DE10065739A1

DE10065739A1 - Filter

Info

Publication number: DE10065739A1
Application number: DE10065739A
Authority: DE
Inventors: Mark A Roll; Gregory K Rhyne; Willie L Stamey
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Mann and Hummel Filtration Technology US LLC
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-30
Also published as: DE10065739B4; CA2329819A1; US6350379B1; CA2329819C

Abstract

Es wird ein Filter zum Filtern eines Fluids, wie Schmieröl für eine Brennkraftmaschine, angegeben, welcher ein Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und ein Bypassfilterelement hat, welches auf dem Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts angeordnet ist. Ein Strömungsablenkelement ist zwischen dem Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und dem Bypassfilterelement angeordnet, um dem Öl eine Rotationsbewegung zu erteilen, welches von dem Bypasselement abströmt, wenn dieses Öl mit dem Öl zusammentrifft, welches durch das Filterelement ohne Verminderung des Durchschnittsquerschnitts durchgegangen ist. Die Rotationsbewegung des Öls von dem Bypassfilterelement verstärkt die Vermischung des Öls von dem Bypassfilterelement mit dem Öl, welches durch das Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts gefiltert worden ist. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wirkt eine solche Auslegung derart, daß man ein saubereres Schmieröl zur Verfügung hat und sich daher Brennkraftmaschinenverschleißerscheinungen reduzieren lassen, wobei man zugleich das Zeitintervall zwischen vorgeschriebenen Wartungen verlängern kann.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Filter zum Filtern eines Fluids und insbesondere mit einem Doppelfilter, welcher ein Element ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und ein Überströmelement bzw. Parallelelement (Bypass-Element) hat. Im speziellen befaßt sich die Erfindung mit einem Doppelfilter, welcher ein Element ohne Verminderung des Durchtrittsquer schnitts und ein Bypasselement hat, welche in Tandemanordnung vorgesehen sind.

Filterpatronen, die zum Filtern von Fluiden, wie Schmieröl, eingesetzt werden, können derart ausgelegt werden, daß sie ein Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und ein Bypassfilterelement umfassen. Das Bypassfilterelement ist auf das Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquer schnitts derart aufgesetzt, daß das Fluid radial durch die Fil terelemente und in die hohlen Kernbereiche strömt und dann axial aus dem Filter austritt.

Eine solche Auslegung wird häufig zum Filtern von Schmieröl eingesetzt, welches bei Brennkraftmaschinen zu Schmierzwecken vorgesehen ist. Abrieb von der Brennkraftmaschine und insbeson dere von den Kolbenringen steht in direktem Zusammenhang mit der tatsächlichen Filtrationsgröße des Schmieröls sowohl durch das Filterteil ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts als auch durch das Bypassfilterteil, wobei die Ölströme nach der Filtration gemischt werden. Es hat sich gezeigt, daß durch die Kombination des Filterns mittels eines Filterelements ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts mit der Filtration mittels eines Bypassfilterelements sich die Verschleißerschei nung an der Brennkraftmaschine im Vergleich zu einer solchen Auslegungsform reduzieren lassen, bei der nur eine Filtration mittels eines Elements ohne Verminderung des Durchtrittsquer schnitts vorgenommen wird. Ferner lassen sich bei einem Einsatz einer Kombination von einer Filtration ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts und einer Bypassfiltration beim Schmieröl die Wartungsintervalle verlängern, so daß sich der Wartungsaufwand reduziert. Der Wartungsaufwand und die hierfür erforderlichen Kosten sind bei den Gesamtbetriebskosten eines Fahrzeugs zu berücksichtigen. Diese Betrachtung steht insbeson dere bei Fahrzeugflotten im Vordergrund, wie bei Flotten, die von Führunternehmern betrieben werden. Wenn man zusätzlich das Schmieröl möglichst rein hält, kann es in den Brennkraftmaschi nen länger belassen werden und es braucht nicht innerhalb kür zerer Intervalle wiederaufbereitet zu werden. Hierdurch lassen sich Umweltbelastungen infolge von großen gebrauchten Schmier ölmengen reduzieren, da weniger Brauchöl wiederaufbereitet zu werden braucht. Es bringt daher Vorteile mit sich, wenn man das Leistungsvermögen von Schmierölfilterpatronen verbessert, bei denen sowohl Filterelemente ohne Verminderung des Durchtritts querschnitts als auch Bypassfilterelemente zum Einsatz kommen.

