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Die Erfindung betrifft eine Filterkassette für die Getriebeölfiltration, mit einem Gehäuse, das von einer oberen Decklage, die einen Sauganschluss zur Abgabe von Filtrat an das Getriebe aufweist, sowie von einer unteren Decklage begrenzt ist, die einen Einlass zum Einströmen von Unfiltrat in das Gehäuse aufweist, in dem sich im Abstand von jeder Decklage je eine Filterlage erstreckt, zwischen denen sich eine fluiddurchlässige Zwischenlage befindet.
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Um über lange Betriebszeiten hinweg einen sicheren und störungsfreien Betrieb von Getrieben, wie Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen, sicherzustellen, ist es Stand der Technik, für das Getriebeöl eine Filtervorrichtung vorzusehen. Diesbezüglich zeigt die
DE 10 2007 023 641 B4 eine Filtervorrichtung in Form einer Filterkassette der eingangs genannten Gattung, die als Saugfilter arbeitet. Die Auslegung als Saugfilter zeichnet sich im Vergleich zu einer Druckölfiltervorrichtung durch einen geringeren Bedarf an Einbauraum aus. Druckölfiltervorrichtungen, die üblicherweise in einem Nebenstrom arbeiten und innerhalb des Getriebegehäuses oder am Getriebegehäuse angebracht sind, weisen Anschlüsse mit Schlauch- oder Rohrverbindungen auf, die außerhalb des Getriebes verlaufen, was zu größerem Platzbedarf und höherem Gewicht führt. Außerdem ist ein Überdruckschutz im Druckölfilterkreislauf, üblicherweise mittels eines Bypassventils, erforderlich. Ein direkter Einbau in den Ölsumpf eines Getriebegehäuses, wie er bei dem genannten Dokument für eine Saugfiltervorrichtung vorgesehen ist, ist bei einer Druckfiltervorrichtung wegen des geringen Einbauraums, der bei Getrieben, insbesondere Fahrzeuggetrieben, zur Verfügung steht, kaum praktikabel.
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Bei der aus dem genannten Dokument bekannten Filterkassette ist der Sauganschluss durch die der oberen Decklage benachbarte Filterlage vollständig vom übrigen Innenraum des Gehäuses getrennt. Dies bedeutet, dass der gesamte Fluidstrom, der den Sauganschluss als Filtrat erreicht, diese obere Filterlage durchströmt. Dabei setzt sich der gesamte Volumenstrom, der zur Anströmseite der oberen Filterlage gelangt, aus einem ersten Teilstrom, der vom bodenseitigen Einlass aus durch die untere Filterlage hindurch zur fluiddurchlässigen Zwischenlage gelangt, und einem zweiten Teilstrom zusammen, der vom unteren Einlass aus direkt durch eine permanente Öffnung der unteren Filterlage in die Zwischenlage gelangt. Dieser bauartbedingte Strömungsverlauf führt zu einem ungünstigen Betriebsverhalten. Bei der ausschließlich über die obere Filterlage gebildeten Fluidverbindung zwischen Sauganschluss und Einlass ist der Verschmutzungszustand der oberen, bei der bekannten Filterkassette als Grobfilter ausgelegten Filterlage ausschließlich für den Strömungswiderstand der Vorrichtung bestimmend, so dass ein Verblocken dieser Filterlage zum Betriebsausfall führt, ungeachtet dessen, ob die als Feinfilter ausgebildete untere Filterlage betriebsfähig ist und einen Fluiddurchtritt zur inneren Zwischenlage und damit zur Anströmseite der verblockten oberen Filterlage ermöglicht. Die bekannte Filterkassette ist daher für den kritischen, für die Betriebssicherheit von Getrieben maßgebenden Einsatz ungeeignet.
