DE3313297C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsfilter für umkehrbare Druck- und Strömungsrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Mit Rücksicht auf die feinen Passungen in hydraulischen Übertragungsanlagen werden gewöhnlich in den Druckkreis­ lauf Filter eingebaut, um anfallende Verunreinigungen durch Abrieb aus der Hydraulikflüssigkeit auszuscheiden. Sofern die Strömungsrichtung ständig die gleiche ist, genügt eines der üblichen, an entsprechender Stelle in den Flüssigkeitskreislauf einzuhaltenden Flüssigkeitsfilter. Bei Anlagen mit wechselnder Druck- bzw. Strömungsrichtung ist die Wirkung eines solchen Filters unwirksam, denn die vom Filterelement aufgefangenen Verunreinigungen werden bei Umkehr der Strömungsrichtung zum großen Teil wieder aus dem Filterelement herausgelöst und gelangen somit wieder in den Kreislauf. Eine hydraulische Übertragungs­ anlage mit wechselnder Druckrichtung liegt z. B. in Form der bekannten, hydraulischen Ruderanlagen bei Schiffen vor.

Bekannt ist ein Flüssigkeitsfilter für umkehrbare Druck- und Strömungsrichtung, bei dem Rückschlagventile mit feder­ beaufschlagten Ventiltellern in einer sogenannten Graetz- Schaltung zusammengefaßt sind. Diese Schaltung wird jedoch bislang aus Einzelteilen zusammengesetzt. Nach diesem Stand der Technik werden unwirtschaftlich hohe Druckabfälle in dem Flüssigkeitsfilter beobachtet. Infolge der hohen Durchfluß­ widerstände eines solchen bekannten Flüssigkeitsfilters sind entsprechend hohe Leistungsverluste in der Hydraulik vorhanden. Diese hohen Leistungsverluste haben es bislang sogar verhin­ dert, daß solche Flüssigkeitsfilter weitere Verbreitung, z. B. im Bergbau für Seilzugbahnen, gefunden haben. Denn der hohe Durchflußwiderstand führt neben dem Leistungsverlust gleich­ zeitig zu einer erheblichen Erwärmung der Hydraulikflüssig­ keit, die, sofern sie nicht kostspielig wieder abgekühlt wird, gefährlich sein kann.

Durch die DE-OS 19 30 082 ist ein gattungsgemäßes Flüssig­ keitsfilter, das den Nachteil des hohen Durchflußwiderstan­ des nicht aufweist, bekannt. Dafür ist aber für jede Strömungsrichtung ein eigenes Filterelement erforderlich. Ferner ist ein hoher Fertigungsaufwand nötig.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Flüssigkeitsfilter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welches einfach gefertigt werden kann, kompakt ist und einen möglichst geringen Durchflußwiderstand besitzt, so daß ein entsprechend geringer Leistungsverlust entsteht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückschlagventile und die Verbindungen zwischen ihnen als Bohrungen in einem Ventilblock ausgebildet sind. Die Rück­ schlagventile sind also nicht mehr als gesonderte Einzelteile ausgebildet, sondern in einem Ventilblock integriert, in dem ihnen entsprechende Bohrungen für sie selbst und die Verbin­ dungen zwischen ihnen vorgesehen werden. Solche Bohrungen lassen sich fertigungstechnisch einfach verwirklichen.

Bevorzugt ist dabei, daß die Anschlußventilbohrungen der in die Druckmittelanschlüsse geschalteten Rückschlagventile durch eine mit ihnen fluchtende Verbindungsbohrung verbunden sind. Somit wird die Verbindungsbohrung angesetzt bzw. die Anschluß­ ventilbohrungen werden entsprechend durch die Verbindungsboh­ rung verlängert. Dies bedeutet fertigungstechnisch, daß die Verbindungsbohrungen im Arbeitsgang für die Herstellung der Anschlußventilbohrungen gleichzeitig ebenfalls erzeugt werden können.

