ nenwand des Gehäuses (22) angeformt und abgedichtet ist.

4. Filtertrockner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (22) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

5. Filtertrockner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (60) eine ringförmige, flache Platte aus gesinterten, thermoplastischen Pellets ist.

6. Filtertrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trockenmaterial in einem flexiblen Beutel (50) angeordnet ist.

7. Filtertrockner nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Element (50), welches das Trockenmaterial enthält, zusam­ men mit dem Filterelement (60) eine einzige Patroneneinheit (80) bildet.

8. Filtertrockner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pa­ troneneinheit (80) im wesentlichen zylindrisch ist und eine Achse besitzt, die mit der Achse des Gehäuses (22) übereinstimmt, wobei das Filterele­ ment (60) eine Endwand bildet, auf welcher sich die Entwässerungsvor­ richtung abstützt und das Filterelement (60) einen ringförmigen Haupt­ körper und ein ringförmiges Randteil (82), das sich radial darum befindet, umfaßt.

9. Filtertrockner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (60) thermisch an die innere Oberfläche des Gehäuses (22) im Bereich der radial am weitesten vorstehenden Erhebungen des Rand­ teiles (82) angepaßt ist.

10. Filtertrockner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schulter (84) an der Verbindung des Hauptkörpers und des Randteiles (82) vorgesehen ist und die Entwässerungsvorrichtung ein Trockenmittel innerhalb eines flexiblen perforierten Beutels (52) beinhaltet, wobei das offene Ende des Beutels den Hauptkörper umgibt und am Filterelement (60) an der Schulter (84) befestigt ist.

11. Filtertrockner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Patroneneinheit (80) einen ringförmigen Sicherungsring (86) besitzt, der um den Hauptkörper gepreßt ist und den perforierten Beutel (52) dazwi­ schen festhält.

12. Filtertrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Filterelement (60) ein entsprechendes Sieb mit einer Größe darstellt, das geeignet ist, Feststoffpartikel von etwa 10 µm bis 100 µm Größe zurückzuhalten.