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Weitere Filterkassetten gehen aus der
US 2004/0237485 A1 und der
US 5 494 575 A hervor.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Filterkassette der betrachteten Gattung zur Verfügung zu stellen, die aufgrund ihrer Bauweise für den Einsatz zur Getriebeölfiltration besonders vorteilhaft geeignet ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Filterkassette gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass der Sauganschluss über eine in der der oberen Decklage benachbarten Filterlage gebildete Durchgangsöffnung ausschließlich mit der Zwischenlage in Fluidverbindung ist und dass mindestens ein Fluiddurchgang vorgesehen ist, der beide Filterlagen und die Zwischenlage, gegenüber dieser abgedichtet, durchgreift. Dadurch, dass zumindest ein in sich geschlossener Fluiddurchgang einen Fluidweg zwischen den Außenseiten beider Filterlagen bildet und daher beide Filterlagen außenseitig permanent von dem vom Einlass kommenden Unfiltrat angeströmt sind, erfolgt bei einfacher Bauweise die Filtration im Nebenstrom von der Außenseite beider Filterlagen her zur fluiddurchlässigen Zwischenlage und aus dieser unmittelbar zum Sauganschluss. Anders als bei der bekannten Lösung ist daher vermieden, dass der Durchlasszustand nur einer Filterlage für das Strömungsverhalten und damit die einwandfreie Funktion des Filtervorgangs bestimmend ist.
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Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen sind beide Decklagen im Umriss flächengleich, mit einem Hauptteil in Form einer Platte, die sich in einer Ebene erstreckt und die, zur Bildung einer flachen Schale, an ihren Seitenrändern je einen Randstreifen aufweisen, die sich zur gleichen Seite hin von der Ebene des Hauptteils weg erstrecken. Diese Gehäuseform der Kassette aus zwei flachen Schalen, die zum Großteil aus ebenflächigen Platten bestehen, ermöglicht die Gestaltung des Kassettengehäuses als großflächigem Baukörper mit besonders geringer Bauhöhe, so dass die erfindungsgemäße Filterkassette für den Einbau im Bodenbereich eines Getriebegehäuses besonders vorteilhaft geeignet ist.
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Mit Vorteil kann die Anordnung derart getroffen sein, dass die gleich geformten Randstreifen einen an den Hauptteil angrenzenden, aus dessen Ebene abgewinkelten Anfangsabschnitt und einen an diesen anschließenden, in zur Ebene des Hauptteils paralleler Ebene verlaufenden Endabschnitt aufweisen. Bei dieser Gestalt der Randstreifen liegen die zur Hauptebene parallel verlaufenden Endabschnitte bündig aneinander und können dadurch den sich über den gesamten Außenumfang der Kassette erstreckenden Verbindungsbereich der Schalen bilden.
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Mit Vorteil können die Bauteile der von oberer und unterer Decklage gebildeten Schalen aus einem Kunststoffmaterial, wie Polyester oder Polyamid, gebildet sein, wobei die Schalen dünnwandig oder folienartig ausgebildet sein können.
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Um zwischen den äußeren Decklagen und der Anströmseite der Filterlagen einen Strömungsraum zur Verfügung zu stellen, können aus der Ebene des Hauptteils der Decklagen ausgeformte Vorsprünge als Abstandhalter zur Bildung eines Zwischenraums vorgesehen sein. Solche Vorsprünge können in Form eines Musters vorstehender Noppen oder eines Rippenmusters gestaltet sein.
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Anstelle von Abstandhalter bildenden Vorsprüngen kann zwischen den Decklagen und der jeweils zugewandten Filterlage ein Gewirk oder Vlies als fluiddurchlässige Drainagelage angeordnet sein.
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Um eine große wirksame Filterfläche zur Verfügung zu stellen, können sich die Filterlagen, die in ihrem Umriss an den beispielsweise rechteckförmigen Umriss der Decklagen angepasst sind, mit zueinander parallelen Ebenen beidseits der Zwischenlage über eine Fläche erstrecken, die gleich oder größer ist als die Fläche des Hauptteils der Decklagen, wobei die vier Seitenränder der Filterlagen Randstreifen aufweisen, die der Form der Randstreifen der Decklagen angepasst sind und wie diese am Ende eines aus der Ebene abgewinkelten Anfangsabschnitts in einen zur Ebene parallelen Endabschnitt übergehen. Dergestalt bilden die Filterlagen aus einem Kunststoffgewebe, Kunststoffvlies oder Glasvlies, in ähnlicher Weise wie die Decklagen, flache Schalen, bei denen die zur Ebene parallelen Endabschnitte aneinanderliegen. Die zwischen den Filterlagen befindliche fluiddurchlässige Zwischenlage kann durch einen Formkörper aus einem Drainagematerial, wie einem Polyesterschaum, der an die Schalenform angepasst ist, gebildet sein.
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Bei dieser Ausbildung können die Endabschnitte der Randleisten der Filterlagen zwischen den Endabschnitten der Randleisten der Decklagen liegend zusammen mit diesen entlang des gesamten Außenumfangs des Gehäuses miteinander verschweißt sein. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Filterkassette ist dadurch auf besonders einfache, kostengünstige und rationelle Weise möglich, wobei die Schweißverbindung mit Vorteil durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Hochfrequenzschweißen durchführbar ist.
