Industriegebiet, 66280 Sulzbach/Saar, Deutschland

Fi ltervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung mit mindestens einem von einem abzureinigenden Fluid mit vorgebbarem Fluidbetriebsdruck durchströmbaren, in einem Gehäuse aufnehmbaren Fi lterelement, wobei der am jewei l igen Filterelement herrschende Fluiddruck das jewei l ige Fi lterelement, insbesondere dessen Filtermaterial, schädigende Druckspitzen oder generel le Druckerhöhungen aufweisen kann, die mittels einer auf das jewei l ige Fi lterelement direkt einwi rkenden Ausgleichseinrichtung reduzierbar und/oder glättbar sind, die mindestens ein nachgiebiges Ausgleichsele- ment aufweist, das entsprechend einer Druckspitze oder Druckerhöhung eine Vergrößerung des Fluidraums des Gehäuses ermögl icht.

Filtervorrichtungen mit mindestens einem in einem Gehäuse aufnehmbaren Filterelement, das mit einem entsprechenden Systemdruck oder Fluidbetriebsdruck durchströmbar ist, sind handelsübl ich und finden beispielsweise bei Hydraulikanlagen in von Hydraul iköl durchströmten Systemzweigen verbreitete Anwendung. Zur druckstabi len Ausbi ldung des jewei ligen Fi lterelements ist in der Regel vorgesehen, dass ein Stützrohr, vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, vorgesehen ist, welches mit Perforationen versehen die Abstützung des eingesetzten Filtermaterials entgegen der vorgegebenen Durchströmungsrichtung des Fl uids vornimmt. Bei einer aus DE 10 2008 004 344 AI bekannten Fi ltervorrichtung ist das Fi ltermaterial als plissierte Fi ltermatte um ein fluiddurchlässiges Stützrohr gelegt, und das jeweilige Fi lterelement ist mit Endkappen versehen.

Im Betrieb einer Filtervorrichtung, insbesondere in Hydrauliksystemen, kann es je nach Anwendung zu stärkeren Druckpulsationen oder Druckspitzen kommen. Folglich kann der lokal am jewei l igen Fi lterelement herrschende Fluiddruck vom vorgegebenen Fl uidbetriebsdruck derart abweichen, insbesondere diesen derart übersteigen, dass es zu Schädigungen am jewei l igen Filterelement, insbesondere dem eingesetzten Filtermaterial, kommen kann. Derartige Druckpulsationen treten insbesondere in Hydraul iksystemen mit schnel l schl ießenden Venti len oder mit Kolbenpumpen auf. Bei solchen Druckpulsationen können mitunter die für das jeweil ige Fi lterelement geforderte Schmutzaufnahme und die entsprechend eingestel lte Feinheit beeinträchtigt werden. Gegebenenfalls kann es zu einer Zerstörung des Fi ltermaterials kommen.

Um diesen Gefährdungen zu begegnen, ist es Stand der Technik, vergl. das Dokument US 2009/021 8295 AI , mittels einer nachgiebigen Ausgleichseinrichtung auftretende Druckschwankungen zu glätten. Bei dieser bekann- ten Lösung ermögl icht die Nachgiebigkeit der Ausgleichseinrichtung Änderungen des Volumens, das sich innerhalb eines ein betreffendes Fi lterelement aufnehmenden Fi ltergehäuses befindet. Die bekannte Lösung ist unter anderem zumindest insofern nicht zufriedenstel lend, als für die Ausgleichseinrichtung innerhalb des Filtergehäuses ein verhältnismäßig großer Bau- räum erforderl ich ist, so dass keine kompakte Bauweise verwirkl ichbar ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stel lt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filtervorrichtung zur Verfügung zu stel len, die den zu stel lenden Anforderungen besser gerecht wird, insbesondere eine kompakte Bauweise ermöglicht. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filtervorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentl i- che Besonderheit der Erfindung darin, dass das nachgiebige Ausgleichselement zwischen der Außenseite des Filtermaterials des Filterelements und der benachbarten Innenwand des Gehäuses angeordnet ist. Im Gegensatz zu der genannten, bekannten Lösung, bei der die Ausgangseinrichtung sich als axiale Verlängerung an ein Ende des Filterelements anschließt, ermög- licht es die Erfindung, die Fi ltervorrichtung derart auszubi lden, dass die Baulänge des Gehäuses die Baulänge des Fi lterelements nicht wesentl ich übersteigt.