Nach der Erfindung wird daher ein Filter zum Entfernen von Par tikeln aus einem Fluid bereitgestellt, bei dem das Filter einen Behälter aufweist, welcher ein erstes Ende mit radial angeord neten Einlaßöffnungen und einer zentralen Auslaßöffnung und ein zweites Ende hat, welches geschlossen ist. Ein erstes Filtere lement, welches ein erstes, ringförmiges Filtermedium hat, wel ches einen ersten im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbe reich bildet, ist in der Nähe des ersten Endes des Behälters angeordnet. Ein zweites Filterelement, welches ein zweites, ringförmiges Filtermedium hat, welches einen zweiten, im we sentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich begrenzt, ist in hintereinanderliegender Anordnung axial bezüglich des ersten Filterelements vorgesehen. Ein Strömungsmischelement verbindet den zweiten, hohlen Kernbereich mit dem ersten, hohlen Kernbe reich und umfaßt eine Strömungsablenkeinrichtung, welche dem Fluid eine Rotationskomponente erteilt, wenn das Fluid axial aus dem ersten hohlen Kernbereich in den zweiten hohlen Kernbe reich strömt, wodurch das Fluid, welches radial durch das erste Filtermedium geht, mit dem Fluid mit einer Rotationsbewegung vermischt wird, welches durch das zweite Filtermedium gefiltert worden ist, bevor das Fluid durch die zentrale Auslaßöffnung des Filterbehältnisses durchgeht.

Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung weist das Strö mungsmischelement einen ringförmigen Kanal auf, welcher um ei nen Kernbereich ausgebildet ist, wobei der ringförmige Kanal eine Strömungsablenkeinrichtung darin hat, welche insbesondere derart ausgewählt ist, daß sie wenigstens eine axial verlaufen de und in Winkelrichtung versetzte Rippe aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt nach der Erfindung erstreckt sich die vorstehend beschriebene Rippe um den ringförmigen Kanal und stützt den Kernbereich des darin befindlichen Mischelements ab. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Kern bereich wenigstens ein Ende, welches hinsichtlich des Fluid durchgangs geschlossen ist, so daß das Fluid von dem zweiten höhlen Kernbereich zu dem ersten hohlen Kernbereich nur durch den ringförmigen Kanal strömt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist das vorstehend beschriebene Filter zum Filtern von Schmieröl bei Brennkraftmaschinen bestimmt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge ben sich aus der nachstehend Beschreibung von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszei chen versehen sind. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines nach der Erfindung ausge legten Filters,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Strömungsände rungselements, welches bei der Patrone nach Fig. 1 eingesetzt wird, und

Fig. 3 eine Unteransicht des Strömungsänderungselements nach Fig. 2.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Filterpatrone 10 gezeigt, welche gemäß der Lehre nach der Erfindung ausgelegt ist. Die Filterpatrone 10 umfaßt einen Behälter 12, welcher ein erstes Ende 14 und ein zweites Ende 16 hat. Das erste Ende 14 umfaßt eine Endplatte 18, welche eine Mehrzahl von radial beabstande ten Einlaßöffnungen 20 und eine zentrale axiale Öffnung 22 hat, welche koaxial zu einer Achse 24 des Filterbehälters ausgerich tet ist. Die Endplatte 18 ist an dem ersten Ende 14 und in dem Behälter 12 durch eine Umbördelungsanordnung 26 festgelegt.

Der Behälter 12 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung als ein Filterbehälter zum Filtern von Schmieröl ausgelegt, und ist zum Einsatz bei Brennkraftmaschi nen bestimmt. Der zentrale Auslaß 22 hat Innengewindegänge 30, welche auf hohlen Stutzen (nicht gezeigt) geschraubt sind, wel che von einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) vorstehen, um zu ermöglichen, daß gefiltertes Öl zur Brennkraftmaschine zu rückgefördert werden kann. Die Mehrzahl von radial beabstande ten Einlaßöffnungen 20 sind von den Stutzen getrennt und ermög lichen, daß Schmieröl in einen Ringraum 32 strömen kann, wel cher in einem ersten Filterelementträger 34 gebildet wird, wel cher auf der Innenfläche der Endplatte 18 aufliegt und einen Bund 36 umgibt, welcher die Gewindegänge 30 auf der Innenfläche hiervon hat.

