DE68914036T2 - Flüssigkeitsfilter aus Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Flüssigkeitsfilter aus Kunststoff und Verfahren zu seiner Herstellung.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsmittelfilter und ein Verfahren zum Ausbilden desselben entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 14.
  • Ein solches Strömungsmittelfilter und ein solches Verfahren sind aus FR-A-2.082.912 bekannt, wo ein Ölfilter für Automobile mit einem Gehäuse beschrieben wird, das aus zwei synthetischen Halbkugelschalen besteht, die äquatorial durch Bondierung oder Schweißen (einschließlich Rotationsschweißen) verbunden sind. Die Konstruktion ist offenkundig dahingehend ausgelegt, die Montage der Filterkartusche zu vereinfachen, die über bestimmte Glieder zentriert ist. Darüber hinaus betont die bisherige Technologie, daß die Schalen durch Rotationsschweißen zusammengefügt werden müssen und nicht wiederlösbar miteinander zu verbinden sind. Des weiteren fehlen die Dichtungsmittel an den Verbindungspunkten der Schalen.
  • US-A-3.265.213 zeigt eine an einem Metallfiltergehäuse angebrachte Kunststoffendplatte und verengte Einlaßöffnungen.
  • EP-A-0221675 legt eine Ausführung mit geflanschter Verbindung vor, allerdings mit einem Metallgehäuse und einem Metallverschlußglied und ohne Hinweis auf die Möglichkeit zur Verwendung eines Kunststoffgehäuses und eines Kunststoffverschlußgliedes, insbesondere mit Hilfe von geflanschten Verbindungsgliedern, die auf einem Gehäuse und Verschlußgliedern aus Kunststoff ausgebildet werden.
  • US-A-3.616.933 bezieht sich auf gebohrte Einlaßöffnungen, die in einem leicht gewinkelten Verhältnis zur Längsachse eines gänzlich aus Metall gefertigten Filters stehen, ohne Hinweis auf die Möglichkeit, die gewinkelten Einlaßöffnungen in einem Kunststoffverschlußglied auszubilden, das über angeflanschte Verbindungsmittel an einem Kunststoffiltergehäuse angebracht ist.
  • FR-A-2.478-249 zeigt ein per Klemmverbindung über einer Metallendplatte angebrachtes Filtergehäuse mit gebohrten Durchflußlöchern im Verhältnis zur Längsachse des Filtergehäuses, ohne Hinweis auf die Möglichkeit, die gewinkelten Einlaßöffnungen in einem Kunststoffverschlußglied auszubilden, die über geflanschte Verbindungsmittel an einem Kunststoffiltergehäuse angebracht sind.
  • Ein herkömmliches aufgedrehtes Einweg- Strömungsmittelfilter wird in Abbildung 1 dieser Schrift gezeigt und allgemein mit der Positionsnummer 1 bezeichnet. Dieses Filter (10) umfaßt: ein Metallgehäuse (12) mit einer zylindrischen Seitenwand (14); ein geformtes, geschlossenes Ende (26) mit einem Mittel (70), etwa einer Sechskantmutter, für das Zusammenwirken mit einem Filter- Mutterschlüssel (nicht abgebildet) und ein gegenüberliegendes, offenes Ende (28). Das Gehäuse (12) kann gemäß dem im beigeordneten US-Patent Nr. 4.541.265, ausgegeben an Dye u. a., beschriebenen D+I-Verfahren (Tiefziehen und Abstreckziehen) hergestellt werden.
  • Das in Abbildung 1 dargestellte Gehäuse (12) ist besonders für die Zwecke der Luftfahrt geeignet. Dies rührt daher, daß in der Luftfahrt verwendete Filter aufgrund Us- amerikanischer Vorschriften die Möglichkeit einer zusätzlichen Drahtverbindung (nicht abgebildet) zwischen den am geschlossenen Ende (26) des Gehäuses (12) und einer Filterhalterung (46) ausgebildeten Nasen oder Laschen (71) zulassen müssen, die gewährleisten, daß das Filter auch dann in der Filterhalterung (46) verbleibt, wenn es sich im Betrieb löst.
  • Das Filter (10) umfaßt des weiteren: ein Filterelement (16), das um ein perforiertes Zentralrohr (18) herum positioniert ist, durch Abschlußkappen (20, 22) begrenzt und mittels einer Elementführung (24) innerhalb des Gehäuses (12) positioniert wird; eine dicke Metallendplatte (30); und einen Halter (32). Endplatte (30) und Halter (32) beinhalten jeweils Einlaßöffnungen (34 bzw. 36), die den Ölfluß in das Filter (10) ermöglichen. Das Gehäuse (12) und die Kombination aus Endplatte (30)/Halter (32) werden am offenen Ende (28) mit Hilfe eines geläufigen Schweißvorgangs (bei der Verwendung in der Luftfahrt) oder eines geläufigen Festklammerungsvorgangs (bei der Verwendung für Automobile) verbunden, so daß eine lecksichere Naht entsteht.
  • Eine ringförmige, elastische Dichtung (40) wird in einem ringförmigen, auf dem Halter (32) ausgebildeten Kanal (42) gehalten. Die Dichtung (40) wirkt mit einer ebenen Dichtungsoberfläche (44) auf der Filterhalterung (46) zusammen. Die Filterhalterung (46) wird auf einer Kraftmaschine (48) ausgebildet und enthält Öldurchflußöffnungen (50). Mittig auf der Endplatte (30) angebracht ist eine mit einem Gewinde versehene Öffnung (52), die einen mit einem Gewinde versehenen, von der Filterhalterung (46 getragenen Schraubbolzen (54) aufnimmt. Der mit einem Gewinde versehene Schraubbolzen beihaltet einen Hohlraum (55).
