WILKENDORF, Werner (Saarbrücker Strasse 86, Ottweiler, 66564, DE)
KÜHNRICH, Silke (Gerhardstrasse 66c, Völklingen, 66333, DE)
WILKENDORF, Werner (Saarbrücker Strasse 86, Ottweiler, 66564, DE)
| P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Filtervorrichtung mit einem topfartigen Filtergehäuse (1 ), mit einem in diesem aufnehmbaren Filterelement (13) mit mindestens einer Endkappe (21) und einer zum lösbaren Festlegen des Filterelementes (13) entlang seiner Längsachse (3) dienenden Halteeinrichtung, die an der Innenseite des Filtergehäuses (1) und am Filterelement (13) ausgebildete, miteinander zusammenwirkende Verschraubungselemente (33, 41) aufweist, und mit einer Dichteinrichtung (38), die zwischen dem Filterelement (13) und einem das Filtergehäuse (1) endseitig begrenzenden Gehäuseabschlussteil (5) die Abdichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseabschlussteil (5) eine Elementaufnahme mit einem zur Längsachse (3) konzentrischen, innere Verschraubungselemente (41) aufweisenden Fluiddurchgang (43) bildet, in den ein Anschlussstutzen (31) der Endkappe (21) mit äußeren Verschraubungselementen (33) einschraubbar ist, und dass die Dichteinrichtung ein Dichtelement (38) aufweist, das mit der Endkappe (21) zu einem zusammenhängenden Bauteil vereinigt und in einem Sitz (37) aufgenommen ist, der am Übergang zwischen Endkappe (21 ) und dem benachbarten Anfang der Gewindegänge (39) der am Anschlussstutzen (31) befindlichen Verschraubungselemente (33) ausgebildet ist. 2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseabschlussteil als Bodenteil (5) des Filtergehäuses (1 ) die EIe- mentaufnahme für die dem Gehäuseboden zugeordnete Endkappe (21) des Filterelementes (13) bildet. 3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddurchgang (43) des Bodenteils (5) durch einen ins Innere des Gehäuses (1) vorstehenden Ringrand (47) begrenzt ist, der eine An- lagefläche (49) für die durch die Haltekraft der Verschraubungselemente (33, 41) anliegende Endkappe (21) bildet. 4. Filtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddurchgang (43) des Bodenteils (5) an dem an den Ringrand (47) angrenzenden Endabschnitt eine den Innendurchmesser zum Ringrand (47) hin vergrößernde Schrägfläche (51) besitzt, die eine Dichtfläche für die Zusammenwirkung mit dem am Anschlussstutzen (31) der Endkappe (21) festgelegten Dichtelement (38) bildet. 5. Filtervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement ein Dichtring (38), vorzugsweise O-Ring ist, der am Anschlussstutzen (31) in einem Sitz (37) zwischen der ebenen, in einer Radialebene verlaufenden unteren Endfläche (35) der Endkappe (21) und dem ersten Gewindegang (39) der Verschraubungselemente (33) des Anschlussstutzens (31) gehalten ist. 6. Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge (39) am Anschlussstutzen (31) als Rundgewinde ausge- bildet sind. 7. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (5) an die ebene Anlagefläche (49) am Ringrand (47) angrenzende, radiale Rippen (55) aufweist, deren axiale Hö- he zum Umfangsbereich (53) des Bodenteiles (5) hin abnimmt. 8. Filterelement, insbesondere für den Einsatz in einer Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei an mindestens einem Ende des Filterelementes (13) eine Endkappe (21) angesetzt ist, die an ihrer dem Filterelement (13) abgewandten Seite eine Dichteinrichtung (38) aufweist, die zwischen dem Filterelement (13) und einem das Filterge- häuse (1) endseitig begrenzenden Gehäuseabschlussteil (5) die Abdichtung bildet, wobei zum lösbaren Festlegen des Filterelements (13) entlang seiner Längsachse (3) eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, die an der Innenseite des Filtergehäuses (1) und am Filterelement (13) ausge- bildete, miteinander zusammenwirkende Verschraubungselemente (33, 41) aufweist, und wobei die Dichteinrichtung ein Dichtelement (38) aufweist, das mit der Endkappe (21) zu einem zusammenhängenden Bauteil vereinigt und in einem Sitz (37) aufgenommen ist, der an der Endkappe (21) am Übergang zu an dieser angeformten Verschraubungs- elementerv (33) ausgebildet ist. |
Filtervorrichtung und Filterelement
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit einem topfartigen Filtergehäuse, mit einem in diesem aufnehmbaren Filterelement mit mindestens einer Endkappe und einer zum lösbaren Festlegen des Filterelementes entlang seiner Längsachse dienenden Halteeinrichtung, die an der Innenseite des Filtergehäuses und am Filterelement ausgebildete, miteinander zusammenwirkende Verschraubungselemente aufweist, und mit einer Dichteinrichtung, die zwischen dem Filterelement und einem das Filtergehäuse end- seitig begrenzenden Gehäuseabschlussteil die Abdichtung bildet. Die Erfindung betrifft des weiteren ein für die Filtervorrichtung vorgesehenes FiI- terelement.