Weiterhin bevorzugt ist, daß die vor das Filterelement geschalteten Rückschlagventile als Seitenbohrungen des Ventilblocks ausgebildet sind, die von Verschluß­ schrauben nach außen abgeschlossen werden und über Abzweigbohrungen an den Seitenwandungen der in die Druckmittelanschlüsse geschalteten Rückschlagventile bzw. der Anschlußventilbohrungen angesetzt sind. Somit können diese Rückschlagventile, die vor das Filterelement geschaltet sind, im Prinzip wie die Rückschlagventile, die in die Druckmittelanschlüsse geschaltet sind, also deren Anschlußventilbohrungen ausgebildet sein, wobei die dem entsprechenden Seiten­ bohrungen allerdings nach außen von Verschlußschrauben abgeschlossen werden. Damit ist auch eine Wartung dieser weiteren Ventile von außen her möglich.

Des weiteren bevorzugt ist, daß die vor das Filter­ element geschalteten Rückschlagventile bzw. Seiten­ bohrungen über an ihre Seitenwandungen angesetzte Auslaufbohrungen mit dem Filterelement verbunden sind. Damit ist, wie schon im Falle der Rückschlag­ ventile, die in die Druckmittelanschlüsse geschaltet sind, eine einfach Ausbildung dieser Rückschlag­ ventile gewählt.

Eine besonders kompakte Anordnung mit entsprechend kurzen Verbindungswegen und damit entsprechend ge­ ringen Druckverlusten ist gegeben, wenn außerdem noch das Filterelement auf einem Zentralstutzen angeordnet ist, der zwischen den zueinander gerichteten Auslauf­ bohrungen angeordnet ist und dessen Zentralbohrung in die Verbindungsbohrung mündet, wobei die Auslauf­ bohrungen in einen Auslaufringspalt, der den Zentral­ stutzen umgibt, über einen Filtereinlaufspalt mit dem Filterelement in Verbindung stehen. Ein Flüssig­ keitsfilter nach dieser speziellen Ausführungsform wird im folgenden noch anhand einer Figur erläutert werden.

Eine sprunghafte Verbesserung des Druckverlust­ diagrammes, also der Druck- und Leistungsverluste in dem Flüssigkeitsfilter, wird erzielt, wenn die relativen, auf die Längen der Anschlußventilbohrungen bezogenen freien Längen der Abzweigbohrungen 0,266, der Seitenbohrungen 0,9, der Auslaufbohrungen 0,4, des Auslaufringspaltes 0,63, des Filtereinlauf­ spaltes 0,133, des Zentralstutzens 1,7 und der Verbindungsbohrung 1,8 betragen und die relativen, auf die freie Querschnittsfläche der Druckmittel­ anschlüsse bezogenen freien Querschnittsflächen der Anschlußventilbohrungen 2,11, der Verbindungs­ bohrung 0,8, der Abzweigbohrungen 0,8, der Seitenbohrungen 2,11, der Auslaufbohrungen 0,8, des Auslaufringspaltes 2,1, des Filtereinlauf­ spaltes 0,72 und der Zentralbohrung 0,8 betragen. Dabei versteht sich unter der freien Querschnitts­ fläche der Druckmittelanschlüsse diejenige Quer­ schnittfläche, die zu dem Innenraum der hier ge­ gebenen Rückschlagsventile, also der Anschlußventil­ bohrungen für den Durchtritt der Hydraulikflüssigkeit frei ist.