  • Das Filter (10) umfaßt darüber hinaus ein Rückstromverhinderungsventil (Anti Drain-Back, ADB; 56), eine ADB-Feder (58), eine Überdruckventilfederhalterung (59) und eine Überdruckventilvorrichtung (60). Die Vorrichtung (60) umfaßt eine Kompressionsfeder (62), eine Druckkolbenhalterung (64) und einen Druckkolben (66). Ein Beispiel für eine herkömmliche Überdruckventilvorrichtung wird in US-Patent Nr. 4.497.706 des Anmelders beschrieben.
  • Bei der Befestigung dieses Filters (10) an der Kraftmaschine (48) wird das Filter (10) im Uhrzeigersinn durch die mit einem Gewinde versehene Öffnung (52) auf den Schraubbolzen (54) aufgedreht. Um das Filter zu entfernen, wird ein Filtermutternschlüssel mit dem Mittel (70) in Eingriff gebracht und gegen den Uhrzeigersinn gedreht.
  • Im normalen Betrieb erfolgt der Ölfluß von der Kraftmaschine (48) durch die in der Filterhalterung (46) ausgebildeten Öldurchflußöffnungen (50) in die im Halter (32) bzw. in der Endplatte (30) ausgebildeten Einlaßöffnungen (36, 34), gegen das ADB-Ventil (56) und um dieses herum, wobei ein gewisses Maß an Turbulenzen entsprechend den Pfeilen (A) auftritt, durch das Filtermedium (16), durch die Zentralröhre (18), durch die Zentralöffnung (52), in den Hohlraum (55) des Schraubbolzens (54) und zurück zur Kraftmaschine (48). Im Umlenkmodus, also wenn der Öldruck an der Überdruckventilvorrichtung (60) einen bestimmten Wert übersteigt, fließt das Öl durch die Vorrichtung (60) und direkt in die Zentralröhre (18), so daß es um das Filterelement (16) herumgelenkt wird und zur Kraftmaschine (48) zurückkehrt.
  • Die geläufigen und bislang nicht behobenen Schwierigkeiten, die sich bei diesem herkömmlichen, aufgedrehten Einweg-Filter ergeben, werden im folgenden erläutert.
  • Erstens wurde es aufgrund der im Betrieb auftretenden hohen Drücke für notwendig erachtet, den Bereich für die Befestigung des Filters (10) an die Filterhalterung (46) insbesondere die Endplatte (30), aus einem Metall herzustellen, dessen Dicke und Festigkeit diesen Drücken standhalten kann. Naturgemäß ergeben sich bei einer solchen Filterkonstruktion mit dickem, festen Metall für den Befestigungsbereich hohe Kosten für Rohstoffe und Herstellung.
  • Zweitens betragen die Gesamtkosten für die Rohstoffe der Bauteile für den eigentlichen Filtrationsprozeß, d. h. Filterelement (16), zugehörige Klebemittel usw., weniger als ein Drittel der Gesamtrohstoffkosten für ein solches Filter (10). Die verbleibenden zwei Drittel der Kosten werden durch Bauteile verursacht, die nicht unmittelbar beim Filtrationsprozeß benötigt werden, d. h. Dichtung (40), Endplatte (30) usw. Aufgrund dieses ungünstigen Kostenverhältnisses ist eine Verringerung der Kosten für die nicht unmittelbar beim Filtrationsprozeß benötigten Bauteile in hohem Maße erstrebenswert.
  • Drittens erfordert das herkömmliche Strömungsmittelfllter (10) bei mehreren Teilen eine spanende oder spanabhebende Formgebung, so zum Beispiel beim Schraubbolzen (54) und bei der Zentralöffnung (52). Die Realisierung eines hohen Produktionsausstoßes an Strömungsmittelfiltern mit hochwertigen Gewinden und ohne Spuren von Drehspänen oder Bohrgraten stellt die Industrie seit langem vor große Probleme.
  • Viertens haben die Einlaßöffnungen (34) Achsen, die im wesentlichen parallel zur Längsachse des Filters (10) verlaufen. Solche Öffnungen (34) haben im Verbindung mit dem ADB-Ventil (56) und der ADB-Feder (58) zur Folge, daß sich beim Ölfluß hochgradig nichtlaminare Strömungen bilden und erhebliche Einschränkungen bezüglich eines hohen Anfangsdrucks bestehen.
  • Fünftens erfordert die Herstellung der Kombination aus Endplatte (30) und Halter (32) einen komplizierten Festklammerungs- oder Schweißvorgang, was sich in den Produktionskosten niederschlägt.
  • Dementsprechend erfordert das oben beschriebene Strömungsmittelfilter die Verwendung relativ dicken Metalls für den Befestigungsbereich und ist daher relativ teuer und schwierig herzustellen, und es behindert das laminare Strömungsverhalten des Strömungsmittels.
  • Das US-Patent Nr. 4.764.275 des Anmelders schlägt ein leichter anzubringendes und leichter zu entfernendes Strömungsmittelfilter vor, bei dem das Filter und die Filterhalterung ein Verbindungsmittel mit gegenseitigem Eingriff beinhalten. Die Verbindungsmittel umfassen beispielsweise am Filter bzw. an der Filterhalterung ausgebildete, zusammengehörige Flansche in paarweiser Anordnung. Allerdings werden auch durch das hier beschriebene Filter noch nicht sämtliche Nachteile bekannter Strömungsmittelfilter beseitigt.
  • Erstens muß bei Verwendung eines Adapters zur Umrüstung herkömmlicher Filterhalterungen für das in der genannten Schrift beschriebene Filter dieser Adapter weiterhin auf kostenintensive Weise abgespant werden.