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Die Anordnung kann hierbei mit Vorteil derart getroffen sein, dass die Filterlagen zur Abdichtung des Fluiddurchgangs gegenüber der Zwischenlage am Rand des jeweiligen, die Filterlagen durchgreifenden Fluiddurchgangs miteinander verschweißt sind, bevor der umfängliche, das Kassettengehäuse schließende Schweißvorgang durchgeführt wird.
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Die Filterlagen können unterschiedliche Filterfeinheiten aufweisen. Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Filterkassette ist die der oberen Decklage benachbarte Filterlage durch ein Feinfiltermedium und die andere, untere Filterlage durch ein Grobfiltermedium gebildet.
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Um bereits vor dem Durchströmen der Filterlagen Metallpartikel aus dem Unfiltrat abzuscheiden, kann die Filterkassette an mindestens einem mit dem Getriebeöl in Kontakt stehenden Flächenbereich mit einer eine permanentmagnetische Eigenschaft aufweisenden Beschichtung versehen sein. Insbesondere kann eine solche Beschichtung in Form einer sog. Magnettinte an den Innenseiten von oberer und unterer Decklage des Gehäuses aufgebracht sein.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Schrägansicht, gesehen auf die Oberseite des einen rechteckförmigen Umriss aufweisenden Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Filterkassette, die in Richtung der Langseiten mit mittig verlaufender Schnittebene aufgeschnitten dargestellt ist;
- 2 eine in größerem Maßstab gezeichnete, der 1 entsprechende, jedoch hälftig geteilt gezeichnete Darstellung;
- 3 eine Stirnansicht, gesehen auf die Schmalseite des Ausführungsbeispiels;
- 4 eine gegenüber 1 und 2 noch stärker vergrößert gezeichnete Teildarstellung des in 1 mit IV bezeichneten Bereichs; und
- 5 eine der 1 entsprechende Schrägansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles.
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Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterkassette weist ein im Umriss rechteckförmiges Gehäuse 1 auf, dessen Hülle durch eine obere Decklage 3 und eine untere Decklage 5 gebildet ist, die jede eine flache Schale aus einem dünnwandigen Kunststoffmaterial bilden, das die für Getriebeölfiltration geeignete Temperaturfestigkeit und chemische Beständigkeit besitzt, wie beispielsweise PA6. Beide Decklagen 3 und 5 weisen einen Hauptteil 7 bzw. 9 auf, die flächengleich sind und sich in zueinander parallelen Ebenen erstrecken, wenn die schalenförmigen Decklagen 3 und 5 zur Bildung des geschlossenen Gehäuses 1 aneinanderliegen. Zur Bildung der flachen Schalenform weist jede Decklage 3, 5 an allen vier Seitenrändern ihrer Hauptteile 7 und 9 einen Randstreifen 11 auf, von denen in den mittig und in Richtung der Langseiten verlaufend aufgeschnittenen Darstellungen von 1 und 2 lediglich die Randstreifen 11 der Schmalseiten sichtbar sind.
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Jeder Randstreifen 11 weist einen sich an den jeweiligen Hauptteil 7, 9 anschließenden Anfangsabschnitt 13 auf, der sich in einem Winkel von 30° aus der Ebene des jeweiligen Hauptteils 7, 9 erstreckt und die Seitenwand der Schale bildet. An den abgewinkelten Anfangsabschnitt 13 schließt sich ein Endabschnitt 15 an, der gegenüber dem Anfangsabschnitt 13 wiederum abgewinkelt ist und sich in zum jeweiligen Hauptteil 7, 9 paralleler Ebene erstreckt. Zur Bildung einer sehr flachen Schalenform und einer dementsprechend geringen Bauhöhe des aus den zusammengesetzten Schalen gebildeten Gehäuses 1 beträgt die Länge des Anfangsabschnitts 13 lediglich ein Zehntel der Länge der in 3 gezeigten Schmalseite des Gehäuses 1. Die Endabschnitte 15 besitzen in etwa die halbe Länge der Anfangsabschnitte 13. Während beim gezeigten Beispiel der Umriss der Decklagen 3, 5 rechteckförmig ist, versteht sich, dass der Umriss in Anpassung an die Form der Ölwanne des Getriebegehäuses auch anders gewählt sein kann.