Eine besonders kompakte Bauweise ist realisierbar, wenn das nachgiebige Ausgleichselement durch eine zumindest tei lweise Ummantelung der Außenseite des jewei l igen, im Gehäuse befindl ichen Filterelements gebi ldet ist.

Mit besonderem Vortei l kann eine derartige Ummantelung durch einen Körper vorgegebener Kompressibi lität gebildet sein, wobei es sich vorzugsweise um einen porösen, geschlossene Poren aufweisenden Stoff, beispielsweise einen Schaumstoff, handeln kann. Bei einer besonders vortei lhaften Ausführungsform ist eine Ummantel ung aus Moosgummi, vorzugsweise einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), vorgesehen. Eine derartige Ummantelung bietet ein besonders günstiges Verhältnis zwischen unbelasteter Vol umengröße und komprimierter Volumengröße.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen, mit einem Fi lterelement, das ein einen hohlzylindrischen, inneren Filterhohlraum umgebendes Fi ltermaterial aufweist, das endseits von einer den Eingang und den Ausgang des Fl uidraums bi ldenden Endkappe eingefasst ist, ist die Anordnung mit besonderem Vorteil so getroffen, dass die Ummantel ung, die Endkappe zumindest tei lweise freilassend, das Filterelement vollständig umfasst. Bei einem Mindestmaß an für die Ausgleichseinrichtung erforderl ichem zusätzl ichem Bauraum ist dadurch eine optimale Ausgleichswirkung erzielbar.

Mit besonderem Vorteil kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Ummantelung die Form eines kreiszyl indrischen Topfes besitzt, der innenseitig an einem Stützrohr anl iegt, das seinerseits an der Außenseite des Fi ltermaterials des betreffenden Fi lterelements als dessen äußeres Stützrohr anliegt. Bei einer Druckerhöhung oder Druckspitze im inneren Fluidraum des Filterelements erfolgt eine Vergrößerung des Volumens durch Komprimieren der Ummantel ung durch den am äußeren Stützrohr anstehenden Druck. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Anordnung so getroffen, dass die Außenseite des Topfes der Ummantel ung an der Innenseite des Gehäuses anl iegt, beim Zustand fehlenden Fl uidbetriebsdrucks jedoch als Einheit zusammen mit dem Filterelement aus dem Gehäuse herausnehmbar ist. Dadurch, dass der Topf zusammen mit dem Fi lterelement für Auswechselvorgänge aus dem Gehäuse herausnehmbar ist, ergibt sich der zusätzliche bedeutsame Vorteil, dass Filterelementwechsel bequem, sauber und umweltschonend durchgeführt werden können, weil beim Herausnehmen des Fi lterelements Fl uidrückstände und Abscheidungen mit dem Topf der Ummantelung herausgenommen werden und dadurch weder das Gehäuse noch die Umwelt bei der Handhabung verbrauchter Fi lterelemente gefährdet werden.