  • Zweitens muß im Filtergehäuse, und zwar im Bereich der Verbindungsmittel, ein Bereich für die ordnungsgemäße Befestigung eines Dichtungsrings zur Abdichtung gegen die Filterhalterung ausgebildet werden. Das Ausbilden dieses Halters für den Dichtungsring ist schwierig und arbeitsintensiv.
  • Drittens handelt es sich nicht um eine gewöhnliche Dichtung "von der Stange", sondern um eine teurere "Quad"- Dichtung.
  • Viertens müssen die Verbindungsmittel in Form von Flanschen profilgewalzt oder gespant und nach dem Positionieren an das Metallgehäuse geschweißt werden, was mit großem Arbeitsaufwand verbunden ist.
  • Fünftens enthält dieses Filter noch immer eine verhältnismäßig große Anzahl von Bauteilen, was mehr Herstellungsstufen und höhere Kosten zur Folge hat.
  • Sechstens werden die Überdruckventilvorrichtung und das ADB-Ventil aus Metall gespant und sind kompliziert zu montieren.
  • Es ist somit zu ersehen, daß die frühere Erfindung des Anmelders bei der Fertigung aus Metall sowohl hinsichtlich der Herstellung der einzelnen Bauteile wie auch hinsichtlich ihrer Montage Probleme mit sich bringt.
  • Keines der oben beschriebenen Strömungsmittelfilter verfügt über die neuartigen Merkmale der hier geoffenbarten Erfindung, durch die diese Nachteile beseitigt werden.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungsmittelfilter mit weniger Bauteilen zur Verfügung zu stellen, indem die Kombination Endplatte/Halter und die Elementführung eliminiert, das Filter somit potentiell kleiner und leichter und der Freiraum bei der Fertigungskonstruktion größer wird.
  • Des weiteren hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein Strömungsmittelfilter zur Verfügung zu stellen, dessen nicht bei der Filtration benötigten Bauteile mit geringerem Kostenaufwand als die herkömmlichen Metallausführungen aus Kunststoff hergestellt werden können.
  • Des weiteren hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein Strömungsmittelfilter zur Verfügung zu stellen, dessen Bauteile keinerlei spanende oder spanabhebende Formgebung erforderlich machen, sondern im Spritzguß aus einem Kunstharz hergestellt werden.
  • Des weiteren hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein Kunststoffströmungsmittelfiltergehäuse zur Verfügung zu stellen, das ebenso schnell und leicht an einem Verschlußglied abgebracht werden kann wie das montierte Filter wiederum an einer Filterhalterung.
  • Des weiteren hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein Strömungsmittelfilter und Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen, die verhältnismäßig einfach sind, eine möglichst geringe Zahl von Bauteilen bzw. Fertigungsstufen erfordern und somit die preisgünstige, automatisierte Massenproduktion ermöglichen.
  • Des weiteren hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein Strömungsmittelfilter zur Verfügung zu stellen, das über Einlaßöffnungen zur Erleichterung einer laminaren Strömung und zur besseren Kühlung verfügt.
  • Um die genannten Ziele entsprechend den Absichten dieser Erfindung und gemäß ihrer hier dargelegten Ausführung und eingehenden Beschreibung zu erreichen, werden das folgende Strömungsmittelfilter und die Verfahren zur Herstellung desselben entsprechend Anspruch 1 bzw. 14 zur Verfügung gestellt.
  • Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden einesteils in nachfolgender Beschreibung erläutert und gehen andernteils unmittelbar aus der Beschreibung hervor oder sind bei der praktischen Verwendung der Erfindung in Erfahrung zu bringen. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der in den beigefügten Ansprüchen gesondert ausgewiesenen Hilfsmittel und Zusammenstellungen umgesetzt und erreicht werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Abbildung 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines herkömmlichen, aufgedrehten Einweg- Strömungsmittelfilters aus Metall zur Verwendung in der Luftfahrt.
  • Abbildung 2 ist eine Seiten-, zum Teil auch Querschnittsansicht eines Kunststoffiltergehäuses gemäß der hier beschriebenen Erfindung.
  • Abbildung 3 ist eine Oberansicht eines Kunststoffverschlußgliedes für das Filter gemäß der hier beschriebenen Erfindung.
  • Abbildung 4 ist eine Unteransicht eines Kunststoffverschlußgliedes für das Filter gemäß der hier beschriebenen Erfindung.
  • Abbildung 5 ist eine Seiten-, zum Teil auch Querschnittsansicht des Verschlußgliedes.
  • Abbildung 6 ist eine vergrößerte Ansicht des in Abbildung 5 dargestellten Querschnittbereiches.
  • Abbildung 7 ist eine Unteransicht des in Abbildung 3 dargestellten Kunststoffverschlußgliedes.
  • Abbildung 8 ist eine Unteransicht des in Abbildung 7 dargestellten Metalleinsatzes.
  • Abbildung 9 ist eine Seiten-, zum Teil auch Querschnittsansicht des in Abbildung 8 dargestellten Metalleinsatzes.
  • Abbildung 10 ist eine Unteransicht einer alternativen Ausführung des Strömungsmittelfilters gemäß der hier beschriebenen Erfindung.
  • Abbildung 11 ist eine Seiten- und Querschnittsansicht einer alternativen Ausführung des Strömungsmittelfilters gemäß der hier beschriebenen Erfindung.
  • Abbildung 12 ist eine Seiten- und Querschnittsansicht einer weiteren Ausführung des Strömungsmittelfilters gemäß der hier beschriebenen Etfindung.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
  • Die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Verweis auf die Abbildungen 2-12 beschrieben.
  • Wie vor allen den Abbildungen 11 und 12 zu entnehmen ist, beinhaltet das Filter gemäß der hier beschriebenen Erfindung im allgemeinen ein Gehäuse, eine Grundplatte oder ein Verschlußglied, ein Überdruckventil, ein ADB-Ventil und ein Filterelement, die jeweils im folgenden eingehend beschrieben werden.