In der Fig. 1 ist, wie schon erwähnt, ein spezielles Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flüssig­ keitsfilters dargestellt. Diese Figur zeigt einen senkrechten Schnitt durch das Filtergehäuse 2 mit dem Ventilblock 4, also einen Schnitt entlang der Längsachse des Filtergehäuses 2 und der Zentralbohrung 26. Das Filterelement ist mit der Bezugsziffer 1 ge­ kennzeichnet. Das Filtergehäuse 2 wird von dem Flansch 3 an dem Ventilblock 4 gehalten. Der Ventil­ block 4 weist die beiden Druckmittelanschlüsse 21 und 22 auf, die in die Anschlußventilbohrungen 23 und 30 münden. In diesen Anschlußventilbohrungen 23 und 30 sitzen Ventilzentrierstücke 5 und 13, welche durch die Sicherungsringe 18 und 19 sowie 16 und 17 gehalten und fixiert werden. Diese Sicherungsringe sind Spreizringe, die zwischen sich als Ventilzentrier­ stücke gelochte Scheiben halten. Diese gelochten Scheiben weisen jeweils einen aufgebohrten Stutzen auf, in dem die Stange des Ventiltellers geführt wird. Die Ventilteller 7 und 8 werden durch die Federn 6 und 12 gegen ihren Ventilsitz zu der Verbindungs­ bohrung 27 gedrückt. Die Verschlußschrauben 10 und 20 verschließen die Seitenbohrungen 24 und 29 und dienen gleichzeitig zur Zentrierung der Ventilteller 8 und 14, welche durch die Federn 9 und 15 gegen ihre Ventilsitze angedrückt werden. Deutlich ist zu erkennen, daß die Seitenbohrungen 24 und 29 von außen in den Ventilblock 4 angesetzt sind, also fertigungs­ technisch ebenso günstig vorgesehen sind wie die Anschlußventilbohrungen 23 und 30. Fortgesetzt werden diese Seitenbohrungen 24 und 29 von den Abzweig­ bohrungen, die in die Seitenwandungen der Anschluß­ ventilbohrungen 23 und 30 münden. In diesen Abzweig­ bohrungen sind die Sitze für die Ventilteller 8 und 14 vorgesehen, die demnach die Anschlußventilbohrung 30 gegenüber der Seitenbohrung 29 bzw. die Anschluß­ ventilbohrung 23 gegenüber der Seitenbohrung 24 verschließen. Auch diese Ventilteller 8 und 14 werden durch Federn 9 und 15 gegen ihre Ventilsitze ange­ drückt. Von der Seitenbohrung 29 aus kann der Flüssig­ keitsstrom dann durch die Bohrung 28 in den Auslaufring­ spalt 35 eintreten, von wo er durch den Filterein­ laufspalt 34 auf das Filterelement 1 stößt. Ent­ sprechend kann der Flüssigkeitsstrom durch die Bohrung 25 in den Auslaufringspalt 35 über den Filter­ einlaufspalt 34 auf das Filterelement 1 fließen. Der Flüssigkeitsstrom verläßt das Filterelement 1 dann durch die Zentralbohrung 26 und die Verbindungs­ bohrung 27 in Richtung der Anschlußventilbohrung 23 oder 30. Hinsichtlich der oben gemachten Maßangaben für die Längen und Querschnitte der einzelnen Bohrungen seien deren Bezugszeichen noch einmal angegeben. Die Anschlußventilbohrungen 30 und 23 besitzen die freien Längen K1 bzw. K1′; zu beachten ist, daß die freie Länge vom Ventilteller bis zu den Ventil­ zentrierstücken 13 und 5 genommen ist, nicht jedoch darüber hinaus; dies ist für die Länge K1 durch den strichlinierten Doppelpfeil in der Anschlußventil­ bohrung 30 angedeutet. Diese Anschlußventilbohrungen 23 und 30 besitzen den freien Querschnitt A8 bzw. A8′. Diese Querschnitte sind größer als diejenigen der Druckmittelanschlüsse; deren freien Querschnitte werden durch die freie Querschnittsfläche der in sie geschalteten Ventilzentrierstücke 5 und 13 begrenzt. Diese Ventilzentrierstücke sind, wie schon erwähnt, als gelochte Scheiben ausgebildet. Der freie Quer­ schnitt eines solchen Ventilzentrierstückes ent­ spricht somit der Fläche der Lochung in demselben. Die Seitenbohrungen 24 und 29 besitzen die Längen K3 bzw. K3′; diese Längen verstehen sich vom Ventil­ teller bis zur Innenseite der entsprechenden Ver­ schlußschraube; dies ist z. B. für die Länge K3 durch einen strichlinierten Doppelpfeil dargestellt. Diese Seitenbohrungen 24 und 29 besitzen die Querschnitte A9 bzw. A9′. Die zwischen den Anschlußventilbohrungen und den Seitenbohrungen vorgesehenen Abzweigbohrungen besitzen die Längen K2 bzw. K2′; dies ist für die Länge K2 durch den Doppelpfeil dargestellt. Die Querschnitte dieser Abzweigbohrungen sind mit A2 und A2′ bezeichnet. Von den Seitenbohrungen 29 und 24 münden die Bohrungen 28 und 25 in den Auslauf­ ringspalt 35. Diese Auslaufbohrungen 28 und 25 besitzen die Längen K4 bzw. K4′; für die Länge K4 ist dies durch den Doppelpfeil dargestellt. Die Querschnitte dieser Bohrungen 28 und 25 sind mit A3 bzw. A3′ gekennzeichnet. Die Länge des Aus­ laufringspaltes 35 wäre besser als dessen Höhe be­ zeichnet; sie ist mit K5 gekennzeichnet. Der Quer­ schnitt dieses Auslaufringspaltes 35 ist mit A4 bezeichnet. Auf ihn folgt zum Filterelement 1 hin gesehen der Filtereinlaufspalt 34, dessen Länge mit K6 gekennzeichnet ist; in welchem Sinne diese Länge bzw. Höhe des Filtereinlaufspaltes 34 zu ver­ stehen ist, ist durch den Doppelpfeil gekennzeichnet. Dieser Filtereinlaufspalt 34 besitzt den mit A5 bezeichneten Querschnitt. Die Länge des Zentralstutzens ist mit K7 gekennzeichnet, die durch einen strich­ linierten Doppelpfeil in der Figur abgegrenzt ist. Der Querschnitt dieses Zentralstutzens 33, also der Zentralbohrung 26 ist mit A6 bezeichnet. Die Länge der Verbindungsbohrung 27 schließlich bemißt sich vom Ventilteller 11 zum Ventilteller 7, wie das mit einem strichlinierten Doppelpfeil in der Figur dar­ gestellt ist. Diese Länge ist mit K8 bezeichnet. Der Querschnitt dieser Verbindungsbohrung ist mit A1 bezeichnet.