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Das in den Figuren in geschlossenem Zustand gezeigte Gehäuse 1 nimmt eine Filtereinheit auf, die aus zwei Filterlagen 17 und 19 und einer zwischen ihnen befindlichen Zwischenlage 21 besteht. Jede Filterlage 17, 19 ist aus einer ebenen Filtermaterialbahn gebildet, die sich in zueinander parallelen Ebenen und bei der im Gehäuse 1 aufgenommenen Position im Abstand von den Decklagen 3 und 5 in dazu parallelen Ebenen erstrecken. Die Filterlagen 17, 19 bilden jeweils eine rechteckförmige Filterfläche, die größer ist als die Fläche des Hauptteils 7, 9 der Decklagen 3, 5 und weisen, wie am deutlichsten aus 4 entnehmbar ist, entlang ihrer sämtlichen Seitenränder Randstreifen auf, die in ihrer Verlaufsform den Randstreifen 11 der Decklagen 3, 5 angepasst sind. Wie diese Randstreifen 11 weisen die Randstreifen der Filterlagen 17, 19 aus der Lagenebene abgewinkelte Anfangsabschnitte 23 und sich daran anschließende Endabschnitte 25 auf, die zur Lagenebene parallel verlaufen, s. 4.
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Mit den randseitigen, abgewinkelten Anfangsabschnitten 23 bilden die Filterlagen 17, 19 bei der in den Figuren gezeigten, aneinanderliegenden Position, in entsprechender Weise wie die Decklagen 3, 5, ebenfalls eine flache Schale für die Aufnahme der Zwischenlage 21 aus. Diese ist aus einem der Schalenform angepassten Formkörper aus einem fluiddurchlässigen Drainagematerial gebildet, beim Ausführungsbeispiel aus einem Polyesterschaum. Zur Bildung einer Fluidverbindung zwischen der Zwischenlage 21 und einem an der Oberseite der oberen Decklage 3 vorstehenden Sauganschluss 27 weist die obere Filterlage 19 eine ausgestanzte Öffnung 29 auf. Der Sauganschluss 27 hat die Form eines Rohrstutzens mit einem an seinem inneren Ende befindlichen Ringflansch 31, mit dem er an dem die Öffnung 29 umgebenden Rand der oberen Filterlage 19 in einem Schweißbereich 32 mittels Ultraschallschweißen dicht verschweißt ist.
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In der Nähe seines freien oberen Endes weist der Stutzen des Sauganschlusses 27 in einer Ringnut 33 einen O-Ring 35 auf. Zur Bildung einer Fluidverbindung zwischen den Außenseiten der Filterlagen 17 und 19 weisen diese mehrere über die Filterfläche verteilte, in den Filterlagen 17, 19 ausgestanzte Fluiddurchgänge 37 auf, die jeder von einem in Richtung der Zwischenlage 21 versetzten Rand 39 umgeben sind. Von den Fluiddurchgängen 37 ist lediglich je einer in den 1 und 2 sichtbar. Zur Bildung einer Abdichtung der Fluiddurchgänge 37 gegenüber der Zwischenlage 21 sind die Filterlagen 17, 19 am eingezogenen Rand 39 des jeweiligen Fluiddurchgangs 37 mittels Ultraschallschweißen miteinander dicht verschweißt.
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Die Figuren zeigen das Gehäuse 1 in geschlossenem Zustand mit aneinanderliegenden, durch die Decklagen 3 und 5 gebildeten Ober- und Unterschalen. In dieser Position sind die Filterlagen 17, 19 durch noppenartige Vorsprünge 41 im Abstand voneinander gehalten, die aus den Decklagen 3, 5 ausgeformt sind und von denen in 1 und 2 lediglich die Vorsprünge der unteren Decklage 5 sichtbar sind, während von den Vorsprüngen 41 der oberen Decklage 3 lediglich die durch das Ausformen gebildeten Vertiefungen 43 sichtbar sind, die in der Zeichnung lediglich teilweise beziffert sind.
