DE10302934A1

DE10302934A1 - Filtergehäuse mit Wärmetauscheranordnung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10302934A1
Application number: DE10302934A
Authority: DE
Inventors: Klaus Mack
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-07-29

Abstract

In einem Filtergehäuse (2) ist ein umlaufendes Filterelement (20) angeordnet. Im inneren Bereich des Filtergehäuses (2) ist ein mit einem Wärmetauscherfluid durchströmbares Wärmetauscherrohr (14) vorgesehen, das als Rohrschlange ausgebildet ist. Das Wärmetauscherrohr weist untenseitig einen Dichtfortsatz (16) auf, der in eingesetztem Zustand des Wärmetauscherrohrs (14) in das Filtergehäuse (2) eine auf die Außenseite des Filtergehäuses (2) führende Rücklauföffnung (9) für das zu filternde Fluid verschließt.

Description

Filtergehäuse mit Wärmetauscheranordnung für einen Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft ein Filtergehäuse insbesondere für einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Fluid gefiltert werden muss. Solche Filtergehäuse können beispielsweise als Ölfilter ausgebildet sein, bei dem ein im Inneren eines Verbrennungsmotors umlaufendes Schmieröl von Abrieb und Verbrennungsrückständen gereinigt wird. Außerdem werden Filtergehäuse für Kraftstoffversorgungsleitungen vorgesehen. Mit der Wärmetauscheranordnung wird dabei dem zu filternden Fluid Wärme zugeführt, wie beispielsweise im Fall der Verwendung als Kraftstofffilter im Winter, oder es wird dem zu filternden Fluid Wärme entzogen, wie beispielsweise im Fall eines Schmierölfilters, wodurch eine Kühlung des Motors bewirkt wird.

Zur Kühlung solcher Filtergehäuse ist es aus der US-A-5 740 772 bekannt, auf der Außenseite Kühlerrippen vorzusehen. Aus der DE 43 22 979 A1 ist es bekannt, ein Ölfiltergehäuse von außen mit einem Kühlwasserstrom zu umströmen, und ihm so Wärme zu entziehen. Aus der US-A-4 831 980 ist es bekannt, im Inneren eines Ölfiltergehäuses ein Kühlelement vorzusehen, das von Kühlwasser durchströmt wird.

Bei all den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist problematisch, dass damit Verbrennungsmotoren noch nicht optimal gekühlt werden können. Zudem zeigen Verbrennungsmotoren, die mit den im Stand der Technik bekannten Kühlvorrichtungen ausgerüstet sind, häufig unerklärliche Ausfallerschei nungen, besonders nach einem Wechsel des Filterelements im Filtergehäuse.

Die Probleme des Standes der Technik werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung sieht dabei ein Filtergehäuse vor, in den ein umlaufendes Filterelement einsetzbar ist. Das Filterelement teilt das Filtergehäuse in einen inneren Bereich und in einen äußeren Bereich auf, wobei im inneren Bereich eine Innenöffnung und im äußeren Bereich eine Außenöffnung des Filtergehäuses für das Zuführen bzw. für das Abführen eines zu filternden Fluids vorgesehen ist. Zudem ist im inneren Bereich oder im äußeren Bereich des Filtergehäuses eine mit einem Wärmetauscherfluid durchströmbare Wärmetauscheranordnung vorgesehen, wobei die Wärmetauscheranordnung ein Wärmetauscherrohr mit einem Wärmetauscherfluidzulauf und mit einem Wärmetauscherfluidablauf aufweist, das als Rohrschlange ausgebildet ist.

Mit einer als Rohrschlange ausgebildeten Wärmetauscheranordnung kann gegenüber den im Stand der Technik bekannten Wärmetauscheranordnungen eine erheblich verbesserte Kühlung erreicht werden, was in einem zuverlässigeren Betrieb von damit ausgerüsteten Verbrennungsmotoren resultiert. Anders als bei den im Stand der Technik bekannten Filtergehäusen kann die als Rohrschlange ausgebildete Wärmetauscheranordnung in einem abnehmbaren Gehäusedeckel vorgesehen werden, so dass der Wärmetauscherfluidzulauf und der Wärmetauscherfluidablauf auf der Deckelaußenseite münden. Abweichend davon ist es auch möglich, die Rohrschlange im Filtergehäuse anzuordnen.