Nun sei noch kurz die Funktion dieses Flüssigkeits­ filters geschildert:

Zunächst sei der Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit in Richtung der geschlossenen Pfeile erläutert.

Die Flüssigkeit tritt dazu in den Druckmittelanschluß 21 durch das Ventilzentrierstück 5 in die Verbindungs­ bohrung 27 ein und preßt den Ventilteller 7 gegen seinen Sitz. Folglich wird hier das Ventil geschlossen. Hin­ gegen wird der Ventilteller 8 gegen die Feder 9 ge­ drückt und somit das Ventil zu der Seitenbohrung 24 geöffnet. Die Flüssigkeit kann demnach durch die Abzweigbohrung aus der Anschlußventilbohrung 23 in die Seitenbohrung 24 einströmen und von dort durch die Auslaufbohrung 25, den Auslaufringspalt 35 und den Filtereinlaufspalt 34 auf das Filterelement 1 fließen. Der Ventilteller 14 wird durch den Flüssig­ keitsdruck und die Feder 15 gegen seinen Sitz in der von der Seitenbohrung 29 zu der Anschlußventil­ bohrung 30 führenden Abzweigbohrung gedrückt und dichtet somit hier das Ventil ab. Nach Durchströmen der Zentralbohrung 26 und der Verbindungsbohrung 27 der Flüssigkeit wird der Ventilteller 11 von derselben gegen die Feder 12 geöffnet. Der Ventilteller 7 hin­ gegen bleibt im Sitz angedrückt, da der Flüssigkeits­ druck hinter dem Filterelement 1 in der Verbindungs­ bohrung 27 geringer ist als in der Anschlußventil­ bohrung 23. Außerdem ist die zur Anschlußventilbohrung 23 gerichtete Fläche des Ventiltellers 7 größer als diejenige, die zu der Verbindungsbohrung 27 gerichtet ist, so daß die infolge der auf diese Flächen wirkenden Drucke resultierenden Kräfte unterschiedlich sein werden. Die Flüssigkeit verläßt somit nach Durch­ strömen der Anschlußventilbohrung 30 und des Ventil­ zentrierstückes 13 den Druckmittelanschluß 22 und somit das Filter.