Filtervorrichtungen zur Aufnahme von Filterelementen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen auf dem Markt frei erhältlich. Ein nicht unbedeutender Anteil der Herstellungskosten entfällt bei derartigen Filtervorrich- tungen auf die Ausbildung der Halteeinrichtung zur lösbaren Fixierung des Filterelementes innerhalb des zughörigen Gehäuses sowie auf die Dichteinrichtung zum Abdichten des Inneren des Filterelementes gegenüber dem Filtergehäuse.
Bei einer in dem Dokument WO 2005/123216 AI aufgezeigten Filtervorrichtung der eingangs genannten Art ist in dem Bestreben, die Herstellungskosten besonders niedrig zu halten, die Dichteinrichtung als einstückiger Bestandteil einer betreffenden Endkappe des Filterelementes ausgebildet, d. h. aus dem gleichen Werkstoff hergestellt wie die Endkappe. Diese Bauweise verbilligt und vereinfacht die Herstellung insofern, als auf die konventionellen separaten Dichteinrichtungen, die sich zwischen Filterelement und einem Gehäuseabschlussteil erstrecken, verzichtet werden kann. Auch gestalten sich Montagevorgänge einfach, weil kein Augenmerk auf die Handhabung separater Dichteinrichtungen gelegt werden muss. Andererseits ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich der Güte der gebildeten Abdichtung, weil Kunstsotffwerkstoffe, die für die Herstellung der Endkappen ge- eignet und üblich sind, nicht sämtliche als geeignete Dichtungsmaterialien anzusehen sind. Dadurch ergeben sich Einschränkungen bei der Materialauswahl bei der Herstellung der Endkappen. Hinzu kommt, dass bei einstückig an der Endkappe angeformter Dichteinrichtung eine enge Tolerierung bei der Herstellung der Endkappen erforderlich ist, um eine sichere Abdichtung zu gewährleisten.
Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, unter Beibehaltung der Vorteile, nämlich der einfachen Montagehandhabung und niedriger Herstellungskosten, eine Filtervorrichtung zur Verfü- gung zu stellen, die sich durch eine besonders sichere Abdichtung zwischen Filterelement und Filtergehäuse auszeichnet. Ferner stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein für diese Filtervorrichtung geeignetes Filterelement bereit zu stellen. Diese Aufgaben löst eine Filtervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit sowie ein FiI- terelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 8.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass das Gehäuseabschlussteil, an dem die Abdichtung gegenüber dem Filterelement auszubil- den ist, als Elementaufnahme des Filterelementes mit einem zu dessen
Längsachse konzentrischen, mit inneren Verschraubungselementen verse- henen Fluiddurchgang ausgebildet ist, wobei in den Fluiddurchgang des Gehäuseabschlussteils ein Anschlussstutzen der Endkappe mit äußeren Ver- schraubungselementen einschraubbar ist, und wobei die Dichteinrichtung ein Dichtelement aufweist, das mit an der Endkappe in einem Sitz derart aufgenommen ist, dass es mit der Endkappe zu einem zusammenhängenden Bauteil vereinigt ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass sich der Sitz des Dichtelementes am Übergang zwischen Endkappe und dem benachbarten Anfang der Gewindegänge der am Anschlussstutzen der Endkappe befindlichen Verschraubungselemente befindet.