Die Rohrschlange kann dabei als Wickelkörper ausgebildet sein, der verschiedene Formen aufweisen kann. Er kann als Rippenstern oder Vollkörper im zur Verfügung stehenden Innenraum je nach Bedarf als zusätzlicher Wärmeträger eingesetzt werden.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich dann, wenn im Filtergehäuse ein Filterelement eingesetzt wird, das wenigstens teilweise stützend von der Wärmetauscheranordnung getragen wird. Mit einer Rohrschlange, die zylindrisch gewunden ausgebildet ist, lässt sich eine solche Tragewirkung besonders einfach und zuverlässig erreichen. Dann können nämlich handelsübliche und im wesentlichen zylindrische Filterpatronen als Filterelement verwendet werden. Gerade gegenüber dem in der US-A-4 831 980 vorgesehenen Filterelement ergibt sich bei einer solchen Anordnung des Filterelements eine verbesserte Dichtwirkung und eine einfachere Montage, so dass eine gute Reinigung des zu filternden Fluids erreicht wird. Damit wird Motorausfällen vorgebeugt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmetauscheranordnung untenseitig einen Dichtfortsatz aufweist, der im eingesetzten Zustand der Wärmetauscheranordnung in das Filtergehäuse eine auf die Außenseite des Filtergehäuses führende Rücklauföffnung für das zu filternde Fluid verschließt. In herausgezogenem Zustand der Wärmetauscheranordnung aus dem Filtergehäuse wird die Rücklauföffnung freigegeben, so dass das im Filtergehäuse angesammelte zu filternde Fluid nach unten durch die Rücklauföffnung abfließen kann, beispielsweise zurück in einen Vorratstank für das zu filternde Fluid. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Filterbaugruppe hat sich herausgestellt, dass dadurch ein zuverlässigerer Betrieb von Verbrennungsmotoren erreicht wird, deren Schmieröl mit einem solchen Ölfilter gekühlt und gefiltert wird. Ein Vorteil der Rücklauföffnung ist darin zu sehen, dass das Filtergehäuse nahezu leer ist, wenn das neue Filterelement eingesetzt wird. Somit kann kein Fluid heraus schwappen oder spritzen, wenn das neue Filterelement eingesetzt wird. Weiterhin ist das auszutauschende Filterelement beim Entfernen aus dem Gehäuse etwas abgetropft, wodurch nur noch geringe Fluidmengen an dem Filterelement haften und ein Verschmutzen der Filtergehäuseumgebung durch Tropfmengen reduziert wird.

Erfindungsgemäß ist auch ein Verbrennungsmotor mit einer als Ölfilter oder als Kraftstofffilter ausgebildeten Filterbaugruppe vorgesehen, wobei der Wärmetauscherfluidzulauf und der Wärmetauscherfluidablauf mit einem kühlenden oder heizenden Wärmetauscherfluidstrom durchströmt werden. Damit lässt sich ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug bei sehr hohen und bei sehr niedrigen Temperaturen stets störungsfrei betreiben.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher veranschaulicht.

Die einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße Filterbaugruppe 1 im Querschnitt.