  • Abbildung 2 zeigt eine Ausführung des Gehäuses (80) gemäß der hier beschriebenen Erfindung. Wie beim oben beschriebenen herkömmlichen Gehäuse umfaßt das Gehäuse (80) eine zylindrische Seitenwand (81), ein geschlossenes Ende (82) und ein offenes Ende (84). Im Gegensatz zum herkömmlichen Gehäuse (12) handelt es sich bei dem Gehäuse (80) allerdings um ein einteiliges, aus Kunststoff und bevorzugt im Spritzguß hergestelltes Glied.
  • Als Kunststoff wird bevorzugt ein Harz auf Nylon- Grundlage verwendet, so zum Beispiel HILOY 610, ein von Comalloy International Corp., Brentwood, TN 370187, USA vertriebenes Polyamidpolymer, oder ZYTEL 77G43L (Nylon 66), vertrieben von Dupont, Wilmington, DE 19898, USA. Es können auch andere Kunststoffe verwendet werden, sofern diese den wiederholten Temperatur- und Druckzyklen eines Strömungsmittelfilters standhalten können. Der Kunststoff kann klarsichtig oder gefärbt sein. Klarsichtkunststoff hat den Vorteil, daß bei der Qualitätsprüfung auch die inneren Bauteile in Augenschein genommen werden können und der Verschmutzungsgrad des Filters im Betrieb leicht festzustellen ist.
  • Das geschlossene Ende (82) kann dahingehend geformt werden, daß es eines von mehreren bekannten Filtermutternschlüssel-Befestigungsmittel einschließt (70), so zum Beispiel eine gekerbte quadratische Ausnehmung (86) zur Aufnahme eines ähnlich geformten Mutternschlüssels. Durch Gießen einer Ausnehmung (86) wird die Gesamtlänge des Behälters verringert, was bei den derzeitigen Bestrebungen zum Downsizing in der Automobilindustrie nur von Vorteil sein kann.
  • Alternativ kann auch eine externe Sechskantmutter wie die in Abbildung 1 gezeigte integral am Gehäuse (80) als Befestigungsmittel (70) ausgebildet werden. Beim Gießen der externen Sechskantmutter wird bei gleichen äußeren Abmessungen ein geringfügig größeres Volumen im Verhältnis zu dem in Abbildung 1 gezeigten Filter erreicht.
  • Die Möglichkeit zum integralen Gießen des Befestigungsmittels (70) führt zu einer weiteren Kostenverminderung. Dies rührt daher, daß die herkömmliche Stufe des Laserschweißens des Mittels (70) auf das Metallgehäuse (12) entfällt.
  • Darüber hinaus kann auch eine mehrfach gekerbte Kante entsprechend dem Stand der Technik verwendet werden, die die Installation und das Entfernen des Filters von Hand vereinfacht (siehe z. B. US-Patent Nr. 3.265.213, ausgegeben an Decker u. a.). Schließlich könnte zum Entfernen des Filters ein herkömmlicher Bandschlüssel verwendet werden.
  • Die externen Nasen oder Laschen (88) mit Löchern (90) können auch am geschlossenen Ende (90) ausgebildet werden, um die zusätzliche Drahtverbindung für die Verwendung des Filters in der Luftfahrt wie oben beschrieben aufzunehmen. Solche Nasen oder Laschen (88) sind bei Filtern für Automobile nicht erforderlich.
  • Abbildung 2 zeigt zwar ein Filter für Luftfahrzeuge; die hier beschriebene Erfindung gilt jedoch gleichermaßen für in Automobilen und anderen Bereichen verwendete Strömungsmittelfilter. Die hauptsächlichen Unterschiede zwischen Filtern für Luftfahrzeuge und Filtern für Automobile liegen im Berstverhalten begründet. Automobilfilter werden beispielsweise bei etwa 2668 10³ Pa betrieben, wohingegen Filter für Luftfahrzeuge bei etwa 3447 10³ Pa betrieben werden und somit eine dickere Seitenwand für das Gehäuse erfordern. Der jeweilige innere Aufbau, so zum Beispiel der des Filterelementes, ist jedoch im großen und ganzen der gleiche.
  • Das Gehäuse (80) kann auch dahingehend gegossen werden, daß es Mittel (92) für die Positionierung und das Vorbeladen eines Filterelementes (95) im Verhältnis zum geschlossenen Ende (82) des Gehäuses enthält. Dieses Mittel (92) kann die Form eines oder mehrerer entlang der Innenseite des geschlossenen Endes (82) gegossenen Vorsprünge (94) haben. Auf diese Weise kann auf die obengenannte Elementführung (24) verzichtet werden, wodurch sich die Herstellungskosten verringern und die Montage beschleunigt wird. Je nach Wunsch kann alternativ auch eine herkömmliche Elementführung verwendet werden.
  • Die Abbildungen 3-7 zeigen das Verschlußglied (100) für das offene Ende des Gehäuses (80). Dieses Verschlußglied (100) ist wie auch das Gehäuse (80) ein einteilig im Spritzguß herstelltes Kunststoffglied. Als Kunststoffe kommen auch hier wiederum HILOY und ZYTEL oder aber jeder andere geeignete Kunststoff in Frage.
  • Das Verschlußglied (100) enthält eine Zentralöffnung (102), die entsprechend Abbildung 4 mit einem Gewinde (109) versehen oder zur Aufnahme eines Metalleinsatzes (130) wie unten ausführlicher beschrieben ausgebildet werden kann.