Auf dem Filterelementträger liegt ein erstes Filterelement 40 auf, bei dem es sich um ein Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts handelt. Das erste Filterelement 40 hat einen Durchmesser, welcher kleiner als der Durchmesser des Ge häuses 12 ist, so daß ein ringförmiger Einlaßkanal 42 zwischen dem Filterelement 40 und der Innenfläche der Wand des Behälters 12 gebildet wird. Das erste Filterelement 40 hat ein erstes, ringförmiges Filtermedium 44, welches einen ersten, hohlen Kernbereich 46 bildet sowie erste und zweite Enden hat, die durch erste und zweite Abschlußkappen 48 und 50 geschlossen sind. Die erste Abschlußkappe 48 liegt auf dem ringförmigen Träger 34 auf, während die zweite Abschlußkappe 50 ringförmig ausgebildet ist und eine durch dieselbe gehende Öffnung 52 be grenzt. Die Öffnung 52 nimmt ein Strömungsablenkelement 56 auf. Das Strömungsablenkelement 56 hat ein erstes Ende 58, welches in den ersten, hohlen Kernbereich 46 ragt, und ein zweites Ende 60, welches über das erste Filterelement 40 vorsteht. Das Strö mungsablenkelement 56 hat einen radial vorspringenden Flansch 62, welcher auf dem Flansch 50 derart aufliegt, daß dieser zwi schen dem ersten Filterelement 40 und dem zweiten Filterelement 70 angeordnet ist.

Das zweite Filterelement 70 hat ein zweites, ringförmiges Fil termedium 72, welches darin einen zweiten, hohlen Kernbereich 74 bildet. Der zweite, hohle Kernbereich 74 steht in kommuni zierender Verbindung mit dem ersten, hohlen Kernbereich 46 über das Strömungsablenkelement 56. Das zweite Filterelement 70 hat ein erstes Ende, welches durch eine erste, ringförmige Ab schlußkappe 76 geschlossen ist, welche eine Öffnung 78 hat, welche durch diese Kappe geht und in welcher das zweite Ende 60 des Strömungsablenkelements 56 aufgenommen ist. Die erste, ringförmige Abschlußkappe 76 liegt auf der oberen Fläche des radialen Flansches 62 auf, so daß das Strömungsablenkelement an Ort und Stelle in Verbindung mit dem zweiten Ende 60 des Strö mungsablenkelements eingespannt ist, welches in dem hohlen Kernbereich 74 des ersten, ringförmigen Filtermediums 72 aufgenommen ist. Am zweiten Ende des Filtermediums 72 ist eine zwei te Abschlußkappe 80 vorgesehen, bei der es sich um eine ge schlossene Scheibe ohne eine Mittelöffnung handelt. Die zweite Abschlußkappe 80 wird von einer Spiralfeder 82 beaufschlagt, die gegen das geschlossene, zweite Ende 16 des Behälters 20 an liegt, um das zweite Filterelement 70 in den radialen Flansch 62 des Strömungsablenkelements 56 zu drücken, welches seiner seits gegen das erste Filterelement anliegt und das erste Fil terelement gegenüber dem Filterelementträger 34 hält.

Schmutzbeladenes Schmieröl 85, welches im ringförmigen Einlaß kanal 42 strömt, und das nicht radial durch das erste Filterme dium 44 strömt, strömt radial durch das zweite Filtermedium 72 und dann durch das Strömungsablenkelement 56.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 in Verbindung mit Fig. 1 ist das Strömungsablenkelement 56 als ein zylindrischer Einsatz mit einem ringförmigen Kanal 90 ausgelegt, welcher zwischen ei ner äußeren zylindrischen Hülse 92 und einer inneren zylindri schen Hülse 94 angeordnet ist. Die äußere Hülse 92 und die in nere Hülse 94 werden mit Hilfe wenigstens einer Rippe 95 in Ab stand zueinander gehalten. Vorzugsweise sind drei Rippen 95 vorgesehen, welche zwischen der inneren, kreisförmigen Hülse 94 und der äußeren, kreisförmigen Hülse 92 derart verlaufen, daß der Ringkanal 90 in drei in Umfangsrichtung beabstandete Kanäle 96 unterteilt ist. Wie sich aus Fig. 1 ersehen läßt, sind die drei Rippen 95 axial in Richtung der Achse 24, sind aber in Winkelrichtung beabstandet bezüglich der Achse im Zuge der Rip pen 95, ausgehend von dem zweiten Ende 60 des Strömungsablenke lements in Richtung zu dem ersten Ende 58 hiervon angeordnet. Jeder der Kanäle 26 ist in ein und derselben Richtung abge lenkt. Wenn daher das Fluid durch die Kanäle 96 strömt, wird diesem eine Winkelkomponente erteilt und tritt daher von dem Ende 58 des Strömungsablenkelements derart aus, daß dem Fluid eine spiralförmige Bewegung erteilt wird, wie dies durch den Pfeil 88 angedeutet ist.