Die Filterbaugruppe 1 gliedert sich in ein unten liegendes Filtergehäuse 2, das obenseitig mit einem Gehäusedeckel 3 verschlossen ist. Im Übergangsbereich zwischen Gehäusedeckel 3 und Filtergehäuse 2 ist dabei eine Deckelgewindeverbindung 4 vorgesehen, die mit einem O-Ring 5 gegen Austritt von Fluid nach außen auf die Außenseite des Filtergehäuses 2 abgedichtet wird.
Am Umfang des Filtergehäuses 2 ist eine in dieser Ansicht nicht sichtbare Außenöffnung für den Eintritt von zu filterndem Fluid vorgesehen. An der Unterseite des Filtergehäuses 2 ist eine Innenöffnung 6 für den Austritt des zu filternden Fluids aus dem Filtergehäuse 2 vorgesehen. Im Bereich der Innenöffnung 6 steht vom Boden des Filtergehäuses 2 ein Dichtkragen 7 in die Innenseite des Filtergehäuses 2 ab.
Im Inneren des Dichtkragens 7 ist ein vom Bodenbereich des Filtergehäuses 2 nach oben abstehender Führungskragen 8 vorgesehen. Unterhalb des Führungskragens 8 ist eine Rücklauföffnung 9 angeordnet, die mit einem in dieser Ansicht nicht gezeigten Fluidtank verbunden ist. Der Führungskragen 8 weist dabei etwas oberhalb des Bodenbereichs des Filtergehäuses 2 zwei sich gegenüberliegende Ablaufbohrungen 10 auf.
Am Gehäusedeckel 3 steht obenseitig ein Deckelkragen 11 in die Innenseite des Filtergehäuses 2 über. Dabei ist im Bereich der Innenseite des Deckelkragens 11 im Gehäusedeckel 3 ein Kühlfluidzulauf 12 und ein Kühlfluidablauf 13 ausgebildet, und zwar jeweils als Schlauchanschluss. Zwischen dem Kühlfluidzulauf 12 und dem Kühlfluidablauf 13 erstreckt sich eine als zylindrische Rohrschlange ausgeformte Rohrleitung 14 quer durch das Filtergehäuse 2 nach unten in Richtung auf den Dichtkragen 7 zu. An ihrer Unterseite ist die Rohrleitung 14 zu einer kreisringförmigen Tragewendel 15 ausgeformt. Mit Strichlinie ist dabei ein Wickelkörper angedeutet, der als Rippenstern oder Vollkörper ausgebildet sein kann, auf den die Rohrleitung 14 aufgewickelt ist.
Im Innenbereich der Tragewendel 15 ist ein im wesentlichen zylindrischer Dichtfortsatz 16 vorgesehen, der sich ausgehend von der Tragewendel 15 nach unten ins Innere des Führungskragens 8 erstreckt. Dabei sind in dem im Inneren des Führungskragens 8 angeordneten Bereich des Dichtfortsatzes 16 ein oberer Dichtring 17 und ein unterer Dichtring 18 jeweils in einer umlaufenden Nut vorgesehen. Dadurch wird die Rücklauföffnung 9 gegenüber der Innenöffnung 6 und dem Innenbereich des Dichtkragens 7 abgedichtet.
Im Inneren des Filtergehäuses 2 ist noch ein Filterelement 20 angeordnet, das sich in eine obere Endscheibe 21, in eine untere Endscheibe 22 und in ein sich zwischen der oberen Endscheibe 21 und der unteren Endscheibe 22 erstreckendes Filtermedium 23 gliedert. Die obere Endscheibe 21 dichtet dabei den Bereich zwischen dem Filtermedium 23 und dem Deckelkragen 11 und die untere Endscheibe 22 dichtet den Bereich zwischen dem Filtermedium 23 und dem Dichtkragen 7 ab. Im Bereich zwischen dem Gehäusedeckel 3 und den in den Gehäusedeckel 3 eintretenden Abschnitten der Rohrleitung 14 sind Dichtelemente 24 vorgesehen, die eine Durchmischung der beiden Flüssigkeitsströme verhindern.
Im Betrieb in einem in dieser Ansicht nicht dargestellten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs verhält sich die Filterbaugruppe 1 wie folgt.
Der Kühlfluidzulauf 12 und der Kühlfluidaulauf 13 sind mit einem in dieser Ansicht nicht gezeigten Kühlwasserkreislauf verbunden. Dabei wird durch den Kühlfluidzulauf 12 ständig Kühlfluid in das Innere der Rohrleitung 14 gepumpt. Das aus dem Kühlfluidablauf 13 ausströmende Kühlfluid wird gekühlt und nach der Abkühlung wieder dem Kühlfluidzulauf 12 zugeführt.
Durch die Außenöffnung des Filtergehäuses 2 wird ständig warmes Schmieröl vom Verbrennungsmotor in das Innere des Filtergehäuses 2 gepumpt. Dort tritt es auf der Außenseite des Filterelements 20 ein. Von dort aus durchströmt das Schmieröl das Filtermedium 23 und es tritt an den Wänden der Rohrleitung 14 entlang in das Innere des Dichtkragens 7 ein. Beim Vorbeiströmen an der Rohrleitung 14 wird das Schmieröl gekühlt. Nach dem Eintritt in den Dichtkragen 7 tritt das gekühlte Schmieröl in die Innenöffnung 6 ein, von wo aus es Schmierstellen des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Von den Schmierstellen aus läuft das Schmieröl in eine in dieser Ansicht nicht gezeigte Ölwanne, von wo aus es angesaugt und wieder der Außenöffnung zugeführt wird. Diese Strömung ist in 1 mit Pfeilen gekennzeichnet.
Die Durchflußrichtung durch das Filtergehäuse ist prinzipiell beliebig.
Bei einem Wechsel des Filterelements 20 wird in einem ersten Schritt der Gehäusedeckel 3 vom Filtergehäuse 2 abgenommen. Dabei wird der Dichtfortsatz 16 aus dem Führungskragen 8 mit herausgezogen. Das im Inneren des Dichtkragens 7 befindliche Schmieröl kann dann durch die obere Öffnung des Führungskragens 8 und durch die Ablaufbohrungen 10 in die Rücklauföffnung 9 eintreten, die zum Fluidtank führt. Danach kann das Filterelement 20 von der Rohrleitung 14 abgenommen werden.
Anschließend wird ein neues Filterelement 20 in den Gehäusedeckel 3 eingesetzt, wobei das Filterelement 20 schwergängig auf die Rohrleitung 14 aufgeschoben wird. Während des Einsetzens des Gehäusedeckels 3 in das Filtergehäuse 2 wird das Filterelement 20 von der Rohrleitung 14 gestützt. Nach dem Einschrauben des Gehäusedeckels 3 in das Filtergehäuse 2 sind die ursprünglichen Dichtübergänge wieder hergestellt. Der Dichtfortsatz 16 ist so in den Führungskragen 8 eingesetzt, wie er in 1 gezeigt ist.