  • Wie vor allem den Abbildungen 3, 5 und 6 zu entnehmen ist, umfaßt die Oberseite des Verschlußgliedes (100) eine größere Anzahl von Strömungsmitteleinlaßöffnungen (104) die sich zum Teil durch dieses hindurch erstrecken. Im Gegensatz zu den herkömmlichen, oben beschriebenen Einlaßöffnungen (34, 36), bei denen die Achse jeweils parallel zur Längsachse des Gehäuses (12) verläuft, sind die Einlaßöffnungen (104) absichtlich so gegossen, daß sie einen für den direkten Öldurchfluß günstigen Winkel einnehmen. Die Einlaßöffnungen (104) haben nämlich die Achsen "B" (Abbildung 6), die im Verhältnis zur Strömungsrichtung des Öls und zur Längsachse des Gehäuses (80) nach außen gewinkelt sind und somit in Kombination mit dem ADB-Filter (218) zur Verminderung der Strömungseinschränkung und zu einer verbesserten Laminarität der Strömung entsprechend den untenstehenden Erläuterungen in bezug auf Abbildung 12 beitragen. Die Folge ist, daß weniger Turbulenzen entstehen und die Luftkühlung verbessert wird.
  • Wie den Abbildungen 3 und 6 zu entnehmen ist, enthält jede Einlaßöffnung einen im wesentlichen kreisförmigen Teil (106), der sich durch das Verschlußglied (100) hindurch erstreckt und auf der Innenseite durch eine hochstehende, halbkreisförmige Wand (108) sowie auf der Außenseite durch eine schräg verlaufende, halbkreisförmige Wand (110) begrenzt wird. Die schräg verlaufende Wand (110) führt zu einem sich ausbreitenden, tieferliegenden Bereich (112).
  • Jede Einlaßöffnung (104) ist von den angrenzenden Öffnungen (104) durch radiale Rippen (114) abgetrennt, die in einem ersten ringförmigen, angehobenen Ring (116) enden. Der erste ringförmige, angehobene Ring (116) wird auf der Außenseite durch eine ringförmige Nut (118) begrenzt, die auf der Außenseite durch einen zweiten angehobenen, ringförmigen Ring (120) begrenzt wird.
  • Wie insbesondere den Abbildungen 4 und 7 zu entnehmen ist, beinhaltet die Unterseite des Verschlußgliedes (100) einen in einer im wesentlichen ebenen Oberfläche (126) ausgebildeten Kanal (122), der eine gesonderte, ansonsten herkömmliche Dichtung (124) aufnimmt. Die Dichtung (124) bewirkt bei Aufdrehen des Filters auf die Filterhalterung (46) eine Abdichtung zwischen Verschlußglied (100) und der Filterhalterung (46).
  • Die Zentralöffnung aus Kunststoff (102/109) wird nicht, wie in Abbildung 4 gezeigt, mit einem Gewinde versehen; vielmehr ist bevorzugt ein Einsatz (130) zu verwenden, wie am besten aus den Abbildungen 8-9 zu ersehen ist. Ein solcher Einsatz (130) wird aus Metall gebildet, mit einem Gewinde versehen und beim Guß in das Verschußglied (100) integriert. Die Verwendung des Einsatzes (130) ist insbesondere bei Filtern für Luftfahrzeuge vorzuziehen, da dieser die besseren Bersteigenschaften aufweist (siehe oben).
  • Der Einsatz (130) beinhaltet einen geflanschten Teil (132) mit einer größeren Anzahl von Löchern (134), die um eine Zentralöffnung (135) herum ausgebildet sind. Die Löcher (134) dienen dazu, beim Gießen des Verschlußgliedes (100) einen Teil des Kunststoffs in sich aufzunehmen, um hierauf den Einsatz (130) im Verhältnis zum Verschlußglied (100) zu fixieren. Der Einsatz (130) umfaßt darüber hinaus eine zylindrische Basis (136), die sich integral vom geflanschten Teil (132) her erstreckt. Die Basis (136) stößt nach dem Ausbilden des Verschlußgliedes (100) an die darin enthaltene Öffnung (102).
  • Das Verschlußglied (102) ist wie oben beschrieben ein einteiliges Glied zum Verschließen des offenen Endes (84) des Gehäuses (80). Die herkömmliche dicke, gespante Metall- Endplatte (30) wird somit durch ein leichteres, im Spritzguß aus Kunststoff hergestelltes Glied ersetzt, das selbstverständlich die Herstellungskosten reduziert und die Montage beschleunigt. Trotz dieser Vorteile hält das Filter aber den geläufigen Temperatur- und Druckzyklen stand.
  • Wie oben angemerkt, beschreibt das Patent US-A- 4.764.275 verschiedene Verbindungsmittel mit gegenseitigem Eingriff, so zum Beispiel einen Ring aus Metallflanschen, die gesondert rundgebogen und an das Gehäuse geschweißt werden und ihre Entsprechung in einem an der Filterhalterung ausgebildeten Satz von Flanschen zur Verbindung per gegenseitigem Eingriff mit dem Gehäuse finden. Gemäß der hier vorliegenden Erfindung können diese Flansche nun integral mit dem Gehäuse (80) gegossen oder aber separat gegossen und im Ultraschall-Verfahren an das Gehäuse (80) geschweißt werden.
  • Diese Verbindungsmittel-Technologie kann auch für die Verbindung von Verschlußglied und Gehäuse bei der Herstellung des Filters eingesetzt werden. Wie in den Abbildungen 10 und 11 konkret dargestellt, beinhaltet das Filter (210) Verbindungsmittel (200) mit: einem ersten Satz umfangmäßig beabstandeter Vorsprünge oder Flansche (202), die an der inneren Wand (204) des Gehäuses (80) ausgebildet sind; und einen zweiten Satz umfangmäßig und abwechselnd beabstandeter Aufnahmen oder Flansche (206), die integral am Verschlußglied (100) ausgebildet oder gesondert als Ring von Flanschen gegossen und an dieses geschweißt werden. Alternativ kann das Verschlußglied (100) ein Gußmetallglied mit hieran ausgebildeten Flanschen oder ein hieran geschweißter Ring mit Flanschen sein. Die Anzahl der dargestellten Flansche (202, 206) beträgt jeweils vier; es kann aber auch eine andere Anzahl verwendet werden.