Bei dieser Positionierung des Dichtelementes führt das Festdrehen der Ver- schraubung, d.h. das Einschrauben des Anschlussstutzens der Endkappe in den Fluiddurchgang des Gehäuseabschlussteiles, zu einem Kraftschluss zwischen Endkappe, daran anliegendem Dichtelement und dem betreffen- den Ende des Fluiddurchganges im Gehäuseabschlussteil, so dass die Haltekraft der Verschraubungselemente gleichzeitig die am Dichtelement wirksame Dichtkraft erzeugt. Dadurch, dass das Dichtelement mit der Endkappe ein zusammenhängendes Bauteil bildet, gestaltet sich gleichzeitig der Montagevorgang einfach und sicher. Zugleich sind keinerlei Beschränkungen hinsichtlich der Werkstoffauswahl gegeben, weil die Endkappe aus geeigneten Kunststoffen pressgeformt werden kann, ungeachtet dessen, ob ein betreffender Werkstoff als Dichtmaterial geeignet ist oder nicht. Hinsichtlich der Wahl des Werkstoffes des Dichtelementes bestehen ebenfalls keinerlei Einschränkungen. Vielmehr kann ein geeigneter Werkstoff, beispielsweise ein Elastomer, insbesondere Kautschukmaterial, im Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen beliebig gewählt werden, etwa in Gestalt eines O-Ringes.
In vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Ge- häuseabschlussteil als Bodenteil des Filtergehäuses die Elementaufnahme für die dem Gehäuseboden zugeordnete Endkappe des Filterelementes bil- det. Bei einem in üblicher Weise von seiner Außenseite her zu einem inneren Filterhohlraum durchströmten Filterelement kann über den Anschlussstutzen der Endkappe das abgereinigte Fluid unmittelbar über den Fluid- durchgang des Gehäusebodens nach unten hin mit entlang der Längsachse verlaufender Strömungsrichtung mit geringem Strömungswiderstand abströmen.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Fluiddurchgang des Bodenteils durch einen ins Innere des Gehäuses vorstehenden Ringrand begrenzt, der eine Anlagefläche für die durch die Haltekraft der Verschrau- bungselemente anliegende Endkappe bildet. Dadurch ergibt sich beim Festdrehen der Verschraubung eine definierte, das Dichtelement verpressende Dichtkraft, die durch die formschlüssige Anlage der Endkappe am Ringrand des Fluiddurchganges begrenzt ist.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Anordnung so getroffen sein, dass der Fluiddurchgang des Bodenteils an dem an den Ringrand angrenzenden Endabschnitt eine den Innendurchmesser zum Ringrand hin vergrößernde Schrägfläche besitzt, die eine Dichtfläche für die Zusammenwirkung mit dem am Anschlussstutzen der Endkappe festgelegten Dichtelement bildet. Dadurch ist eine besonders sichere Abdichtung gewährleistet, da das Dichtelement in Zusammenwirkung mit der schrägen Dichtfläche durch die Haltekraft der Verschraubungselemente sowohl axial als auch radial ver- presst wird.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann das Dichtelement ein Dichtring, vorzugsweise O-Ring, sein, der am Anschlussstutzen in einem Sitz zwischen der ebenen, in einer Radialebene verlaufenden unteren Endfläche der Endkappe und dem ersten Gewindegang der Verschraubungselemente des Anschlussstutzens gehalten ist. Die Gewindegänge am Anschlussstutzen der Endkappe können als Rundgewinde ausgebildet sein, was eine rationelle Herstellung der Endkappe durch Pressformen begünstigt.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Anordnung so getroffen sein, dass das Bodenteil an die ebene Anlagefläche am Ringrand angrenzende, radiale Rippen aufweist, deren axiale Höhe zum Umfangsbe- reich des Bodenteiles hin abnimmt. Dadurch ergibt sich eine hohe Strukturfestigkeit des Bodenteiles bei geringem Werkstoffaufwand. Gleichzeitig ist keine enge Tolerierung der Abmessung der Rippen erforderlich, weil durch deren geneigten Verlauf lediglich die Anlageflächen am Ringrand mit der Endkappe zusammenwirken.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische, abgebrochen, aufgeschnitten und stark schematisch vereinfacht gezeichnete Darstellung lediglich des unteren, bodenseitigen Endabschnittes einer Filtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt des in Fig. 1 gezeigten unteren Abschnittes des Ausführungsbeispieles;
Fig. 3 einen gegenüber Fig. 2 vergrößert gezeichneten Teilausschnitt des in Fig. 2 mit III bezeichneten Bezirks und - Fig. 4 und 5 einen Längsschnitt bzw. eine Seitenansicht lediglich der
Filterelement-Endkappe des Ausführungsbeispieles.