Ein weiterer, besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Ausgleichseinrichtung außer der Dämpfung von Druckpulsationen einen Ge- frierschutz für die Filtervorrichtung bi ldet. Dies ist bedeutsam, wenn es sich um Fl uide in Form gefrierbarer Substanzen handelt. Dies ist beispielsweise bei in der Fahrzeugtechnik eingesetzten Systemen der Fal l, die in der Fachsprache als Adblue-Systeme bezeichnet sind. Bei diesen Systemen werden für die Abgasbehandlung bei Verbrennungsmotoren wässrige Harnstofflösungen über eine Zuführeinrichtung von einem Vorratstank dosiert dem Abgasstrom zugeführt, wobei aus dem Harnstoff durch Hydrolyse Ammoniak gewonnen wird. Dieses wirkt im Abgasstrom als selektives Reduktionsmittel. Um den Wirkungsgrad der Reduktion zu optimieren, wird die wässrige Harnstofflösung dem Abgasstrom mittels einer durch ein Steuergerät lastabhängig gesteuerten Pumpe dosiert zugeführt. Bei durch eine Kolben- pumpe zugeführter Harnstofflösung, die systembedingt mit Druckpulsationen behaftet ist, wirkt die Ausgleichseinrichtung zum ei nen glättend. Zum anderen verhindert die Ausgleichseinrichtung, als Gefrierschutz, dass es bei Frosttemperaturen und dadurch bedingtem Gefrieren der wässrigen Harnstofflösung aufgrund der Vol umenvergrößerung beim Gefriervorgang zu einem Bersten von Wandungen der Fi ltervorrichtung kommen kann oder insbesondere eine Schädigung oder Zerstörung eines betreffenden Fi lterelements eintritt, weil die Ausgleichseinrichtung eine beim Gefrieren erfolgende Volumenvergrößerung kompensiert. Gemäß dem Patentanspruch 9 ist Gegenstand der Erfindung auch ein Filterelement, das insbesondere zur Benutzung bei einer Fi ltervorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 vorgesehen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestel lten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Schrägansicht ₍ eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Fi ltervorrichtung, gesehen auf die Endkappe eines zugehörigen Filterelemerits; Fig. 2 eine perspektivische Schrägansicht ledigl ich des Filterelements des Ausführungsbeispiels, wiederum gesehen auf dessen Endkappe und mit teilweise aufgeschnittener Ummante- lung, so dass ein Tei l der Außenseite des Fi ltermaterials des Filterelements sichtbar ist;

Fig. 3 einen Längsschnitt des in Fig. 2 gezeigten Filterelements;

Fig. 4 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels der Fi ltervorrich- tung, wobei das Filterelement von Fig. 2 und 3 im zugehörigen Fi ltergehäuse aufgenommen ist; und

Fig. 5 einen gegenüber Fig. 3 vergrößert gezeichneten Teil längsschnitt lediglich des einer Endkappe benachbarten Bereichs des Filterelements.

Das in Fig. 1 und 4, in letzterer in Schnittdarstel lung, als Ganzes gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fi ltervorrichtung weist ein Fi ltergehäuse 1 auf, das zur Aufnahme eines Fi lterelements 3 vorgesehen ist, das in Fig. 2 und 3, in letzterer in Schnittdarstel l ung, gesondert gezeigt ist. Das Filtergehäuse 1 aus Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff hat die Form eines am Boden 5 geschlossenen Hohlzyl inders, der am gegenüberl iegenden, oberen Ende 7 offen ist. Das vom offenen Ende 7 her in das Fi ltergehäuse 1 einsetzbare Fi lterelement 3, das in der Art einer sog. Filter- patrone ausgebi ldet ist, weist ein Filtermaterial 9 in Form einer pl issierten Fi ltermatte auf, die in der bei derartigen Fi lterpatronen übl ichen Weise ein fluiddurchlässiges Stützrohr 1 1 , vorzugsweise aus Kunststoff, umgibt, innerhalb dessen sich ein innerer Fi lterhohl raum 1 3 befindet. An der Außenseite des Filtermaterials 9 befindet sich ein zweites, äußeres, fluiddurchlässiges Stützrohr 1 5. An dem in der Zeichnung unteren Ende ist das Filtermaterial 9 von einer geschlossenen Endkappe 1 7 eingefasst. Am anderen Ende des Fi ltermaterials 9 befindet sich eine Endkappe 1 9, an der der Anschluss an einem zugeordneten Filterkopf erfolgt, der nicht gezeigt ist und über den die Zufuhr eines abzureinigenden Fluids sowie die Abgabe abgereinigten Fl uids erfolgt. Die Endkappe 1 9, die wie die geschlossene Endkappe 1 7 aus einem Kunststoffwerkstoff einstückig spritzgeformt ist, weist für die Fluid- verbindung zum inneren Filterhohlraum 1 3 einen Anschlussstutzen 21 auf, an dem sich für die Abdichtung am Fi lterkopf ein O-Ring 23 befindet.