  • Abbildung 11 zeigt darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung dieses Filters (210). Der erste Schritt umfaßt das Ausbilden des Gehäuses (80) und des Verschlußgliedes (100) mitsamt dem oben beschriebenen Arretierungsmittel (200). Ein Halter (101) wird ebenfalls in der äußeren Umfangswand (103) des Verschlußgliedes (100) zur Aufname eines Dichtungsmittels (105) ausgebildet, beispielsweise ein O-Ring oder eine "Quad"-Dichtung (107), die jeweils dem geläufigen Stand der Technik entsprechen. Das Dichtungsmittel (105) stellt eine Dichtung zwischen dem Verschlußglied (100) und der inneren Umfangswand (204) des Gehäuses (80) oder des am Gehäuse (80) angebrachten Flansches (204) her.
  • Der zweite Schritt umfaßt das Einsetzen eines ersten Satzes von Flanschen (202) zwischen dem zweiten Satz von Flanschen (206).
  • Der dritte Schritt umfaßt das bloße Drehen des Gehäuses (80) im Verhältnis zum Verschlußglied (100) um eine Vierteldrehung, um den ersten und zweiten Satz von Flanschen (202, 206) arretierenderweise miteinander in Eingriff zu bringen. Mindestens einer der Flansche aus dem ersten Satz von Flanschen (202) beinhaltet eine Feststellvorrichtung, und mindestens einer der Flansche aus dem zweiten Satz von Flanschen (206) beinhaltet einen entsprechenden Anschlag, wobei Feststellvorrichtung und Anschlag gemeinsam entsprechend Abbildung 10 eine Drehung des Filters (210) um mehr als eine Vierteldrehung im Verhältnis zum Verschlußglied (100) verhindern.
  • Je nach Wunsch kann das Verschlußglied (100) in ähnlicher Weise aus dem Gehäuse (80) entfernt werden, wenn beispielsweise bei einer Qualitätskontrolle nach der Montage ein Defekt eines der Teile festgestellt wird.
  • Das montierte Filter (210) wird über die mit einem Gewinde versehene Öffnung (102) bzw. den mit einem Gewinde versehenen Einsatz (130) auf eine Filterhalterung (46) genauso aufgedreht wie bei der Montage eines herkömmlichen Filters.
  • Darüber hinaus kann, wie in Abbildung 12 gezeigt, das in US-A-4.764.275 gezeigte Metallgehäuse mit angeschweißten Metallflanschen (244) mit einem Verschlußglied (100) mit angegossenen oder angeschweißten Kunststoffflanschen (206) entsprechend obenstehender Beschreibung kombiniert werden. Abbildung 12 zeigt das Filter vor der Installation des Verschlußgliedes (100).
  • Mit der Flexibilität bei der Herstellung von Kunststoffiltern entspechend der hier beschriebenen Erfindung vereinbar ist auch die Verwendung der kombinierten Kunststoffüberdruckventilvorrichtung, die in US-A-4.764.275 beschrieben wird.
  • Die Abbildungen 11 und 12 zeigen konkret ein Strömungsmittelfilter (210; vor der Installation des Verschlußgliedes (100)), bei dem eine Kunststoffüberdruckventilvorrichtung, (216) verwendet wird. Die Vorrichtung (216) umfaßt ein einteiliges Ventilgehäuse (224) mit einem Mantelteil (222) und einem geschlitzten Teil (223) sowie ein Ventil (232). Der geschlitzte Teil (223) enthält eine größere Anzahl radial angebrachter Einlaßöffnungen (234). Das Ventil (232) beinhaltet einen Axialteil (233) und einen Radialteil (235). Der Radialteil (235) verläuft in geschlossener Stellung normalerweise gewinkelt über die radialen Einlaßöffnungen, und der Axialteil (233) erstreckt sich in das Ventilgehäuse (224), wobei hier durch Preßsitz eine schnelle Verbindung erfolgt. Der Radialteil (235) des Ventils (232) ist flexibel, und das Ventil (232) öffnet sich, wenn der Druck im Strömungsmittel einen festgesetzen Wert wie untenstehend beschrieben erreicht. Dieses einteilige Kunststoffventil (232) tritt an die Stelle der herkömmlichen vier Teile: Kompressionsfeder aus Metall, Druckkolben aus Kautschuk, Druckkolbenhalterung aus Metall und Federhalterung (59).
  • Das ADB-Ventil (218) umfaßt eine radiale Verschlußklappe aus Kunststoff (220), beispielsweise aus einem thermoplastischen Kautschuk oder Nylon, die durch Preßsitz mit dem Mantelteil (222) verbunden werden kann.
  • Alternativ kann, wie in den Abbildungen 11 und 12 gezeigt, die Klappe auch integral durch Spritzguß mit einem Ventilgehäuse (224) ausgebildet werden. Wenn die Überdruckventilvorrichtung (216) in der Schräglage durch eine Feder (240) mit dem Verschlußglied (100) zur Erzielung eines Rückstromverhindungseffektes verbunden ist, liegt das ADB-Ventil (218) über den im Verschlußglied (100) ausgebildeten Strömungsmitteleinlaßöffnungen (226). Die Strömungsmitteleinlaßöffnungen (226) können wie die oben beschriebenen gewinkelten Einlaßöffnungen (104) ausgebildet werden. Gemeinsam bewirken die Klappe (220) und Einlaßöffnungen, wie etwa die gewinkelten Einlaßöffnungen (104), eine verbesserte Laminarität im Strömungsverhalten des Öls, so daß Turbulenzen nur in sehr geringem Maße auftreten und die Kühlung verbessert wird.