Die Fig. 1 und 2 zeigen von einem Filtergehäuse 1 in Form eines in seinem Umriß zur Längsachse 3 rotationssymmetrischen Topfes lediglich den unte- ren, bodenseitigen Endabschnitt, an dem das Gehäuse 1 durch ein Bodenteil 5 abgeschlossen ist. Das Bodenteil 5 kann durch ein metallisches Spritzgußteil oder ein aus Kunststoff pressgeformtes Bauteil gebildet sein. An seinem Außenumfang ist das Bodenteil 5 an einem Bördelungsbereich 7 mit der sich nach oben erstreckenden Gehäusewand verbunden, wobei am Bördelungsbereich 7 eine Dichtungsanordnung 9 in einer umfänglichen Ringnut des Bodenteiles 5 eingesetzt ist. Das Filtergehäuse 1 ist an dem in der Zeichnung nicht dargestellten oberen Teil durch einen Gehäusedeckel abgeschlossen, der in üblicher Bauweise gestaltet sein kann und eine (nicht gezeigte) Fluidzuführung aufweist, über die abzureinigendes Fluid zu einem äußeren Fluidraum 1 1 zuführbar ist, der sich an der Außenseite eines Filterelementes 13 in Form einer Filterpatrone befindet. Im Betrieb strömt das abzureinigende Fluid vom äußeren Raum 11 durch das Filtermaterial 15 des Filterelementes 13 hindurch in einen inneren Filterhohlraum 17, der die Reinseite beim Filtrationsvorgang bildet und sich im Inneren eines fluiddurchlässigen Stützrohres 19 befindet, das vom Filtermaterial 15 um- geben ist. An dem dem Bodenteil 5 zugewandten unteren Ende ist das
Stützrohr 19 mit einer Endkappe 21 des Filterelementes 13 verbunden, die auch eine Einfassung für den zugewandten Endrand des Filtermaterials 15 bildet. Die Endkappe 21 kann mit dem Stützrohr 19 einstückig aus Kunststoff pressgeformt sein oder, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, ein separates, an die Endkappe 21 angefügtes Bauteil bilden.
Wie aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, bildet das Bodenteil 5 dasjenige Gehäuseabschlußteil, das für das Festlegen des Filterelementes 13 innerhalb des Filtergehäuses 1 eine mit der betreffenden Endkappe 21 zusammenwir- kende Elementaufnahme bildet, an der gleichzeitig die Abdichtung zwischen Filterelement 13 und Filtergehäuse 1 erfolgt. Die Gestaltung der Endkappe 21 des Filterelementes 13 ist am Besten aus Fig. 3 bis 5 ersichtlich, von denen die Fig. 4 und 5 die Endkappe 21 in Einzeldarstellung zeigen. Diese ist ein Rotationskörper mit einem zentralen, zur Achse 3 konzentri- sehen Hohlkörper 23. Im Bereich von dessen einem Ende 25 ist der Körper 23 von einem sich radial erstreckenden Ringkörper 27 umgeben, der einen zur Seite des Endes 25 hin offenen Ringraum 29 begrenzt, der die Einfassung für das in ihm aufgenommene Ende des Filtermaterials 15 des Filterelementes 13 bildet. Vom Ringkörper 27 ausgehend bildet der Körper 23 einen sich in Axialrichtung erstreckenden Anschlußstutzen 31 , an dessen Außenseite sich Verschraubungselemente 33 in Form eines als Rundgewinde gestalteten Außengewindes befinden. Anschließend an die vom Ende 25 abgewandte, ebene untere Endfläche 35 des Ringkörpers 27 befindet sich am Außenumfang des Anschlußstutzens 31 ein ringnutartiger Sitz 37, in dem ein Dichtelement in Form eines Dichtringes 38 zwischen der Endflä- che 35 und dem ersten Gewindegang 39 derart aufgenommen und lagegesichert ist, dass der Dichtring 38 mit der Endkappe 21 ein zusammenhängendes Bauteil bildet. Anders ausgedrückt, kann die Endkappe 21 , und damit das ihr zugehörige Filterelement 13, das für die Abdichtung erforderlich Dichtelement als vormontiertes Bauteil vor der Inbetriebnahme des betref- fenden Filterelementes enthalten.