1: Filterbaugruppe
2: Filtergehäuse
3: Gehäusedeckel
4: Deckelgewindeverbindung
5: O-Ring
6: Innenöffnung
7: Dichtkragen
8: Führungskragen
9: Rücklauföffnung
10: Ablaufbohrung
11: Deckelkragen
12: Kühlfluidzulauf
13: Kühlfluidablauf
14: Rohrleitung
15: Tragewendel
16: Dichtfortsatz
17: oberer Dichtring
18: unterer Dichtring
20: Filterlelement
21: obere Endscheibe
22: untere Endscheibe
23: Filtermedium
24: Dichtelemente

Claims

Filtergehäuse (2), in dem ein Filterelement (20) so anordenbar ist, dass es das Filtergehäuse (2) in einen inneren Bereich und in einen äußeren Bereich aufteilt, wobei im inneren Bereich eine Innenöffnung (6) und im äußeren Bereich eine Außenöffnung für das Zuführen bzw. für das Abführen eines zu filternden Fluids vorgesehen ist, und wobei im inneren Bereich des Filtergehäuses (2) eine mit einem Wärmetauscherfluid durchströmbare Wärmetauscheranordnung (14, 15) vorgesehen ist, wobei die Wärmetauscheranordnung ein Wärmetauscherrohr (14) mit einem Wärmetauscherfluidzulauf (12) und mit einem Wärmetauscherfluidablauf (13) aufweist, das als Rohrschlange ausgebildet ist.
Filtergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein abnehmbarer Gehäusedeckel (3) vorgesehen ist, in dem die Rohrschlange so angeordnet ist, dass der Wärmetauscherfluidzulauf (12) und der Wärmetauscherfluidablauf (13) auf der Deckelaußenseite münden.
Filtergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlange so im Filtergehäuse angeordnet ist, dass der Wärmetauscherfluidzulauf und der Wärmetauscherfluidablauf auf der Außenseite des Filtergehäuses münden.
Filtergehäuse (2), in dem ein Filterelement (20) so anordenbar ist, dass es das Filtergehäuse (2) in einen inneren Bereich und in einen äußeren Bereich aufteilt, wobei im inneren Bereich eine Innenöffnung (6) und im äußeren Be reich eine Außenöffnung für das Zuführen bzw. für das Abführen eines zu filternden Fluids vorgesehen ist, und wobei im inneren Bereich des Filtergehäuses (2) eine mit einem Wärmetauscherfluid durchströmbare Wärmetauscheranordnung vorgesehen ist, wobei die Wärmetauscheranordnung (14, 15) untenseitig einen Dichtfortsatz (16) aufweist, der in eingesetztem Zustand der Wärmetauscheranordnung (14, 15) in das Filtergehäuse (2) eine auf die Außenseite des Filtergehäuses (2) führende Rücklauföffnung (9) für das zu filternde Fluid verschließt.
Filterbaugruppe mit einem Filtergehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem in das Filtergehäuse (2) eingesetzten Filterelement (20), wobei die Wärmetauscheranordnung (14, 15) so ausgebildet ist, daß diese das Filterelement (20) wenigstens teilweise stützend trägt.
Filterbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement als im wesentliche zylindrische Filterpatrone (20) ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor mit einer als Ölfilter oder als Kraftstofffilter ausgebildeten Filterbaugruppe (1) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei der Wärmetauscherfluidzulauf (12) und der Wärmetauscherfluidablauf (13) mit einem kühlenden oder heizenden Wärmetauscherfluidstrom durchströmt werden.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 7.