  • Normalerweise fließt das ankommende Öl durch die Strömungsmitteleinlaßöffnungen (226) im Verschlußglied (100), an der Klappe (220) des ADB-Ventils (218) vorbei, durch ein Filterelement (228) zu einer Zentralröhre (236), die der Längsachse nach an der Überdruckventilvorrichtung (236) und einer zentralen Auslaßöffnung (238) ausgerichtet ist.
  • Bei einer Blockade des Filterelements (228) steigt in dem Bereich (230) unterhalb des Ventils (232) der Druck so lange an, bis ein Grenzwert erreicht ist. An diesem Punkt öffnet sich das Ventil (232), so daß das Öl durch die radialen Schlitze (234) und das Ventilgehäuse (224) in die Zentralröhre (236) und aus der zentralen Auslaßöffnung (238) heraus fließt.
  • Die oben beschriebene Ausführung des Verschlußmittels (100) und des Gehäuses (80) als Arretierungsmittel (200) kann in Verbindung mit einem Gehäuse (80) verwendet werden, bei dem unterhalb des dort befestigten Verschlußmittels (100) Flansche für die Arretierung durch gegenseitigen Eingriff mit einer Filterhalterung (46) mit Flanschen ensprechend US-A-4.764.275 ausgebildet sind.
  • Hierbei würde das Verschlußmittel (100) über eine Zentralöffnung (102) für den Strömungsmitteldurchfluß verfügen; diese würde jedoch nicht mit einem Gewinde versehen werden müssen. Statt dessen würde die Befestigung des Filters (210) an der Filterhalterung (46) mit Hilfe der an Gehäuse (80) und Filterhalterung (46) ausgebildeten Arretierungsmittel bewerkstelligt. Eine solche Flexibilität bei der Konstruktion ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn unterschiedliche Filter und Filterhalterungen der Hersteller von Originalteilen in Gegenwart und Zukunft berücksichtigt werden sollen. Mit Hilfe der hier beschriebenen Erfindung können Filter mit Schraubgewinden oder Arretierung mit gegenseitigem Eingriff oder Adapter mit Schraubgewinden und/oder gegenseitigem Eingriff leichter im Spritzguß hergestellt und erforderlichenfalls kombiniert werden.
  • Wie obenstehender Beschreibung zu entnehmen ist, werden durch diese Erfindung die zahlreichen Nachteile anderer Einweg-Strömungsmittelfilter behoben. Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht die schnelle und leichte Installation des Verschlußmittels am Gehäuse. Weil darüber hinaus der Befestigungsbereich nicht mehr aus einer Kombination aus dicker Metallendplatte/Halter gefertigt werden muß, ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Kosten für nicht beim Filtrationsprozeß benötigte Bauteile. Des weiteren können bei der hier beschriebenen Erfindung ohne weiteres eine Überdruckventilvorrichtung und ein Rückstromverhinderungsventil integriert werden. Auch das oben dargelegte Problem der Massenproduktion von Filtern mit hochwertigen Gewinden, d. h. ohne Spuren von Drehspänen oder Bohrgraten wird im wesentlichen gelöst. Dies rührt daher, daß die hier beschriebene Erfindung keine spanende oder spanabhebende Formgebung mit hoher Toleranz für die Filterteile erfordert; alle wichtigen Bauteile können im Spritzguß gefertigt werden (außer bei Verwendung eines Metalleinsatzes). Schließlich wird auch auf das Schweißen von Metall verzichtet, so daß bei der hier vorgelegten Erfindung keine leckenden Dichtungen mehr auftreten.

Claims (20)

1. Strömungsmittelfilter (210) zum Anbringen an einer Filterhalterung (46) an einer Kraftmaschine, umfassend:
ein Filterelement (95);
ein Gehäuse für das Filterelement (95), das eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand (18), ein geschlossenes erstes Ende (82) und ein offenes zweites Ende (84) besitzt, ein Verschlussglied (100), das direkt mit dem offenen Ende (84) in Eingriff steht, Mittel, die an dem Verschlussglied (100) zum Befestigen desselben an der Filterhalterung (46) ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (80) und das Verschlussglied (100) aus spritzgiessbarem Kunststoff hergestellt sind, der Temperaturen und Drucken standhält, die bei Strömungsmittelfiltern auftreten, ergänzende, miteinander verbindbare Arretierungsmittel (200), hergestellt aus spritzgiessbarem Kunststoff, der Temperaturen und Drucken standhält, die bei Strömungsmittelfiltern auftreten, die radial am offenen zweiten Ende des Gehäuses (80) und am Verschlussglied (100) ausgebildet sind, um das Gehäuse (80) mit dem Verschlussglied (100) zu verbinden, einschliesslich eines ersten Satzes umfangsmässig beabstandeter Flansche (202), die fest an der inneren zylindrischen Seitenwand (81) des Filtergehäuses (80) angebracht sind, und eines zweiten Satzes umfangsmässig beabstandete Flansche (206), die am Verschlussglied (100) ausgebildet sind, und daß jeder Flansch (202) des ersten Satzes mit einem entsprechenden der vielen Flansche (206) des zweiten Satzes kombiniert wird, um das Gehäuse (80) relativ mit dem Verschlussglied (100) wiederlösbar zu verbinden.
2. Strömungsmittelfilter nach Anspruch 1, ferner umfassend Dichtungsmittel, die umfangsmässig zwischen der Innenseite der zylindrischen Seitenwand (81) des Filtergehäuses (80) am zweiten, offenen Ende (84) und dem Verschlusglied (100) zur Erzeugung einer Strömungsmitteldichtung dazwischen positioniert sind.