Wie am deutlichsten aus Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, bildet der Dichtring 38 in unbelastetem Zustand einen radialen Überstand über die Verschraubungselemente 33. Aufgrund dieser Konfiguration kommt es zu dem in Fig. 2 und 3, insbesondere in Fig. 3, gezeigten Dichtungseingriff mit einer zugeordneten Dichtfläche am Bodenteil 5, wenn eine das Filterelement 13 in der durch das Bodenteil 5 gebildeten Elementaufnahme sichernde Haltekraft wirksam wird, die durch das Verschrauben der Verschraubungselemente 33 am Anschlußstutzen 31 mit zugeordneten Verschraubungsele- menten 41 am Bodenteil 5 wirksam wird. Diese Verschraubungselemente 41 am Bodenteil 5 sind in einem inneren, konzentrischen Fluiddurchgang 43 des Bodenteiles 5 durch radial nach innen vorstehende Schrägrippen, von denen lediglich in Fig. 1 eine dargestellt ist und die als Teile einzelner Abschnitte von Gewindegängen fungieren, gebildet, nämlich als Teile einer Rundgewindeverschraubung in Zusammenrwirkung mit den als Rundgewinde gestalteten Gewindegängen 39 am Anschlußstutzen 31 der Endkap- pe 21. Wie Fig. 2 und 3 zeigen, ist der Fluiddurchgang 43 des Bodenteiles 5 am äußeren, unteren Ende durch einen Rohrstutzen 45 verlängert, an dem die (nicht gezeigte) Anschlußverbindung für die Abfuhr des abgereinigten Fluides gebildet ist. An dem dem unteren Rohrstutzen 45 abgekehrten inneren Ende bildet der Fluiddurchgang 43 einen axial vorstehenden Ringrand 47, dessen Ende eine ebene, in einer Radialebene verlaufende Ringfläche bildet, die als Anlagefläche 49 für die ebene untere Endfläche 35 eines in der gebildeten Elementaufnahme aufgenommenen Filterelementes 13 dient. In dem zur Anlagefläche 49 hin verlaufenden Endabschnitt des Öffnungsrandes des Fluiddurchganges 43 bildet dieser eine den Durchmesser des Fluiddurchganges 43 zur Anlagefläche 49 vergrößernde Schrägfläche 51. Diese bildet in Zusammenwirkung mit dem Dichtring 38 die bo- denseitige Dichtfläche der Abdichtung zwischen Endkappe 21 und Bodenteil 5.
Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist der Dichtring 38 bei festgedrehter Verschraubung, bei der die Endfläche 35 der Endkappe 21 an der Anlagefläche 49 anliegt, zwischen dem Sitz 37 und der Schrägfläche 51 durch die Haltekraft der Verschraubung sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung verpreßt. Beim Instellungbringen des Filterelementes 13 und der Lagefixierung an der durch das Bodenteil 5 gebildeten Elementaufnahme erfolgt somit die Abdichtung zwischen den Räumen 1 1 (Schmutzseite beim Filtrationsvorgang) und 1 7 (Reinseite), wobei die formschlüssige Anlage der Endfläche 35 des Filterelementes 13 an der Anlagefläche 49 des Rin- grandes 47 des Bodenteiles 5 eine Anschlageinrichtung bildet, die die Haltekraft beim Festdrehen der Verschraubung, unabhängig vom Anzugsmoment der Verschraubung, auf einen Wert begrenzt, bei dem der Dichtring 38 an der Schrägfläche 51 und im Sitz 37 derart verpreßt ist, dass die Dichtkraft die für den Werkstoff des Dichtringes 38 optimalen Stärke be- sitzt. Das Bodenteil 5 bildet in dem oberen oder inneren Längenabschnitt zwischen dem Ringrand 47 und dem Umfangsbereich 53 keinen Vollkörper, sondern weist eine Folge sternförmig angeordneter, sich radial erstreckender Rippen 55 auf. Mit geringem Werkstoffaufwand wird dadurch eine ho- he Strukturfestigkeit des Bodenteiles 5, insbesondere eine gute Druckfestigkeit, erreicht. Die Oberseite 57 der Rippen 55 weist einen vom Ringrand 47 zum Umfangsbereich 53 hin abfallenden Verlauf auf, der radial nach außen den Abstand zur Endfläche 35 der anliegenden Endkappe 21 vergrößert. Dadurch ist, ohne dass beim Pressformen des Bodenteiles 5 hinsichtlich der Rippen 55 enge Toleranzen eingehalten werden müssen, gewährleistet, dass die Lagefixierung der Endkappe 21 lediglich an der Anlagefläche 49 des Ringrandes 47 erfolgt.
Es versteht sich, dass anstelle der gezeigten Verschraubungselemente 33, 41, die ein Rundgewinde bilden, andere Verschraubungselemente vorgesehen sein könnten, beispielsweise ein übliches metrisches Gewinde. Anstelle des gezeigten Verbundes zwischen Bodenteil 5 und der sich nach oben erstreckenden Wand des Filtergehäuses 1 durch Ausbildung eines Börde- lungsbereiches 7 könnte das Bodenteil 5 ein verschraubter Gehäusedeckel oder mit der anschließenden Gehäusewand einstückig ausgebildet sein.
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