Nach Umschalten der Flüssigkeitspumpe kann die Druck­ flüssigkeit das Filter in Richtung der offenen Pfeile durchfließen: Die Druckflüssigkeit tritt dazu in den Druckmittelanschluß 22 ein, durchströmt das Ventil­ zentrierstück 23 und verschließt durch den Ventil­ teller 11 die Verbindungsbohrung 27. Der Ventilteller 14 wird gegen die Feder 15 geöffnet. Die Druck­ flüssigkeit kann aus der Anschlußventilbohrung 30 über die Abzweigbohrung in die Seitenbohrung 29 einströmen und von dort über die Auslaufbohrung 28 in den Auslaufringspalt 35 über den Filtereinlauf­ spalt 34 auf das Filterelement 1 fließen. Der Ventil­ teller 8 wird durch den Flüssigkeitsdruck und durch die Feder 9 gegen seinen Sitz gepreßt. Somit wird hier das Ventil gedichtet. Nach Durchströmen des Filterelementes 1 fließt die Flüssigkeit durch die Zentralbohrung 26 in die Verbindungsbohrung 27 und von dort gegen den Ventilteller 7. Dieser wird gegen die Feder 6 geöffnet, und die Flüssigkeit kann nach Durchströmen der Anschlußventilbohrung 23 und des Ventilzentrierstückes 5 den Druckmittelanschluß 21 verlassen.

Anhand von Fig. 2 kann die sprunghafte Verkleinerung des Durchflußwiderstandes beim erfindungsgemäßen Flüssigkeitsfilter im Vergleich zum Stand der Technik erkannt werden. In der Waagrechten ist der Volumen­ strom in Prozent angegeben. Es ist eine relative Mengenangabe. In der Senkrechten ist der Druckabfall Δ p in Prozent angegeben. Der Druckabfall setzt sich zusammen aus der Differenz des Druckes vor dem Filter zu demjenigen Druck nach dem Filter. Die bisherigen Filter besitzen die Druckabfallquoten A und B. Das erfindungsgemäße Filter hingegen einen Kurvenverlauf gemäß C. Die Werte wurden auf einem Prüfstand ent­ sprechend ISO 39 68 ermittelt. Somit weist das er­ findungsgemäße Filter bei höheren Volumenströmen einen vielfach geringeren Druckwiderstand auf als die Filter des Standes der Technik. Auch macht sich mit zunehmendem Volumenstrom der Anstieg des Druck­ abfalls bei dem erfindungsgemäßen Filter nicht in dem Maße bemerkbar, wie bei den Filtern nach dem Stand der Technik.

Angemerkt sei noch, daß der Flansch 3 zur Halterung des Filtergehäuses 2 an dem Ventilblock 4 geteilt sein kann, wie auch der gesamte Ventilblock 4.