3. Filter nach Anspruch 1, bei dem das Verschlussglied (100) Strömungsmitteleinlasslöcher (104) umfasst, die jeweils eine Achse (B) besitzen, die relativ zur Längsachse des Gehäuses (80) nach aussen gewinkelt ist.
4. Filter nach Anspruch 3, bei dem jedes Strömungsmitteleinlassloch (104) einen im wesentlichen kreisförmigen Teil (106) umfasst, das sich über das Verschlussglied (100) erstreckt und radial nach innen von einer hochstehenden, halbkreisförmigen Wand (108) und radial nach aussen durch eine schräg verlaufende, halbkreisförmige Wand (110) begrenzt ist, die zu einem sich ausbreitenden, tieferliegenden Bereich (112) führt.
5. Filter nach Anspruch 4, bei dem die Strömungsmitteleinlassöffnung (104) von den angrenzenden Strömungsmitteleinlassöffnungen (104) durch radiale Rippen (114) getrennt ist, die in einem ersten, ringförmigen, angehobenen Ring (116) enden und wobei der erste ringförmige, angehobene Ring (116) radial aussen durch eine ringförmige Nut (118) begrenzt ist, die aussen durch einen zweiten, angehobenen ringförmigen Ring (120) begrenzt ist.
6. Filter nach Anspruch 1, bei dem das Dichtungsmittel (124) aus der Gruppe ausgewählt ist, die einen ringförmigen O-Ring und eine "(quad)"-Dichtung umfasst, die zwischen dem Gehäuse (80) und dem Verschlussglied (100) positioniert ist.
7. Filter nach Anspruch 1, bei dem das Verschlussgliedbefestigungsmittel eine Öffnung (102) umfasst, die mit einem Gewinde (109) zur Aufdrehbefestigung an der mit Gewinde versehenen Filterbefestigung (46) versehen ist.
8. Filter nach Anspruch 1, bei dem das Verschlussgliedbefestigungsmittel eine Öffnung umfasst, die einen mit Gewinde versehenen Metalleinsatz (130) aufnimmt, zur Aufdrehbefestigung an der mit Gewinde versehenen Filterbefestigung (46).
9. Filter nach Anspruch 1, ferner umfassend Mittel, die integral am Inneren des ersten geschlossenen Endes (82) des Gehäuses (80) zur Positionierung und zum Vorbeladen des Filterelementes ausgebildet sind.
10. Filter nach Anspruch 1, ferner umfassend einen integralen Vorsprung und Ausnehmungsmittel, jeweils von einer ersten Form, die mittig am geschlossenen Ende des Gehäuses (80) zur Aufnahme eines entsprechend geformten Mutternschlüssels ausgebildet ist.
11. Filter nach Anspruch 1, ferner umfassend Nasen oder Laschen, die aussen am geschlossenen Ende des Gehäuses (80) angebracht sind, wobei jede Nase oder Lasche (88) ein Loch (90) besitzt, das darin zur Aufnahme eines Drahtes dadurch ausgebildet ist.
12. Filter nach Anspruch 1, bei dem das Kunststoff ein auf Nylon basierendes Harz ist.
13. Filter nach Anspruch 1, bei dem der Kunststoff ein Polyamidpolymer ist.
14. Verfahren zum Formen eines Strömungsmittelsfilters nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13, der an einer mit Gewinde versehenen Filterbefestigung (46) an einer Kraftmaschine befestigt werden soll, umfassend folgende Stufen:
(a) Spritzgiessen eines Kunststoffgehäuses (80), das eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand (18), ein erstes geschlossenes Ende (82) und ein zweites offenes Ende (84) besitzt, wobei das offene Ende (84) miteinander in Eingriff bringbare Kunststoffverriegelungsmittel (200) besitzt, die radial an der zylindrischen Wand (81) ausgebildet sind,
(b) Spritzgiessen eines Kunststoffverschlussgliedes (100), mit komplementären oder sich ergänzenden, miteinander in Eingriff bringbaren Arretierungsmitteln (200), die daran radial ausgebildet sind, und Mitteln zum Befestigen des Verschlussgliedes (100) an der Filterbefestigung (46), wobei die Stufen (a) und (b) folgende Unterstufe umfassen:
Bilden eines ersten Satzes umfangsmässig beabstandeter Kunststoffflansche (202) am Gehäuse und eines zweiten Satzes umfangsmässig beabstandeter Kunststoffflansche (206) am Verschlussglied (100), und
(c) miteinander in Eingriffbringen der Arretierungsmittel (200), um direkt das Gehäuse (80) mit dem Verschlussglied (100) zu verbinden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, worin die Stufe (c) folgende Unterstufen umfasst:
(i) Einsatz eines ersten Satzes von Flanschen (202) zwischen dem zweiten Satz von Flanschen (206), und
(ii) Drehen des Gehäuses (80), um das Gehäuse mit dem Verschlussglied (100) in Eingriff zu bringen.
16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Stufe (b) folgende Unterstufe umfasst:
(i) Ausbilden des Befestigungsmittels als mit Gewinde versehene Öffnung (102) im Verschlussglied (100).
17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend die Stufe des Aufdrehens des Filters auf die Filterbefestigung (46) über die mit Gewinde versehene Öffnung (102).
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Stufe (b) die folgende Unterstufen umfasst:
(i) Ausbilden eines mit Gewinde versehenen Metalleinsatzes (130), und
(ii) Ausbilden des Verschlussgliedes (100) darauf durch Spritzgiessen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend die Stufe des Aufdrehens des Filters auf die Filterbefestigung (46) über die mit Gewinde versehene Öffnung (102).
20. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend die Stufe:
(d) Ausbilden einer Dichtung zwischen der Innenseite der zylindrischen Wand (84) des Gehäuses (80) und dem Verschlussglied (100).
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