Das spiralförmig strömende Fluid 88 vermischt sich mit dem Fluid 89, welches radial durch das erste Filtermedium 44 gegan gen ist, und dann erfolgt eine Richtungsänderung und das Fluid strömt axial aus dem Auslaß 22 aus. Der aus dem Auslaß 22 aus strömende Fluidstrom 100 ist somit ein Gemisch aus dem Fluidstrom 88 und dem Fluidstrom 89.

Die vorstehend beschriebene Auslegungsform ist insbesondere zweckmäßig bei Schmierölfiltern, wobei das erste Filterelement 40 ein Filterelement ohne Verminderung des Durchtrittsquer schnitts ist, und das zweite Filterelement 72 ein Bypassfilter element ist. Es hat sich als wünschenswert erwiesen, daß das Schmieröl, welches mittels des Bypassfilterelements 72 gefil tert worden ist, mit dem Filteröl gemischt wird, welches durch das Filterelement 40 ohne Verminderung des Durchtrittsquer schnitts gefiltert worden ist, bevor das Öl zur Brennkraftma schine entsprechend dem Strömungsverlauf 100 zurückkehrt und durch den Auslaß 22 geht. Diese Auslegung ist insbesondere von Vorteil, wenn das zweite Filterelement 72, welches das Bypass element bildet, derart ausgelegt ist, daß es zur Rückgewinnung von Schlamm geeignet ist, welcher von der Brennkraftmaschine erzeugt wird, während das Filterelement 40 ohne Verminderung des Durchtrittsquerschnitts nur partikelförmige Teilchen oder Schmutz ausfiltert. Wenn folglich der Ölstrom mehrfach durch die Filterpatrone 10 geht, entfernt das erste Filterelement 40 hauptsächlich Schmutz oder teilchenförmige Stoffe und fängt diese in dem Filtermedium 44, während das zweite Filterelement 70 in dem zweiten Filtermedium 72 hauptsächlich den Ölschlamm einfängt. Somit hat das erste Filtermedium 44 ein gesteigertes Schmutzhaltevermögen, da es nicht auch noch den Fluidschlamm aufzunehmen braucht. Somit verfügt das gesamte Filtersystem in der Patrone 10 über ein größeres Fassungsvermögen und eine ver besserte Wirksamkeit bei einem verbesserten Filtern von Schmieröl, wodurch sich in beträchtlichem Maße die Intervalle zwischen dem Austauschen von Ölfiltern vergrößern lassen.

Die innere Hülse 94 bildet einen hohlen Kernbereich 98, welcher in der Nähe des Endes 90 eine Endwanne 99 hat, so daß das ra diale durch das zweite Filtermedium 72 des zweiten Filterele ments 70 strömende Fluid gezwungen wird, durch die Kanäle 97 des Ringkanals 60 zu gehen. Ein Großteil des Fluids versucht in den hohlen Kernbereich 98 zu strömen, welcher als ein schalen förmiges Teil ausgebildet ist, welches ein Zurückhalten von kontaminierenden Stoffen unterstützt, welche durch das Filter medium 72 des zweiten Filterelements 70 gegangen sind.

Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen nach der Er findung erläutert worden sind, ist die Erfindung nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern sind zahl reiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fach mann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. Filter zum Filtern eines Fluids, welches folgendes auf weist:
einen Behälter (12), welcher ein erstes Ende (14) mit radial angeordneten Einlaßöffnungen (20) und einer zentral angeordneten Auslaßöffnung (22) und ein geschlossenes zwei tes Ende (16) hat;
ein erstes Filterelement (40), welches ein erstes ring förmiges Filtermedium (44) hat, welches einen ersten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (46) be grenzt, wobei das erste Filterelement (40) angrenzend an das erste Ende (14) des Behälters (12) angeordnet ist;
ein zweites Filterelement (70), welches ein zweites, ringförmiges Filtermedium (72) hat, welches einen zweiten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (74) bil det, wobei des zweite Filterelement (70) axial auf dem er sten Filterelement (40) angeordnet ist; und
ein Strömungsablenkelement (56), welches den zweiten, hohlen Kernbereich (74) mit dem ersten, hohlen Kernbereich (46) verbindet, wobei das Strömungsablenkelement (56) eine Strömungsablenkeinrichtung aufweist, welche dem Fluid eine Rotationskomponente erteilt, wenn das Fluid axial von dem ersten hohlen Kernbereich (46) zu dem zweiten hohlen Kern bereich (74) strömt, wodurch das radial durch das erste Filtermedium (44) strömende Fluid mit dem eine Rotationsbe wegung ausführenden Fluid vermischt wird, welches durch das zweite Filtermedium (72) gefiltert worden ist, bevor es axial durch den Auslaß (22) der Filterpatrone (10) geht.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsablenkelement (56) einen ringförmigen Kanal (90) aufweist, welcher um einen Kernbereich ausgebildet ist, und daß der ringförmige Kanal (90) die Strömungsablenkeinrich tung (95) darin hat.

3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsablenkeinrichtung wenigstens eine axial verlaufen de, in Winkelrichtung beabstandete Rippe (95) aufweist.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (25) sich entlang des ringförmigen Kanals (90) er streckt und den Kern darin abstützt.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich wenigstens ein Ende hat, welches den axial Fluiddurchgang verschließt.

6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich hohl ausgebildet ist und ein erstes geschlosse nes Ende und ein zweites offenes Ende hat, und daß das of fene Ende im zweiten hohlen Kernbereich (74) angeordnet ist, welcher von dem zweiten, ringförmigen Filterelement (70) gebildet wird.

7. Filter zum Filtern von Schmieröl, welches folgendes auf weist:
ein Behälter (12), welcher eine erstes Ende (14) mit ra dial angeordneten Einlaßöffnungen (20) und einer zentral angeordneten Auslaßöffnung (22) und ein zweites, geschlos senes Ende (16) hat;
ein erstes Filterelement (40), welches ein erstes, ring förmiges Filtermedium (44) hat, welches einen ersten, im wesentlichen zylindrischen, hohlen Kernbereich (46) be grenzt und insbesondere derart ausgelegt ist, daß hauptsächlich teilchenförmige Stoffe ausgefiltert werden, wobei das erste Filterelement (40) angrenzend an das erste Ende (14) des Behälters (12) angeordnet ist;
ein zweites Filterelement (70), welches ein zweites, ringförmiges Filtermedium (72) hat, welches einen zweiten, im wesentlichen zylindrisch hohlen Kernbereich (74) be grenzt und hauptsächlich dazu bestimmt ist, Schlamm auszu filtern, wobei das zweite Filterelement (70) axial auf dem ersten Filterelement (40) angeordnet ist; und
ein Strömungsablenkelement (56), welches den zweiten, hohlen Kernbereich (74) mit dem ersten, hohlen Kernbereich (46) verbindet, wobei das Strömungsablenkelement (56) eine Strömungsablenkeinrichtung aufweist, welche dem Fluid eine Rotationskomponente erteilt, wenn das Fluid axial von dem ersten hohlen Kernbereich (46) zu dem zweiten hohlen Kern bereich (74) strömt, wodurch sich das radial durch das er ste Filtermedium (44) strömende Fluid mit dem eine Rotati onsbewegung ausführenden Fluid vermischt, welches durch das zweite Filtermedium gefiltert worden ist, bevor es axial durch den Auslaß (22) der Filterpatrone geht.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsablenkelement (56) einen ringförmigen Kanal (90) aufweist, welcher um einen Kernbereich ausgebildet ist, und daß der ringförmige Kanal (90) eine Strömungsablenkeinrich tung darin hat.

9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsablenkeinrichtung wenigstens eine axial verlaufen de und in Winkelrichtung beabstandete Rippe (95) aufweist.

10. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (95) sich über den ringförmigen Kanal (90) erstreckt und den Kernbereich darin abstützt.

11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich wenigstens ein Ende hat, welches für den axia len Fluiddurchgang geschlossen ist.

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernbereich hohl ausgebildet ist und ein erstes geschlosse nes Ende und ein zweites freies Ende hat, und daß das offe ne Ende in dem zweiten, hohlen Kernbereich (74) angeordnet ist, welcher von dem zweiten, ringförmigen Filterelement (70) gebildet wird.