Zeichenerklärung

 1 Filterelement
 2 Filtergehäuse
 3 Flansch
 4 Ventilblock
 5 Ventilzentrierstück
 6 Feder
 7 Ventilteller
 8 Ventilteller
 9 Feder
10 Verschlußschraube
11 Ventilteller
12 Feder
13 Ventilzentrierstück
14 Ventilteller
15 Feder
16 Sicherungsring
17 Sicherungsring
18 Sicherungsring
19 Sicherungsring
20 Verschlußschraube
21 Druckmittelanschluß
22 Druckmittelanschluß
23 Anschlußventilbohrung
24 Seitenbohrung
25 Auslaufbohrung
26 Zentralbohrung
27 Verbindungsbohrung
28 Auslaufbohrung
29 Seitenbohrung
30 Anschlußventilbohrung
31 Dichtring
32 Dichtring
33 Zentralstutzen
34 Filtereinlaufspalt
35 Auslaufringspalt

Claims (6)

1. Flüssigkeitsfilter für umkehrbare Druck- und Strömungsrichtung, mit Druck­ mittelanschlüssen, mit einem Filterelement und mit zu einer Graetz-Schaltung zusammengefaßten Rückschlagventilen, wobei jedes Rückschlag­ ventil einen durch eine Feder beaufschlagten Ventil­ teller aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Rückschlagventile die Ventilteller (7, 11, 8, 14) samt der zugehörigen Federn (6, 12, 9, 15) in untereinander und mit dem Filterelement (1) verbundenen Bohrungen (23, 30, 24, 29) eines Ventilblocks (4) ange­ ordnet sind, wobei zwei der Bohrungen Anschlußventil­ bohrungen (23, 30) bilden, die mit den ebenfalls in dem Ventilblock (4) ausgebildeten Druckmittelanschlüssen (21, 22) in Verbindung stehen.

2. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußventilbohrungen (23, 30) der in die Druck­ mittelanschlüsse (21, 22) geschalteten Ventilteller (7, 11) miteinander durch eine mit ihnen fluchtende Verbindungs­ bohrung (27) verbunden sind.

3. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der vor das Filterelement (1) geschalteten Ventilteller (14, 8) als Seitenbohrungen (24, 29) des Ventil­ blocks (4) ausgebildet sind, die von Verschlußschrauben (10, 20) nach außen abgeschlossen werden und über Abzweig­ bohrungen in die Seitenwandungen der Anschlußventil­ bohrungen (30, 23) münden.

4. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenbohrungen (24, 29) über an ihre Seiten­ wandungen angesetzte Auslaufbohrungen (25, 28) mit dem Filterelement (1) verbunden sind.

5. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) auf einem Zentralstutzen (33) angeordnet ist, der zwischen den zueinander gerichteten Auslaufbohrungen (28, 25) angeordnet ist und der eine Zentralbohrung (26) aufweist, die in die Verbindungsboh­ rung (27) mündet, wobei die Auslaufbohrungen (28, 25) in einen Auslaufringspalt (35), der den Zentralstutzen (33) umgibt, über einen Filtereinlaufspalt (34) mit dem Filter­ element (1) in Verbindung stehen.

6. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die relativen, auf die Längen (K1, K1′) der Anschlußventilbohrungen (30, 23) bezogenen freien Längen
der Abzweigbohrungen (K2, K2′) 0,266,
der Seitenbohrungen (K3, K3′) 0,9,
der Auslaufbohrungen (K4, K4′) 0,4,
des Auslaufringspaltes (K5) 0,63,
des Filtereinlaufspaltes (K6) 0,133,
des Zentralstutzens (K7) 1,7
und der Verbindungsbohrungen (K8) 1,8
betragen und die relativen, auf die freie Querschnittsfläche der Druckmittelanschlüsse (21, 22) bezogenen freien Querschnittsflächen
der Anschlußventilbohrungen (A8, A8′) 2,11,
der Verbindungsbohrungen (A1) 0,8,
der Abzweigbohrungen (A2, A2′) 0,8,
der Seitenbohrungen (A9, A9′) 2,11,
der Auslaufbohrungen (A3, A3′) 0,8,
des Auslaufringspaltes (A4) 2,1,
des Filtereinlaufspaltes (A5) 0,72 und
der Zentralbohrung (A6) 0,8
betragen.