Wie am besten aus Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, ist die Endkappe 1 9 im Um- riss nicht vol lständig kreisrund, sondern weist Ausnehmungen auf, die sich in Radialrichtung einwärts erstrecken. Dadurch sind am Umfang der Endkappe 19 Ringspalte 25 zwischen der Endkappe 1 9 und dem Rand 27 einer die Endkappe 1 9 umfassenden Ummantelung gebildet. Diese hat die Form eines Topfes 29, der sich von seinem offenen Rand 27, einen Kreiszyl inder bildend, zu einem geschlossenen Bodentei l 31 erstreckt. Bei der Funktionsposition, bei welcher der Topf 29 im Filtergehäuse 1 aufgenommen ist, befindet sich, siehe Fig. 4, das Bodentei l 31 des Topfes 29 am Boden 5 des Gehäuses 1 . Die Spalte 25 bi lden, wie der Stutzen 21 , vom nicht gezeigten Fi lterkopf her die Fl uidverbindung zum inneren Fluidraum des Fi lterele- ments 3, wobei die Richtung der Durchströmung beim Filtrationsvorgang so vorgesehen sein kann, dass das abzureinigende Fluid über die Spalte 25 einströmt, sich entlang des äußeren Stützrohres 1 5 verteilt und nach Durchströmen des Filtermaterials 9 über den Stutzen 21 der Endkappe 1 9 austritt. Der am Bodenteil 31 geschlossene Topf 29, der eine Ummantelung bildet, die das Filterelement 3 bis auf die obere Endkappe 1 9 vollständig umgibt, ist aus einem kompressiblen Material gebi ldet. In der Funktionsposition, wobei das Fi lterelement 3 im Gehäuse 1 derart aufgenommen ist, siehe Fig. 4, dass der die Ummantelung bi ldende Topf 29 mit glattflächiger Au- ßenseite an der ebenfal ls glattflächigen Innenwand des Gehäuses 1 anl iegt, bildet der Topf 29 aufgrund seiner Nachgiebigkeit eine wirksame Aus- gleichseinrichtung, indem durch druckbedingtes Komprimieren des Werkstoffs des Topfes 29 eine Vergrößerung des Vol umens des Fluidraums im Filterelement 3 stattfindet, die Druckerhöhungen entgegenwirkt oder Druckspitzen glättet. Als Werkstoffe für den Topf 29, die für ein Zusam- mendrücken gegen die Innenwand des Gehäuses 1 geeignet sind, kommen vorzugsweise poröse kompressible Material ien mit geschlossenen Poren i n Frage. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der als Ummantel ung dienende Topf 29 aus einem Moosgummi, vorzugsweise einem Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ausgebi ldet. Wie Fig. 3 und 4 zeigen, ist der Topf 29 ein einteil iges Bautei l mit einem vom Bodentei l 31 axial nach innen vorspringenden Höcker 33 als Zentrierstück für die geschlossene untere Endkappe 1 7. Von letzterer ausgehend erstreckt sich ein Stabi lisierkörper 35 in den inneren Filterhohlraum 1 3. Wie bereits erwähnt, sind Außenseite des die Ummantel ung bi ldenden

Topfes 29 und Innenwand des Fi ltergehäuses 1 glattflächig. Die Dimensionierung von Filterelement 3 und Gehäuse 1 ist so bemessen, dass das Fi lterelement 3 vom offenen Ende 7 des Gehäuses 1 her in dieses ei nsetzbar ist. Um leichtes Einsetzen und Herausnehmen zu ermögl ichen, sind in der Außenseite des Topfes 29, als Unterbrechung der ansonsten glatten Außenfläche, drei in Winkelabständen von 120° zueinander versetzte, vertiefte Längsri l len 39 ausgebi ldet, von denen lediglich eine in Fig. 2 sichtbar ist. Diese Längsril len 39 ermögl ichen einen entsprechenden Druckausgleich beim Einschieben des Fi lterelements 3 in das Gehäuse 1 und beim Heraus- nehmen des Filterelements 3 aus dem Gehäuse 1 für Fi lterelementwechsel. Dank der Ummantelung, die durch einen am Bodenteil 31 geschlossenen Topf 29 gebildet ist, verbleiben beim Herausnehmen eines auszuwechselnden Filterelements 3 Restfl uide und abgeschiedene Substanzen innerhalb des Topfes 29, der somit als Auffangbehälter für verschmutzte Medien dient. Eine Verschmutzung des Gehäuses bei Wechselvorgängen ist dadurch vermieden. Auch beim Filtrationsvorgang ist eine Kontaktierung der Wand des Gehäuses 1 durch Betriebsfluide dadurch verhindert, dass der Topf 29 durch den beim Fi ltrationsvorgang herrschenden Systemdruck an die Innenwand des Gehäuses 1 angedrückt wird.