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Der Umriss der Filtereinheit mit den Filterlagen 17 und 19 und den deckungsgleich aneinanderliegenden umfänglichen Endabschnitten 25 (4) ist dem Umriss der die Ober- und Unterschale bildenden Decklagen 3 und 5 derart angepasst, dass bei aneinander angelegter Ober- und Unterschale die Endabschnitte 25 der Filtereinheit zwischen den Endabschnitten 15 der Decklagen 3, 5 liegen. Dadurch ist die Hülle des Gehäuses 1 durch einen vollumfänglich durchgeführten Schweißvorgang, vorzugsweise mittels Ultraschallschweißen, dicht verschließbar. Das Gehäuse 1 bildet dadurch eine sehr flache Kassette, wobei die Filterflächen der Filterlagen 17 und 19 den Flächen der Hauptteile 7 und 9 der Decklagen 3, 5 entsprechen und wobei durch die von den Vorsprüngen 41 gebildeten Abstandhalter ein schmaler Fluidraum 45 an der Innenseite der unteren Decklage 5 und ein entsprechender schmaler Fluidraum 47 an der Innenseite der oberen Decklage 3 gebildet ist. Für den Zustrom von Unfiltrat zum unteren Fluidraum 45 ist in der unteren Decklage 5 eine Einströmöffnung 49 ausgespart.
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Bei der Anlage der Vorsprünge 41 der Decklagen 3 und 5 an der jeweiligen Außenseite der Filterlagen 17, 19, die ihrerseits durch die fluiddurchlässige Zwischenlage 21 im Abstand voneinander gehalten sind, ist für die Formstabilität der gebildeten Kassette keine große Wandstärke der Decklagen 3 und 5 erforderlich, so dass diese aus einem Kunststoffmaterial geringerer Stärke von beispielsweise 1 mm oder weniger oder in folienartiger Form ausgebildet sein können. Die Kassette kann daher in der Art eines plattenartigen Körpers gestaltet sein, der in einem Getriebegehäuse einen sehr geringen Einbauraum beansprucht. Beim Filtervorgang strömt das Unfiltrat über die Einströmöffnung 49 in den unteren Fluidraum 45 ein und damit zur äußeren Anströmseite der unteren Filterlage 17. Gleichzeitig gelangt das Unfiltrat über die Fluiddurchgänge 37 aus dem unteren Fluidraum 45 in den oberen Fluidraum 47 und damit zur äußeren Anströmseite der oberen Filterlage 19, so dass beide Filterlagen 17, 19 gleichzeitig von der Außenseite her zur inneren Zwischenlage 21 hin durchströmt sind. Das so von den beiden Nebenströmen gebildete Filtrat tritt aus der Zwischenlage 21 über den Sauganschluss 27 aus, dessen Ringflansch 31 mit der Außenseite der Filterlage 19 am Schweißbereich 32 und mit der oberen Decklage 3 an einem weiteren Schweißbereich 51 verbunden ist.
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Die Filterlagen 17 und 19 können eine unterschiedliche Filterfeinheit aufweisen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die obere Filterlage 19 als Grobfilter ausgelegt, während die untere Filterlage 17 als Feinfilter mit entsprechender Filterfeinheit ausgebildet ist. Um schon vor Durchströmen der Filterlagen 17, 19 Metallpartikel aus dem Unfiltrat abzuscheiden, können Flächenbereiche der Filterkassette, die mit dem Getriebeöl in Kontakt sind, vorzugsweise die Innenseite von oberer und unterer Decklage 3 und 5 mit einer sog. Magnettinte beschichtet sein. Dabei kann es sich um den Auftrag eines lackartigen Materials, dem magnetisierbare Partikel zugesetzt sind, handeln. Nach dem Aushärten der Beschichtung, beispielsweise mittels Bestrahlen durch UV-Licht, kann die Magnetisierung zur Erzeugung eines Permanentmagnetfeldes durchgeführt werden, beispielsweise indem man die beschichteten Decklagen 3 und 5 durch das Feld eines Elektromagneten hindurchführt oder hindurchfallen lässt.
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Die 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filterkassette. Dieses entspricht dem vorstehend beschriebenen Beispiel, abgesehen davon, dass anstelle der aus den Decklagen 3 und 5 ausgeformten Vorsprünge 41 in den Zwischenraum zwischen den Decklagen 3,5 und der jeweils zugewandten Filterlage 17, 19 ein Gewirk oder Vlies als fluiddurchlässige Drainagelage 53 eingelegt ist. Aufgrund der Fluiddurchlässigkeit der Drainagelage 53 sind im Filtrationsbetrieb die Filterlagen 17, 19 jeweils von der Außenseite her nach innen durchströmt, so dass die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispieles derjenigen des ersten Ausführungsbeispieles entspricht.